摘要: 通過(guò)對(duì)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的各項(xiàng)誤差源的分析，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度進(jìn)行分析和計(jì)算。

關(guān)鍵詞: 電能表;標(biāo)準(zhǔn)裝置;不確定度;分析;計(jì)算

引言

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際計(jì)量局等7個(gè)國(guó)際組織聯(lián)合制定的對(duì)不確定度的定義以及國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》的有關(guān)規(guī)定，測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測(cè)量結(jié)果必須附有不確定度說(shuō)明才是完整并有意義的。

目前，在我國(guó)推行的ISO/IEC導(dǎo)則25《校準(zhǔn)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》中，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度有明顯的要求，國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中還規(guī)定了測(cè)量評(píng)定與表示不確定度的通用規(guī)則。

1測(cè)量不確定度

1.1測(cè)量由來(lái)及組成不確定度

測(cè)量不確定度是表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測(cè)量過(guò)程中有許多引起不確定度的來(lái)源，如計(jì)量器具本身的誤差、取樣的代表性不夠、實(shí)際工作條件與標(biāo)準(zhǔn)工作條件不一致、所依據(jù)的理論不嚴(yán)密或所有的測(cè)量方法不完善、測(cè)量人員主觀(guān)因素和操作技術(shù)等。由此可見(jiàn)，測(cè)量不確定度一般由許多分量組成，其中一些分量具有統(tǒng)計(jì)性，另一些分量具有非統(tǒng)計(jì)性。所有這些不確定度來(lái)源，若影響到測(cè)量結(jié)果，都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的分散性作出貢獻(xiàn)。也就是說(shuō)由于這些不確定度來(lái)源的綜合效應(yīng)，使測(cè)量結(jié)果的可能值服從某種概率分布。

1.2測(cè)量不確定度的種類(lèi)

不確定度依據(jù)其評(píng)定方法可分為A類(lèi)和B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度兩大類(lèi):

A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:用統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的分量。

表征A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的估計(jì)方差u2，是由一系列重復(fù)觀(guān)測(cè)值計(jì)算得到的，即為統(tǒng)計(jì)方差估計(jì)值S2。標(biāo)準(zhǔn)不確定度u為u2的正平方根值，故u=S。

B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的分量。它是根據(jù)有關(guān)信息來(lái)評(píng)定的，即通過(guò)一個(gè)假定的概率密度函數(shù)得到，此函數(shù)基于事件發(fā)生的可信程度，即主觀(guān)概率或先驗(yàn)概率。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:當(dāng)測(cè)量結(jié)果是若干個(gè)其他量的值求得時(shí)，按其他各量的方差和協(xié)方差算得的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用uc表示。

擴(kuò)展不確定度:確定測(cè)量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測(cè)量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間，用U表示。

2電能表測(cè)量不確定度分析的估計(jì)方法

電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置是用來(lái)檢定電能表、完成各級(jí)電能量值傳遞的測(cè)量裝置，在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用。同樣，其測(cè)量值也存在誤差，同樣要用A類(lèi)及B類(lèi)不確定度來(lái)表述。

2.1 A類(lèi)不確定度的分析

A類(lèi)不確定度用統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算，并用標(biāo)準(zhǔn)差和自由度表征。對(duì)于同一臺(tái)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置，在同一條件下同一檢定人員對(duì)同一被試表進(jìn)行檢定時(shí)，屬于A類(lèi)不確定度的分量有: "

""" (1)電壓、頻率、溫度波動(dòng)。 "

""" (2)自然誤差隨負(fù)載功率變化。 "

""" (3)負(fù)載功率因數(shù)變化。 "

""" (4)開(kāi)關(guān)接觸電阻變化。 "

""" (5)外磁場(chǎng)影響變化。 "

""" (6)光電采樣。 "

""" (7)數(shù)據(jù)量化。

""" (8)標(biāo)準(zhǔn)儀表響應(yīng)時(shí)間變化。

根據(jù)規(guī)定，A類(lèi)不確定度各分量可用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方差S表征。但是在實(shí)際工作中，常用的方法是列出上述影響因素，再用貝塞爾公式計(jì)算有限次的

