文：彭春蘭 萬永強(qiáng) 董江 宇春玲 （遼寧省輕工產(chǎn)品質(zhì)量檢測院，遼寧沈陽 110032）

電動自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測量不確定度的評定

文：彭春蘭 萬永強(qiáng) 董江 宇春玲 （遼寧省輕工產(chǎn)品質(zhì)量檢測院，遼寧沈陽 110032）

The Assessments of Uncertainty to the Measurement of the Nominal Voltage to the Batteries of Electrical Bicycles

影響電動自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測量結(jié)果的因素有很多，如檢測儀器、環(huán)境溫度、操作人員水平等，這些因素對測量值的影響量也各不相同，因此需要對測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。此文以對標(biāo)稱為48 V蓄電池組的電壓測量為例，分析電動自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測量不確定度的主要來源及主要影響分量，并對測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定，同時(shí)也為其它蓄電池標(biāo)稱電壓測量結(jié)果的不確定度評定提供參考。

電動自行車；蓄電池；不確定度

引言

蓄電池是電動自行車的能源載體，是影響電動自行車使用性能的關(guān)鍵部件，是電動自行車電器四大件之一。目前蓄電池的種類很多，而鉛酸蓄電池由于價(jià)格便宜，材料來源豐富，技術(shù)與制造工藝比較成熟，被大多數(shù)電動自行車所采用。電動自行車用蓄電池組作電源，一般標(biāo)稱48 V的蓄電池組都是由4節(jié)電池串聯(lián)而成，每節(jié)蓄電池的電壓通常為12 V。

準(zhǔn)確地測量蓄電池標(biāo)稱電壓與電動自行車的生產(chǎn)和使用有著密切的關(guān)系。蓄電池標(biāo)稱電壓的精確測量可為保證電動自行車產(chǎn)品質(zhì)量及使用性能提供技術(shù)保障。

蓄電池標(biāo)稱電壓測量結(jié)果受許多客觀因素的影響，如檢測儀器、操作人員水平、環(huán)境溫度等，因此，要控制并減小蓄電池的測量誤差，明確測量誤差范圍，需要對蓄電池測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。

本文依據(jù)GB17761-1999《電動自行車通用技術(shù)條件》，用直流電壓表對蓄電池組 （由4節(jié)12 V電池串聯(lián)而成） 電壓進(jìn)行測量，分析影響測量值的因素及影響程度，依據(jù)JJF1059-1999 《測量不確定度評定與表示》 分析蓄電池標(biāo)稱電壓測量不確定度的主要來源及影響量，對測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測量儀器

蓄電池標(biāo)稱電壓測量儀器為T5I1型直流電壓表，測量時(shí)使用該儀器的75 V量程，刻度范圍：0-150格，證書給出的相對擴(kuò)展不確定度Urel=0.07%（k=2）。

1.2 測試環(huán)境條件

環(huán)境溫度20℃。

1.3 測量方法

依據(jù)GB17761-1999《電動自行車通用技術(shù)條件》，蓄電池充足電后，靜放2 h，用電壓表測量其標(biāo)稱電壓 （V），測量值允許比規(guī)定值（不大于48 V） 標(biāo)升15%［1］。

1.4 數(shù)學(xué)模型

由于蓄電池的標(biāo)稱電壓可以直接在儀器上讀取，因此Vs=Vn

式中Vs——蓄電池的標(biāo)稱電壓實(shí)際值，單位為伏 （V）；

Vn——測量儀器讀取值，單位為伏 （V）。

2 測量結(jié)果不確定度來源

根據(jù)對試驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型和整個(gè)試驗(yàn)過程的分析，可以識別蓄電池電壓測量不確定度的來源主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 A類不確定度

A類不確定度一般都是通過實(shí)驗(yàn)方法用重復(fù)測量的分散性得出，所以可直接求算標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而求出A類不確定度。A類不確定度的符號為uA。標(biāo)準(zhǔn)偏差可由貝塞爾公式求出，即：

單次測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差 s（x）表征［2］。

2.2 B類不確定度

B類不確定度包括測量所使用的電壓表誤差引入的不確定度分量uB1、測量環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量 uB2、操作人員讀數(shù)誤差引入的不確定度分量 uB3。

3 測量結(jié)果不確定度評定

3.1 蓄電池電壓測量重復(fù)性引入的不確定度分量

在相同的條件下，用電壓表對蓄電池電壓進(jìn)行10次重復(fù)測量，測量值如表1所示。

表1 蓄電池的標(biāo)稱電壓重復(fù)測量值

用貝塞爾公式計(jì)算測量重復(fù)性不確定度：

10次測量中最大值與最小值之差為53.40 V-53.25 V=0.15 V，由貝塞爾公式計(jì)算出單次測量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.052705 V。

根據(jù)拉依達(dá)定理 3×0.052705 V=0.158115 V＞0.15 V，殘差中無超出3 S數(shù)據(jù)，有效， 無棄值［3］。

單次測量結(jié)果為Vs=53.25 V，故測量重復(fù)性引入的相對不確定度為：

3.2 電壓表誤差引入的不確定度分量uB1

3.3 環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量 uB2

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4 人員讀數(shù)誤差引入的不確定度分量 uB3

測量使用儀器的75 V量程，刻度范圍：0-150格，故每格為0.5 V。按三角形分布，區(qū)間半寬度α=0.5 V，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.5 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

合成B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

蓄電池電壓標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.6 擴(kuò)展不確定度

置信水平為95%，取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度：

3.7 測量不確定報(bào)告

蓄電池的標(biāo)稱電壓為：

4 測量結(jié)果不確定度各分量分析

表2 各不確定度分量匯總表

從表2可以看出，對蓄電池電壓不確定度影響最大的因素為操作人員讀數(shù)誤差，因此測量操作人員的讀數(shù)是影響蓄電池電壓測量值的關(guān)鍵因素。所以在測量蓄電池電壓操作過程中，操作人員在讀數(shù)時(shí)，應(yīng)注意視線正對電壓表，即視線與電壓表的刻度盤面垂直，盡量減小讀數(shù)的誤差。其次是測量環(huán)境溫度的影響，故在測量電壓時(shí)，應(yīng)注意保持測量環(huán)境溫度的一致性。測量重復(fù)性的影響量較小，重復(fù)性測量引入的不確定度包含儀器變動性和人員操作等隨機(jī)影響。測量儀器校準(zhǔn)對測量不確定度影響很小，說明儀器精度完全滿足測量要求。

5 結(jié)論

通過分析蓄電池標(biāo)稱電壓測量過程中存在的誤差及各不確定度分量對測量結(jié)果的影響，可以得出以下結(jié)論：

在測量蓄電池標(biāo)稱電壓時(shí)，其不確定度主要由操作人員讀數(shù)誤差引入的不確定度提供；其次是環(huán)境溫度變化引入的不確定度；影響相對較小的是測量重復(fù)性引入的不確定度及測量儀器校準(zhǔn)引入的不確定度。

［1］ 國家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局.GB17761-1999《電動自行車通用技術(shù)條件》［s］.1999

［2］ 國家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局.JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》［s］.1999

［3］ 滕敏康.實(shí)驗(yàn)誤差與數(shù)據(jù)處理［M］.南京：南京大學(xué)出版社出版，1989