田麗穎
(國網忻州供電公司,山西忻州 034000)
淺析三相電能表檢定裝置測量結果不確定度
田麗穎
(國網忻州供電公司,山西忻州 034000)
一切測量結果都不可避免的具有不確定性,一般電能表的不確定性評定僅對普通機械表、電子表而言,而作為省級計量機構要對地(州)市所的電能表檢定裝置進行量傳,其測量的可信度是計量工作者所關注的。本文介紹了不確定度的定義和計算方法,對交流電能表檢定裝置的不確定度進行了分析,并列舉了0.1級三相電能表檢定裝置的具體計算實例,可供建標和比對工作中參考。
檢定裝置 測量 不確定度 評定
電能是關系國計民生的重要能源,同時也是一種特殊的商品,在當今世界的經濟體系中占有顯著地位。作為電能貿易結算中使用的計量器具,電能表的計量準確度直接決定了貿易結算的公平程度。因此,一個國家電能計量標準準確度的提高,不僅可以提高其整體電能計量水平,而且能促進能源工業(yè)進步,推動國民經濟發(fā)展。
(1)測量不確定度:表示合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結果相聯系的參數。
(2)標準不確定度:以標準差表示的測量不確定度。
(3)不確定度的A類評定:用對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法,來評定標準不確定度。
(4)不確定度的B類評定:用不同于對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法,來評定標準不確定度。
(5)合成標準不確定度:當測量結果是由若干個其他量的值求得時,按其他各量的方差和協方差算得的標準不確定度。
(6)擴展不確定度:確定測量結果區(qū)間的量,合理賦予被測量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間。
(7)包含因子:為求得擴展不確定度,對合成標準不確定度所乘之數字因子。(注:包含因子也稱分布系數,等于擴展不確定度與合成標準不確定度之比。)
1.2.1 測量依據
JJG 597-2005《交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》。
1.2.2 測量環(huán)境
環(huán)境溫度(20±2)℃,相對濕度60%RH±15%,電壓220V±0.5%,頻率50Hz±0.1%。
1.2.3 測量標準器
三相標準電能表,型號CL317,準確度等級:0.02級。
1.2.4 被測對象
三相電能表檢定裝置,型號YC-1893(Ⅱ),準確度等級:0.05級。
1.2.5 測量過程
將三相電能表檢定裝置的測量標準器連接在裝置中被檢表的位置,由測量標準器指示的裝置輸出端電能W與裝置工作標準指示的電能W0相比較,所得結果即為被測裝置的相對誤差。
不確定度這個詞意思是不能肯定或有懷疑的程度。測量不確定度是對測量結果的不可信程度或對測量結果有效性的懷疑程度。由于測量條件的不完善及人們的認識不足,使被測量的值不能被確切地知道,測量值以一定的概率分布落在某個區(qū)域內。表示被測量分散性的參數就是測量不確定度,簡稱不確定度。在給出測量結果時必須同時給出其測量不確定度。測量不確定度用標準偏差表示,必要時也可用標準偏差的倍數或置信區(qū)間的半寬度表示。因此,測量不確定度是可以定量評定的。
數學模型r=r0
式中:r-被檢表的相對誤差;r0-三相電能表裝置上測得的相對誤差。
A類不確定度各分量可用實驗標準差表示。在重復性條件下,對一臺型號為YC-1893(Ⅱ)準確度等級為0.05級的三相電能表檢定裝置進行測量,相鄰兩次測量之間在相同的條件下較短時間內完成,其測量誤差數據見表1。
測量次數 n=10;誤差的平均值為:
標準偏差估計值為:
按照B類不確定度的定義來分析電能表檢定裝置中的B類分量。分析的依據可來自裝置設備的檢定證書、技術標準、說明書等。這些分量也就是誤差的來源,具體分析如下:a、標準電能表的誤差引起的;b、電壓互感器比差引起的;c、電能表傳遞誤差引起的;d、電壓互感器傳遞誤差引起的;e、標準表與被檢表同相端子之間的導線壓降引起的;f、標準表誤差化引起的。B類不確定度可用類似實驗標準差的標準差u表示,B類不確定度為上述各分量的合成,以上分析的各不確定度相互獨立。計算B類不確定度,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,所以還應先求出各分量的分布系數ki,在求出各個輸入量的不確定度分量ui=ai/ki之后,還需要計算傳播系數(靈敏系數)ci,然后計算由此引起的被測輸出量y的標準不確定度分量:
最后再用下列公式計算B類不確定度:
表1
表2 合成確定度的評定結果
其中:ai—第i項B類分量的誤差限;ki—第i項B類分量的分布系數;ci—第i項B類分量的傳播系數確定各誤差源的分布系數可參照JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》后附錄《概率分布情況的統(tǒng)計》。
由不確定度傳播率可知,對于輸入量互不相關(彼此獨立)的情況,由A類和B類評定所計算得到的多個標準不確定度可以用方和根
(RSS)方法有效地進行合成。
合成標準不確定度uc(y)的自由度稱為有效自由度veff。如果(y)是兩個或多個估計方差分量的合成,即
(xi),則通常可以認為它服從t分布,其有效自由度用韋爾奇-薩特思韋特(Welch-Satterthwaite)公式計算:
vi是u(xi)自由度。
取置信概率P=95%,包含因子k=2,則擴展不確定度U95=ku(r0)=2×0.07%=0.14%。為了提高測量的可靠性,需要將置信區(qū)間進行擴大,以提供一個較高的置信概率。當求出各輸入分量不確定度的自由度V,并據此求出有效自由度veff時,需要根據veff和設定的置信水準(置信概率)p查t分布表,查得的臨界值就是所需的包含因子kp值。將合成標準不確定度uc乘以包含因子kp,得出擴展不確定度,計算式如下:U=kp·uc(6)
經驗證,測量結果可信,該三相電能表檢定裝置符合國家計量檢定系統(tǒng)表和JJG596-1999電子式電能表檢定規(guī)程、JJG307-2006交流電能表檢定規(guī)程的要求。
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本裝置對1.0級三相三線有功電能表在3×100V、3×1.5A、功率因數為1.0時,相對誤差測量結果的擴展不確定度為: