電子秒表示值誤差測(cè)量不確定度的評(píng)定

于 潔

大同市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心 山西 大同 037006

1 前言

秒表計(jì)時(shí)器是電器制造,工業(yè)自動(dòng)化控制、國(guó)防實(shí)驗(yàn)室及科研單位立項(xiàng)的計(jì)時(shí)儀器,它廣泛應(yīng)用于各種繼電器、電磁開(kāi)關(guān),控制器、延時(shí)器、定時(shí)器的時(shí)間測(cè)試。電子秒表是一種簡(jiǎn)單的時(shí)間間隔計(jì)量器具,電子秒表的準(zhǔn)確性是影響著企業(yè)產(chǎn)品的性能和質(zhì)量,因此,大部分市縣級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)均建立秒表檢定儀標(biāo)準(zhǔn)裝置,主要用于開(kāi)展機(jī)械和電子秒表的檢定。

2 秒表檢定儀的工作原理及組成部分

SF2002秒表檢定儀,可用于檢定機(jī)械秒表、電子秒表,儀器采用全數(shù)字控制,整機(jī)具有高穩(wěn)定度、高準(zhǔn)精確度的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 秒表檢定儀工作原理示意圖

儀器工作原理:

FPGA內(nèi)部進(jìn)行時(shí)基信號(hào)的選擇,以提供給不同的被檢表不同的時(shí)基信號(hào)。輸出電路由兩部分組成,分別可以檢定秒表、指針式電秒表、數(shù)字式電秒表。使用8個(gè)接線(xiàn)柱以實(shí)現(xiàn)與被測(cè)儀器連接形成回路,待被檢定時(shí)間段結(jié)束后,將被檢定儀器的時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間進(jìn)行比對(duì),根據(jù)規(guī)程進(jìn)行誤差分析,得出報(bào)告。

3 球鏡頂焦度示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

3.1 概述 在一定環(huán)境條件下[溫度(20±5)℃,相對(duì)濕度≤80%RH,交流電壓:220(1±10%)V;頻率:50(1±2%)Hz],將準(zhǔn)確度優(yōu)于±(1×10-7×T0+3 ms)的秒表檢定裝置連接秒表夾具,將電子秒表裝在夾具上,設(shè)置10s為檢定點(diǎn),接通電源,按下檢定按鈕,檢定秒表10s間隔與標(biāo)準(zhǔn)裝置10s間隔的示值誤差。

3.2 測(cè)量方法 JJG 237-2010《秒表》

JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》

3.3 數(shù)學(xué)模型

公式中:

△L—測(cè)量點(diǎn)的示值誤差,s

Li—測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)稱(chēng)時(shí)間間隔,s

Ls—對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔,s

方差和靈敏系數(shù):

考慮各分量彼此獨(dú)立得:

3.4 確定度來(lái)源分析

3.4.1 A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA

(1)由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA;

3.4.2 B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB

(2)由秒表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB1;

(3)主要由標(biāo)準(zhǔn)器的示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB2

3.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

由此得到的頂焦度示值誤差的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定uc如 下:

3.5 測(cè)量不確定度評(píng)定

3.5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

(1)A類(lèi)-測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度uA

將秒表檢定裝置連接秒表夾具,將電子秒表裝在夾具上,設(shè)置10s為檢定點(diǎn),接通電源,按下檢定按鈕,檢定秒表10s間隔與標(biāo)準(zhǔn)裝置10s間隔的示值誤差。以下列數(shù)據(jù)為例:

10.01 s 10.00 s 10.02 s 10.01 s 10.01 s

10.00 s 10.00 s 10.01 s 10.02 s 10.00 s

10次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差(n=10)為:

則實(shí)測(cè)值d的A類(lèi)不確定度uA=0.0025 s

(2)秒表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB1

被檢表在檢定點(diǎn)的分辨力為0.01 s,屬于均勻分布,包含因子k=,該項(xiàng)瞄準(zhǔn)誤差主要以均勻分布的方式影響,所以其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

(3)由標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB2

所用標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定電子秒表的MPE=±(1×10-7×To+3ms),當(dāng)T0=10s時(shí),MPE=±(1×10-7×10s+3ms)≈0.003 s

其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

3.5.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

3.5.3 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定 取k=2,則U=k×uc=2×0.0065s≈0.013s

3.5.4 結(jié)論 電子秒表在10s處的最大允許誤差為±0.05s,則:

故檢定方法可行。

3.5.5 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證 采用傳遞比較法來(lái)驗(yàn)證檢定結(jié)果:

若本實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)器和山西省計(jì)量科學(xué)研究院計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的擴(kuò)展不確定度(U95或k=2時(shí)的U,下同)分別為Ulab和Uref,它們的測(cè)量結(jié)果分別為ylab和yref,在兩者的包含因子近似相等的前提下應(yīng)滿(mǎn)足

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該秒表檢定儀標(biāo)準(zhǔn)裝置符合國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)范的要求,可以開(kāi)展此項(xiàng)目計(jì)量檢定工作。