田煥榮

（中國北方車輛研究所，北京，100072）

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車用超級(jí)電容器單體靜電容量測量不確定度評(píng)定方法

田煥榮

（中國北方車輛研究所，北京，100072）

摘要：本文通過車用超級(jí)電容器靜電容量檢測實(shí)例詳細(xì)闡述不確定度評(píng)定的流程和方法，為實(shí)驗(yàn)室開展不確定度提供借鑒。

關(guān)鍵詞：檢測；數(shù)學(xué)模型；不確定度評(píng)定

0　前言

隨著國際上合格評(píng)定對(duì)測量不確定度要求不斷提高，國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可對(duì)測量不確定度對(duì)測量、試驗(yàn)結(jié)果的可信性、可比性和可接受性的影響也更加關(guān)注。CNAS-CL01《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》規(guī)定：“校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室或進(jìn)行自校準(zhǔn)的檢測實(shí)驗(yàn)室，對(duì)所有的校準(zhǔn)和各種校準(zhǔn)類型都應(yīng)具有并應(yīng)用評(píng)定測量不確定度的程序。檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有并應(yīng)用評(píng)定測量不確定度的程序”。為充分考慮實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的要求，滿足客戶和其他各有關(guān)方面的需求，獲國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室都在積極推進(jìn)和開展不確定度評(píng)定工作。因此，對(duì)測量參數(shù)的不確定度評(píng)定能力也成為代表實(shí)驗(yàn)室檢測技術(shù)能力的重要標(biāo)志。

1　開展測量不確定度評(píng)定的前提

測量不確定度評(píng)定對(duì)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室來說還是一個(gè)模糊的概念，要在實(shí)驗(yàn)室全面開展不確定度評(píng)定工作是一個(gè)較復(fù)雜的工程：首先需要實(shí)驗(yàn)室透徹分析測量參數(shù)形成的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括：試驗(yàn)方法、檢測設(shè)備、人員操作、樣品狀態(tài)及環(huán)境條件等；其次，開展不確定評(píng)定需要運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、誤差分析、數(shù)據(jù)處理等深入的基礎(chǔ)理論；最后需要不確定度評(píng)定者有豐富的檢測經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)，能夠判斷不確定度來源和不確定度報(bào)告的解釋。開展超級(jí)電容器單體靜電容量的測量不確定度評(píng)定，同樣需要從以上三個(gè)方面進(jìn)行分析，全面把握影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素和科學(xué)的測量方法。

2　開展測量不確定度評(píng)定流程

不確定度評(píng)定方法在理論上已經(jīng)有系統(tǒng)的規(guī)范，如圖1所示。

開展超級(jí)電容器單體靜電容量的不確定度評(píng)定，更重要的是對(duì)實(shí)際測量過程的熟悉掌握，只有深入了解測量的標(biāo)準(zhǔn)、方法、設(shè)備等，才能夠正確對(duì)測量參數(shù)進(jìn)行不確定度評(píng)定。

2.1建立測量數(shù)學(xué)模型

建立測量數(shù)學(xué)模型即根據(jù)被測量的定義和測量方案，確立函數(shù)關(guān)系。超級(jí)電容器單體靜電容量試驗(yàn)方法如下：a）電容器單體以恒定電流充電到額定電壓；b）電容器單體以恒定電流放電到最低工作電壓；c）重復(fù)步驟a）-b）5次，記錄電容器電壓從額定電壓的80%至最低工作電壓的放電時(shí)間；d）計(jì)算每次循環(huán)電容器單體的靜電容量，取其平均值。

2.2識(shí)別不確定度的來源

對(duì)檢測和校準(zhǔn)測量結(jié)果不確定度來源的識(shí)別應(yīng)從分析測量過程入手，即對(duì)測量方法、測量系統(tǒng)和測量程序作詳細(xì)研究。測量不確定度的來源通常有對(duì)被測量的定義、檢測方法不理想、抽樣的代表性不夠、測量儀器的不確定度、賦予計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的值或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)、被測量重復(fù)觀測值的變化等。

