直流電能表檢定裝置校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定分析

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心（計(jì)量中心） 王 華 呂馥香 武漢輕工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 吳敏萱

當(dāng)前，新能源汽車已成為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要方向和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的重要引擎，我國(guó)新能源汽車及充電設(shè)施將進(jìn)入加速發(fā)展新階段。由于直流充電設(shè)施功率大、充電時(shí)間短，作為計(jì)費(fèi)的直流電能表的需求越來(lái)越大。為保證直流電能計(jì)量準(zhǔn)確可靠，直流電能計(jì)量的準(zhǔn)確性尤為重要。校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定是其中一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，本文分析了用直流電能表檢定裝置校準(zhǔn)直流標(biāo)準(zhǔn)電能表所得測(cè)量結(jié)果的不確定度，分為A 類不確定度和B 類不確定度，影響測(cè)量結(jié)果的不確定度主要有四個(gè)因素：測(cè)量值重復(fù)性引入的不確定度；直流電能表檢定裝置引入的不確定度；數(shù)據(jù)修約引入的不確定度；分辨力引入的不確定度。本文為直流電能表校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的分析提供參考。

1 工作原理

圖1 校準(zhǔn)直流標(biāo)準(zhǔn)電能表原理結(jié)構(gòu)圖

直流電能表檢定裝置的測(cè)量方法參考JJG1085-2013《標(biāo)準(zhǔn)電能表》及JJG842-2017《電子式直流電能表》檢定規(guī)程相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)參比條件：溫度20℃、相對(duì)濕度為58%，用直流電能表檢定裝置校準(zhǔn)0.01級(jí)直流標(biāo)準(zhǔn)電能表，通過(guò)直流電能表檢定裝置與被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表同時(shí)測(cè)得的電能值進(jìn)行比較，計(jì)算被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的相對(duì)誤差[1]。本實(shí)驗(yàn)的接線原理框圖如圖1所示。

2 測(cè)量模型與標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源及評(píng)定[2]

直流電能表檢定裝置校準(zhǔn)直流標(biāo)準(zhǔn)電能表時(shí)的校準(zhǔn)結(jié)果的數(shù)學(xué)模型：γ=γ1+γ2+γ3+γ4（%）（1），式中γ 為被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表的測(cè)量誤差（%）；γ1為直流電能表檢定裝置校準(zhǔn)被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表得到測(cè)量誤差（%）；γ2為直流電能表檢定裝置引入的測(cè)量誤差（%）；γ3為被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表校準(zhǔn)結(jié)果修約引入的測(cè)量誤差（%）；γ4為直流標(biāo)準(zhǔn)電能表檢定裝置分辨力引入的測(cè)量誤差。

表1 測(cè)量重復(fù)性結(jié)果

測(cè)量不確定度傳播律[2]：由式（1）求得靈敏系數(shù)為C1=C2=C3=C4=?γ/?γ1=?γ/?γ2=?γ/?γ3=?γ/?γ4=1。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源主要有四個(gè)方面：測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u(γ1)，用A 類評(píng)定方法[3]；直流電能表檢定裝置測(cè)量誤差γ2引入的不確定度分量u(γ2)、被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表誤差修約γ3引入的不確定度分量u(γ3)、分辨力γ4引入的不確定度分量u(γ4)，用B 類評(píng)定[3]方法（其中u(γ1)與u(γ4)取最大者）。

表2 平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差匯總

被檢表測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量u(γ1)：在以下量程時(shí)，在同一條件下進(jìn)行10次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表1、表2所示。單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式為，10次測(cè)量的平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)量公式為。

表3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度（%）分析表

直流電能表檢定裝置測(cè)量誤差γ2引入的不確定度分量u(γ2)：直流電能表檢定裝置準(zhǔn)確度等級(jí)0.05級(jí)，最大允許誤差為±0.05%,屬于均勻分布,,則。

被檢直流標(biāo)準(zhǔn)電能表誤差修約γ3引入的不確定度分量u(γ3)：校準(zhǔn)結(jié)果化整間隔是0.001%,因此由校準(zhǔn)結(jié)果修約引入的不確定度是0.001%,區(qū)間的半寬度是0.0005%，屬于均勻分布=0.00029%。

分辨力γ4引起的不確定度分量u(γ4)：直流電能表檢定裝置的分辨力是0.0001%，由分辨力引入的不確定度是0.0001%,區(qū)間的半寬度是0.00005%，屬于均勻分布。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(γ0)評(píng)定：由u(γ1)、u(γ2)、u(γ3)、u(γ4)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度是uc(γ)：u2c(γ)=u2(γ1)+u2(γ2)+u2(γ3)+u2(γ4)，其中u(γ1)、u(γ4)只取一個(gè)且為最大者。

3 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取包含因子k=2，U=kuc(γ)。

表4 擴(kuò)展不確定度分析表（標(biāo)準(zhǔn)不確定度單位%）

結(jié)論：在參比電壓Un=100V、 參比電流Ib=50A，參比電壓Un=700V、參比電流Ib=300A，參比電壓Un=700V、參比電流Ib=75mV 時(shí)，校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度均為U=0.058%，k=2。