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        電鉆電量測量不確定度分析與計算

        2015-10-15 10:07:23■文/沈
        中國質(zhì)量監(jiān)管 2015年7期
        關(guān)鍵詞:電鉆試驗臺讀數(shù)

        ■文/沈 剛

        電鉆電量測量不確定度分析與計算

        ■文/沈 剛

        電動工具在檢測過程中,由于檢測環(huán)境、使用儀器、操作規(guī)范及檢測不完善等因素,使得檢測的各個相關(guān)的參數(shù)之間有離散性,所以往往人們對這個檢測結(jié)果是存在懷疑的。為了較準確的評估產(chǎn)品,確定檢測結(jié)果的可信度,提出測量不確定度的概念:表征合理的賦予被測量之值的分散性,與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。國際標準化組織(ISO)等7個國際組織于1993年聯(lián)合發(fā)布了《測量不確定表示指南》,國家質(zhì)檢總局2012年批準頒布了JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示方法》。遵循這些標準,對電鉆型式試驗中主要的測試項目的不確定度來源進行分析,并建設(shè)數(shù)學(xué)模型,計算了這些不確定度。

        測量不確定度的概念與評定方法

        測量不確定度是表征合理的賦予被測量之值的分散性、與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。

        測量不確定度一般來源于隨機性和模糊性,前者因為條件不充分,后者因于事務(wù)本身概念不明確。測量不確定度一般由許多分量組成,其中一些分量具有統(tǒng)計性,另一些分量具有非統(tǒng)計性。所以,這些不確定度來源,若影響到測量結(jié)果,都會對測量結(jié)果的分散性做出貢獻。也就是說,由于這些不確定度來源的綜合效應(yīng),使測量結(jié)果的可能值服從某種概率分布??梢杂酶怕史植嫉臉藴势顏肀硎緶y量不確定度,它表示測量結(jié)果的分散性;也可以用標準偏差的倍數(shù)或用具有一定置信區(qū)間的半寬度來表示測量不確定度。

        標準不確定度分量的A類評定基于頻率分布,B類評定基于先驗分布。A類、B類評定是兩種不同的評定方式,其本質(zhì)是相同的。

        用對觀察測量進行統(tǒng)計分析的方法來評定標準不確定度,稱為不確定度的A類評定,也稱為A類不確定度評定。用根據(jù)經(jīng)驗或資料及假設(shè)的概率分布估計的標準偏差表征標準不確定度,就稱為不確定度的B類評定,也稱為B類不確定度評定。

        不確定度分量的評定方法見表1。

        表1 各不確定度分量評定方法表

        電量測量不確定度分析與計算

        按GB3883.1-2008及GB3883.6-2007標準規(guī)定,電鉆電量測量有起動測試、輸入功率和電流測量三個項目。

        一、起動測試

        1.測試方法

        按GB3883.1-2008中[10.1]條規(guī)定實施測試,在0.85Un下空載起動10次。

        2. 測試設(shè)備

        表2 起動測試中使用及影響評定的設(shè)備清單

        3. 試驗記錄

        表3 起動試驗測量數(shù)據(jù)記錄

        在電參數(shù)儀上顯示的10個電壓值Ui列于表3。

        起動次數(shù)n=10,起動電壓

        4. 測量不確定度分析

        (1)數(shù)學(xué)建模

        每次起動測試的實時電壓為電參數(shù)儀顯示電壓,即數(shù)學(xué)模型為Y=X

        (2) 測量不確定度來源分析

        起動試驗臺精度;

        起動試驗臺輸出電壓與測試臺顯示電壓有誤差;

        實驗室電壓有波動;

        由各種隨機因素引起的讀數(shù)不重復(fù)性。

        (3)標準不確定度評定

        讀數(shù)不重復(fù)引起的標準不確定度μ1,按A類方法評定,由實測數(shù)據(jù)得試驗標準S(U)為:

        故由讀數(shù)重復(fù)性引入的標準不確定度:

        起動試驗臺精度引入的標準不確定度μ2,按B類評定,根據(jù)其技術(shù)指標確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a2為:

        設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布(矩形分布),取k2=1.73,故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ2為

        起動試驗臺輸出電壓與測試臺顯示電壓之間的誤差引入的不確定度μ3,按B類評定,根據(jù)其校驗證書確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a3為:

        a3=±0.02%×U=±0.02%×18 7.08V=±0.0374V

        設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布(矩形分布),取k3=1.73,故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ3為:

        實驗室電壓波動引入的不確定度μ4,按B類評定,根據(jù)儀器說明書給出的輸出電壓因素確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a4為:

        a4=0.05%×=0.0005×187.08V =0.0935V

        設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布(矩形分布),取k4=1.73,故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ4為:

        (4)合成標準不確定度的計算

        由于上述四項標準不確定度分量之間不相關(guān),所以合成標準不確定度μc為:

        (5)確定擴展不確定度

        取包含因子k=3,故擴展不確定度U為:

        (6)測量不確定度的表示

        起動測試的測量結(jié)果合格。測試時的實際電壓值電壓為:

        二、輸入功率

        1. 測試結(jié)果

        試驗記錄見表4。

        表4 輸入功率測試試驗記錄表

        按GB3883.1-2008規(guī)定對該電鉆進行輸入功率測試,對其測試結(jié)果進行不確定度分析及計算

        2. 測試方法

        按GB3883.1-2008中[11.1]條規(guī)定實施測試。變頻電源控制測試電壓、頻率,設(shè)備預(yù)運行完畢后,工具運行15min以上至穩(wěn)定狀態(tài),記錄空載功率。判斷額定功率是否為空載功率的110%倍,進而判定此項目的合格性。

        3. 測試設(shè)備

        表5 輸入功率測試中使用及影響評定的設(shè)備清單

        4. 數(shù)學(xué)建模

        電參數(shù)儀直接顯示工具的空載功率,即數(shù)學(xué)模型為Y=X

        三、測量不確定度分析

        1. 測量不確定度來源分析

        (1) 電參數(shù)儀顯示功率與工具實際輸出功率有誤差;

        (2) 由各種隨機因素引起的讀數(shù)不重復(fù)性。

        2. 標準不確定度評定

        (1)各不確定度分量的評定

        讀數(shù)不重復(fù)引起的標準不確定度μ2,按A類方法評定,由實測數(shù)據(jù)得試驗標準S(P)為:

        故由讀數(shù)重復(fù)性引入的標準不確定度

        電參數(shù)儀顯示功率與工具實際輸出功率誤差引起的標準不確定度μ2,按B類方法評定,根據(jù)其說明書確定最大允許誤差的區(qū)間的半寬度a2為:

        a2=±(0.25%×999.9+ 0.25%×446.78)=±3.6166W

        設(shè)測量值在該區(qū)間內(nèi)均勻分布(矩形分布),取k2=1.73,故由起動試驗臺精度引入的不確定度μ2為:

        (2)合成標準不確定度的計算

        由于上述四項標準不確定度分量之間不相關(guān),所以合成標準不確定度μc為:

        3.確定擴展不確定度

        取包含因子k=2,故擴展不確定度U為:

        U=kμc=2×2.0998=4.1996W

        4. 測量不確定度的表示

        測試所得的空載功率為:

        P=446.78W

        U=4.1996W

        k=2

        (作者單位:江蘇省啟東市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所)

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