圖1　不確定度評(píng)定流程

表1　5次測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)列表

按照試驗(yàn)方法分析，靜電容量測量的不確定來源主要有：重復(fù)測量值的變化；測量裝置引入的不確定度。

2.3求出最佳值

根據(jù)建立的測量模型，被測量Y的最佳值表示為：，利用上式得出被測量的最佳值（通常即指算術(shù)平均值）。

進(jìn)行5次獨(dú)立測量。測得的結(jié)果(如表1)

2.4不確定度的A類評(píng)定

樣本標(biāo)準(zhǔn)差：

代入公式（2）計(jì)算出靜電容量參數(shù)的A類不確定度為：

2.5不確定度的B類評(píng)定

隨機(jī)變量的估計(jì)值不是由重復(fù)觀測得出，則相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度便應(yīng)根據(jù)可能引起變化的所有信息來判斷、估算。根據(jù)所有可用的信息，通?？梢缘贸鲭S機(jī)變量估計(jì)值的置信區(qū)間（變化范圍）的半寬度或者擴(kuò)展不確定度。而標(biāo)準(zhǔn)差、置信區(qū)間的半寬度與置信因子（或擴(kuò)展不確定度與包含因子）之間有著明確的函數(shù)關(guān)系：

本項(xiàng)試驗(yàn)的B類不確定度來源主要是測量設(shè)備。經(jīng)查閱，電壓測量設(shè)備的校準(zhǔn)結(jié)果為：U=9.8×10-6(取包含概率95%)。因此

因此靜電容量的合成B類不確定度為：

2.6測量不確定度的合成

當(dāng)測量不確定度有若干個(gè)分量時(shí)，則總不確定度應(yīng)由所有各分量（A類與B類）來合成。將靜電容量參數(shù)的各不確定度分量進(jìn)行合成，可以得出：

2.7擴(kuò)展不確定度

2.8靜電容量參數(shù)的測量不確定度報(bào)告

對(duì)于檢測實(shí)驗(yàn)室，一般使用擴(kuò)展不確定度表示測量不確定結(jié)果。同時(shí)必須注明值，必要時(shí)還應(yīng)給出值的獲得方法及其有關(guān)參數(shù)，如置信概率。

超級(jí)電容器單體靜電容量不確定度結(jié)果表示為：

不確定度評(píng)定報(bào)告中不確定度的數(shù)值要取得適當(dāng)，其最后的有效數(shù)字最多可取二位。對(duì)于中間運(yùn)算環(huán)節(jié)，為減小舍入誤差的影響，不確定度有效數(shù)字的位數(shù)可適當(dāng)多取，一般多取一位即可。在實(shí)際工作中，不確定度是有單位的，報(bào)告測量結(jié)果時(shí)，合成不確定度通常不超過兩位有效數(shù)字，同時(shí)不確定度的末位數(shù)應(yīng)與測得值的末位數(shù)的數(shù)量級(jí)相同。

4　結(jié)束語

不確定度是表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)，其方法原理已經(jīng)有科學(xué)規(guī)范的闡述。超級(jí)電容器單體靜電容量不確定度評(píng)定是針對(duì)某測量參數(shù)的評(píng)定，根據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行分析，包括了已識(shí)別的系統(tǒng)效應(yīng)評(píng)定不完善的影響，并未包含未識(shí)別的系統(tǒng)效應(yīng)的影響?？梢愿爬ǖ卣f，測量不確定度是由于隨機(jī)效應(yīng)的影響，只要存在，就不可能不在測量結(jié)果中反映，因此，任何不確定度的識(shí)別都具有一定的主觀成分，不確定度評(píng)定都會(huì)受到主觀鑒定成分的影響。

Evaluation method for uncertainty of measurement of the electrostatic capacity of a vehicle with a super capacitor

Tian Huanrong
(China North Vehicle Research Institute,Beijing 100072,China)

Abstract：In this paper,the process and method of uncertainty evaluation are expounded in detail by using the example of the electrostatic capacity of the vehicle's super capacitor,which provides reference for the laboratory to carry out the uncertainty.

Keywords：detection;mathematical model;uncertainty evaluation