鄧偉清

摘 要：測(cè)量不確定度是表示被測(cè)量之值分散性的參數(shù)，在進(jìn)行測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)評(píng)定時(shí)，分析各分量的大小，尋找檢測(cè)過(guò)程中各種因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響及程度，并對(duì)不確定度的評(píng)定加以驗(yàn)證，使測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)中更好應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：測(cè)量；不確定度；低壓電器

當(dāng)前，我國(guó)采用ISO9001《質(zhì)量體系設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、安裝和服務(wù)的質(zhì)量保證模式》和《測(cè)量不確定度評(píng)估和報(bào)告通用要求》對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)估作了相應(yīng)規(guī)定，測(cè)量不確定度的評(píng)估對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室既是必須的也是必要的。本文就《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》對(duì)測(cè)量不確定度的要求和在低壓電器檢測(cè)中的應(yīng)用加以分析討論。

1 測(cè)量不確定度的簡(jiǎn)介

測(cè)量不確定度的定義是：與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系參數(shù)，表征合理地賦予被測(cè)量數(shù)值的分散性。它是定量說(shuō)明測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的參數(shù)，只表明對(duì)測(cè)量結(jié)果有效性、可信性的懷疑程度或者不肯定程度。不確定度的研究對(duì)象是測(cè)量結(jié)果本身，其含義不同于誤差，而是表示由于隨機(jī)影響和系統(tǒng)影響的存在而對(duì)測(cè)量結(jié)果不能肯定的程度。故在進(jìn)行不確定度分析時(shí)，應(yīng)充分考慮各種影響因素，并對(duì)不確定度的評(píng)定加以驗(yàn)證。

2 測(cè)量不確定度的應(yīng)用原理

測(cè)量不確定度從詞義上理解，意味著對(duì)測(cè)量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。實(shí)際上由于測(cè)量不完善和人們的認(rèn)識(shí)不足，所得的被測(cè)量值具有分散性，即每次測(cè)得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的許多個(gè)值。雖然客觀存在的系統(tǒng)誤差是一個(gè)不變值，只能認(rèn)為它是以某種概率分布存在于某個(gè)區(qū)域內(nèi)，而這種概率分布本身也具有分散性。

為了表征這種分散性，測(cè)量不確定度用標(biāo)準(zhǔn)（偏）差表示。在實(shí)際使用中，往往希望知道測(cè)量結(jié)果的置信區(qū)間，因此，在本定義規(guī)定：測(cè)量不確定度也可用標(biāo)準(zhǔn)（偏）差的倍數(shù)或說(shuō)明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度表示。

3 測(cè)量不確定度的評(píng)估

測(cè)量不確定度是以測(cè)量結(jié)果為中心，其評(píng)定過(guò)程現(xiàn)了對(duì)測(cè)量不確定度主要來(lái)源確定過(guò)程，并建立數(shù)學(xué)模型和采用相應(yīng)的修正方法來(lái)確定最終的測(cè)量不確定度。 測(cè)量結(jié)果的不確定度一般來(lái)源于：被測(cè)對(duì)象、測(cè)量設(shè)備、測(cè)量環(huán)境、測(cè)量人員和測(cè)量方法，這些來(lái)源反映出隨機(jī)影響和系統(tǒng)影響。由此，也導(dǎo)出了不確定度評(píng)定方法，用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的不確定度。

不確定的評(píng)定是一種非統(tǒng)計(jì)的方法，其根據(jù)以往測(cè)量數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)證書(shū)數(shù)據(jù)、對(duì)儀器性能經(jīng)驗(yàn)等估計(jì)的。不確定度為：UB=b/kj式中 b—誤差源的誤差限，kj—與誤差分布和誤差限取值概率有關(guān)的因數(shù)。

在此基礎(chǔ)上，把所有標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行合成得出與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的不確定度總值，成為合成不確定度。其數(shù)學(xué)公式為：Uc（x）=[U2（x1）+U2（x2）+…]1/2 而在實(shí)際觸覺(jué)的檢測(cè)測(cè)量結(jié)果的報(bào)告中，一般要給出在特定置信概率下的擴(kuò)展不確定度，以此表明被測(cè)量的真值以所指的置信概率處于置信區(qū)間內(nèi)。其數(shù)學(xué)公式為：U=k Uc（x），其中k為包含因子，能反映所要求的置信概率。

4 不確定度評(píng)定在檢測(cè)中的應(yīng)用

4.1 檢測(cè)結(jié)果的報(bào)告。中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱CNAS）認(rèn)可的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室必須執(zhí)行不確定度的評(píng)定政策，根據(jù)需要制定評(píng)定程序、方法和步驟。編制各領(lǐng)域中各種檢測(cè)參數(shù)不確定度的評(píng)定作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，按規(guī)定要求給出不確定度。