""" x—測(cè)量值的算術(shù)平均值;

""" n—重復(fù)測(cè)量次數(shù)。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了減少粗大誤差，測(cè)量次數(shù)n在0.05級(jí)及以下的標(biāo)準(zhǔn)裝置中不得少于5次，在0.05級(jí)以上的標(biāo)準(zhǔn)裝置中不得少于10次。在cosφ=1.0及cosφ=0.5(L)的情況下測(cè)量，計(jì)算出S值還應(yīng)該滿(mǎn)足規(guī)程JJG597-89《交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》中的規(guī)定。

""" 根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)可知，每次測(cè)量誤差絕對(duì)值超過(guò)2S的概率僅為4.55%，即當(dāng)時(shí)，xi應(yīng)予剔除。

2.2 B類(lèi)不確定度的分析

根據(jù)B類(lèi)不確定度的定義，通過(guò)對(duì)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差源的分析，電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置B類(lèi)不確定度主要有下列因素和分量引起:

""" (1)標(biāo)準(zhǔn)電能表誤差引起的不確定度分量。

(2)電壓、電流互感器誤差引起的不確定度分量。

""" (3)標(biāo)準(zhǔn)表傳遞誤差引起的不確定度分量。

(4)電壓、電流互感器傳遞誤差引起的不確定度分量。

""" (5)電壓測(cè)量回路導(dǎo)線(xiàn)電壓降引起的不確定度分量。

"nbsp;" (6)標(biāo)準(zhǔn)表誤差化整引起的不確定度分量。"""B類(lèi)不確定度為上述各分量的合成，可用類(lèi)似實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)差uj表征。計(jì)算B類(lèi)不確定度，不僅要考慮各分量的大小，還要考慮各分量的分布狀態(tài)以及傳播情況，所以還應(yīng)先求出各分量的分布系數(shù)kj及靈敏系數(shù)cj，再用下列公式計(jì)算B類(lèi)不確定度:

其中kj———第j項(xiàng)B類(lèi)分量的分布系數(shù); "

"""cj———第j項(xiàng)B類(lèi)分量的靈敏系數(shù)。

要確定各誤差源的分布系數(shù)，首先應(yīng)知道誤差源的分布狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)電能表誤差及電壓、電流互感器誤差引起的不確定度分量均為正態(tài)分布，分布系數(shù)為3;而標(biāo)準(zhǔn)表傳遞誤差，電壓、電流互感器傳遞誤差，導(dǎo)線(xiàn)電壓降和標(biāo)準(zhǔn)表誤差化整引起的不確定度分量均為均勻分布，分布系數(shù)為

cj為B類(lèi)各不確定度分量的靈敏系數(shù)。電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置中各不確定度分量的傳播系數(shù)可依據(jù)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置誤差計(jì)算式獲得。

2.3合成不確定度

""" 檢定電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置，當(dāng)各項(xiàng)比確定度分量相互獨(dú)立時(shí)，合成不確定度可按下式計(jì)算:

2.4擴(kuò)展不確定度

不確定度既然是對(duì)真值所處范圍的評(píng)定，而此范圍與一定的置信概率有關(guān)。對(duì)于正態(tài)分布，合成不確定度的置信概率為0.68，但是實(shí)際使用中往往希望把置信概率提高一些，即擴(kuò)大置信概率，擴(kuò)大置信概率后的不確定度稱(chēng)為擴(kuò)展不確定度。根據(jù)國(guó)際上和國(guó)內(nèi)計(jì)量規(guī)范的規(guī)定，擴(kuò)展不確定度用U表示，計(jì)算公式如下:

U=Kuc(4) "

系數(shù)K是置信因素又稱(chēng)包含因子，在不同置信概率P下，K值也不同。在電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置中，K值一般取2，置信概率P=95%。

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度分析與計(jì)算，使我們充分理解在實(shí)踐中如何分析電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置在不同接線(xiàn)方式下的各項(xiàng)誤差來(lái)源，以及怎樣計(jì)算在不同接線(xiàn)方式下的電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度，對(duì)在今后工作中配置和理論上驗(yàn)證電能標(biāo)準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度提供了計(jì)算參考。

參考文獻(xiàn):

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