文/陳韶淼
?
鉗形電流表的不確定度評定
文/陳韶淼
測量不確定度是以誤差理論為基礎(chǔ)的,它表征測量值的分散程度。不確定度因素包括被測設(shè)備本身的不穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)源的不確定度、測量環(huán)境的擾動(如溫度差引入的不確定度)、測量分辨力等。由于鉗形電流表的量程較多,對于不同量程,其測量不確定度也不相同,需要分別評定。
1.1測量標(biāo)準(zhǔn)
多產(chǎn)品校準(zhǔn)器5522A,跨導(dǎo)放大器52120A,線圈52120A/COIL 3KA 25。
1.2數(shù)學(xué)模型如下:
△Y=YX-YN
式中:YX——被檢表的示值;
YN——被檢表的實(shí)際值;
△Y——被檢表示值的絕對誤差。
2.1被測儀器YX測量重復(fù)性引入的不確定度u(YX)
輸入量YX的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u(YX)的來源主要是被檢表的測量不重復(fù)引起,采用A類方法評定??紤]到被測儀器在重復(fù)的條件下所得到的測量數(shù)據(jù)的分散性包含了標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定度、調(diào)節(jié)細(xì)度誤差帶來的的不確定度,標(biāo)準(zhǔn)裝置包含的分量可以忽略不計,因而不作另外分析。對一臺被檢表的每一個測量點(diǎn),連續(xù)獨(dú)立測量10次,每次需重新調(diào)整零位,得一組測量數(shù)據(jù)。
計算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差:
2.2標(biāo)準(zhǔn)裝置儀器YN引入的不確定度分量u(YN)
標(biāo)準(zhǔn)裝置儀器引入的不確定度分量用B類評定,可以查閱標(biāo)準(zhǔn)裝置的技術(shù)說明書或者校準(zhǔn)證書提供的數(shù)據(jù)得到。a1——為測量點(diǎn)量程的最大允許誤差的半寬度k1——為包含因子
2.3被測儀器在其測量檔位的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定
根據(jù)被檢表示值有效位數(shù),其分辨力,在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,則其包含因子,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
根據(jù)測量模型△Y=YX-YN,各分量的靈敏系數(shù)為:
上述各不確定度分量彼此獨(dú)立且不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式得到:
以鉗形電流表日本共立2017型為例,對其0~2A量程的交流電流1A、50Hz進(jìn)行不確定度評定。
5.1u(YX)的評定
本儀器測量重復(fù)性引入的不確定度可采用A類不確定度方法評定。某次實(shí)測數(shù)據(jù)見表1。
表1 某次儀器測量重復(fù)性引入的不確定度實(shí)測表
用貝塞爾公式計算單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
5.2 u(YN)的評定
經(jīng)上級傳遞合格,根據(jù)說明書可得標(biāo)準(zhǔn)儀器的在0~2A的準(zhǔn)確度±(0.16%RD)A,因而其在測量點(diǎn)1A的半寬度區(qū)間a1=0.0016A,若其區(qū)間均勻分布,則包含因子,因此A類不確定度計算如下:
5.3被測儀器在0~2A檔位的分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(YX1)的評定
根據(jù)被檢表示值有效位數(shù),其分辨力δX=0.1A,在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,則其包含因子,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算如下:
5.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度的評定
5.4.1文中上述各不確定度分量的匯總及計算,如表2所示。
表2 各不確定度分量數(shù)據(jù)表
5.4.2合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc的估算
上述各不確定度分量彼此獨(dú)立而且不相關(guān),則其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算如下:
5.4.3擴(kuò)展不確定度的評定
假如取包含概率為p=95%,則包含因子為k=2,因此擴(kuò)展不確定度計算如下:
測量結(jié)果與不確定度應(yīng)滿足|ylab-yref|≤Ulab2+Uref2
式中:ylab、Ulab分別為此次所述計量標(biāo)準(zhǔn)的測量結(jié)果與不確定度;
yref、Uref分別為比對驗(yàn)證計量標(biāo)準(zhǔn)的測量結(jié)果與不確定度。
結(jié)果驗(yàn)證如表3。
表3 校準(zhǔn)不確定度驗(yàn)證結(jié)果數(shù)據(jù)表
經(jīng)驗(yàn)證,檢定結(jié)果的驗(yàn)證符合要求。
本次鉗形電流表的測量不確定度評定選擇了簡單的直接比較法進(jìn)行驗(yàn)證。通過鉗型電流表重復(fù)測量標(biāo)準(zhǔn)裝置的交流電流,然后對各個不確定度分量評定分析,計算得出測量不確定度。最后將測量結(jié)果與其他標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室得出的參考值相比較,驗(yàn)證得到的測量結(jié)果是在合理范圍之內(nèi),驗(yàn)證結(jié)果說明采用上述方法對鉗形電流表的不確定度評估,所得出的結(jié)論完全滿足不確定度評定要求。
作者簡介:陳韶淼(1986-),男,助理工程師,本科,任職于廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司,從事電氣計量相關(guān)工作研究。