4.2 檢測(cè)過(guò)程的控制。檢測(cè)不僅會(huì)開(kāi)展不確定度的評(píng)定，更重要的是應(yīng)充分利用不確定度評(píng)定過(guò)程中各分量的分析，確定可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響的服務(wù)與供應(yīng)品、設(shè)施與環(huán)境條件和設(shè)備等因素，根據(jù)不確定度分量的大小和對(duì)檢測(cè)質(zhì)量的影響程度，決定如何對(duì)各種用途的低壓電器進(jìn)行科學(xué)、合理分區(qū)布局和必要的限制。明確在什么時(shí)候需要監(jiān)測(cè)、控制和記錄，使檢測(cè)環(huán)境條件能滿足檢測(cè)工作的需要，又可減少不必要的無(wú)效勞動(dòng)。為正確配置和選購(gòu)儀器設(shè)備提供參考，指導(dǎo)儀器設(shè)備的檢定、校準(zhǔn)。如果某儀器設(shè)備對(duì)檢測(cè)結(jié)果總的不確定度幾乎沒(méi)有影響，可將評(píng)定結(jié)果作為該儀器設(shè)備不必進(jìn)行檢定的依據(jù)。

4.3 質(zhì)量控制和技術(shù)判定。在開(kāi)展檢測(cè)工作前進(jìn)行不確定度評(píng)定，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的表達(dá)和正確確定有效位數(shù)是非常必要的，同時(shí)也可確定檢測(cè)方法的選擇是否正確。如果方法已給出不確定度，則可根據(jù)得到的不確定度判斷本實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)條件是否符合要求。在檢測(cè)方法確認(rèn)或預(yù)試驗(yàn)時(shí)，如果得到的不確定度小于或等于已給的不確定度，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)條件符合要求；如果大于已給的不確定度，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)條件不符合要求，應(yīng)查找原因，依次改變條件直至合適為止。在實(shí)施質(zhì)量控制工作、開(kāi)展期間核查、對(duì)檢定/校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行技術(shù)判定等方面，均需要利用不確定度數(shù)據(jù)才能對(duì)其結(jié)果進(jìn)行科學(xué)、有效和實(shí)用的判定。

5 測(cè)量不確定度得示例

5.1 試驗(yàn)方法：在對(duì)低壓斷路器進(jìn)行脫扣特性和極限試驗(yàn)項(xiàng)目中，會(huì)要求判定瞬時(shí)脫扣器是否會(huì)在試驗(yàn)電流為短路整定電流的120%條件下，在0.2s內(nèi)動(dòng)作。 以額定電流100A，短路整定電流是10In為例，此試驗(yàn)電流值為1200A，其獲得是在斷路器在合位狀態(tài)下的試驗(yàn)回路里，通過(guò)調(diào)節(jié)多磁路調(diào)變成套設(shè)備輸出小電流120A，電流未定后斷開(kāi)斷路器，用數(shù)字熒光示波器測(cè)得此時(shí)的電壓值U1；由 I=U/R公式可得，在試驗(yàn)回路電阻R不變的條件下，I與U成正比關(guān)系。因此，繼續(xù)調(diào)節(jié)多磁路調(diào)變成套設(shè)備到示波器顯示10U1，然后斷開(kāi)試驗(yàn)回路電源；把斷路器恢復(fù)至合位，再次開(kāi)啟試驗(yàn)電源，即可得到要求的試驗(yàn)電流；同時(shí)，當(dāng)斷路器斷開(kāi)后，數(shù)字熒光示波器可記錄動(dòng)作時(shí)間和試驗(yàn)電流值。

5.2 數(shù)學(xué)模型：被測(cè)電流可以直接由數(shù)字熒光示波器的刻度直接讀取i=I，式中i—被測(cè)電流值，I—數(shù)字熒光示波器示值.

5.3 方差與傳播系數(shù)：由于被測(cè)電流是直接由數(shù)字熒光示波器直接讀取，故被測(cè)電流的不確定度就是數(shù)字熒光示波器示值的不確定度，評(píng)定分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的的實(shí)際情況，不存在重復(fù)觀測(cè)，因而采用非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定的不確定度評(píng)定方法。

6 評(píng)定與表示測(cè)量不確定度的步驟

6.1 分析測(cè)量不確定度的來(lái)源，列出對(duì)測(cè)量結(jié)果影響顯著的不確定度分量。

6.2 評(píng)定標(biāo)注不確定度分量，并給出其數(shù)值ui和自由度vi。

6.3 分析所有不確定度分量的相關(guān)性，確定各相關(guān)系數(shù)ρij。

6.4 求測(cè)量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，則將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc及自由度v。

6.5 若需要給出展伸不確定度，則將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc乘以包含因子k，得展伸不確定度U=kuc。

6.6 給出不確定度的最后報(bào)告，以規(guī)定的方式報(bào)告被測(cè)量的估計(jì)值y及合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc或展伸不確定度U，并說(shuō)明獲得它們的細(xì)節(jié)。

7 結(jié)語(yǔ)

不確定度是世界公認(rèn)的用來(lái)評(píng)定測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的參數(shù)。充分利用測(cè)量不確定度的評(píng)估來(lái)識(shí)別各種因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量的影響，才可能對(duì)檢測(cè)方法、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、環(huán)境條件、被檢測(cè)物品的性能和狀態(tài)以及操作人員的技能進(jìn)行全面分析，從而保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

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