李義

【摘要】 ? ?電學計量容易在多種因素的影響下出現誤差，嚴重時會引起系統(tǒng)誤差，導致各類數據的真實性無法得到保證。因此，在電學計量過程中，技術人員需要分析誤差成因，并利用不確定度理論消除誤差。本文以電學計量的誤差分析及不確定度理論研究為題，在歸納和總結電學計量誤差產生原因的基礎上，介紹不確定度理論在電學儀器計量校準中的應用特點和適用性，希望為相關行業(yè)提供借鑒。

【關鍵詞】 ? ?電學計量 ? ?誤差分析 ? ?不確定度理論

引言：

所謂的系統(tǒng)誤差或確定性誤差是指恒值不變或按照一定規(guī)律變化的誤差，這種誤差的出現具有規(guī)律性，其影響能夠在測量結果中被消除。但如果沒有及時發(fā)現系統(tǒng)誤差，就會對計量檢定的準確性造成影響，并且這種誤差無法在測量結果中消除。而不確定度理論的應用，則有利于電學計量誤差的消除。因此，對此項課題進行研究，具有十分重要的意義。

一、電學計量誤差分析

1.1人員因素

人員因素主要體現在以下方面：第一，人員誤差。具體表現為電學計量人員對知識的掌握水平低下，對檢定方法的了解程度不深，操作方法不正確，均會導致系統(tǒng)誤差的產生。第二，讀數誤差。測量人員的讀數習慣也是系統(tǒng)誤差產生的直接原因，比如：部分人員喜歡采用與表面不垂直的固定角度對讀數進行觀察，最終引發(fā)了系統(tǒng)誤差，并且這種方式屬于人員誤差。第三，實驗者操作影響。測量人員的操作習慣同樣會導致系統(tǒng)誤差，比如：在轉換機械形狀的過程中，使用力度的不同，會使開關所接觸的電阻出現變化[1]。

1.2方法誤差

1.沒有將檢定規(guī)程作為操作依據。在檢定過程中，如果計量人員沒有依據檢定規(guī)程，容易引起方法誤差。

2.非標準方法。在測量過程中，測量人員有時會采取非標準方法，在企業(yè)中這種現象極為常見。比如：在進行測量儀器校準時，采用非標準的方法，會影響測量結果的準確性。

1.3量具誤差

在電學計量階段，量具誤差是系統(tǒng)誤差的重要內容，首先，不同標準器在適用范圍上存在區(qū)別，且準確度和精確度的差異也較為顯著，導致通過這種標準器測量出的計量數據存在系統(tǒng)誤差，因此，在選擇標準器的過程中，需要選擇具有更高精確度的標準量具。此外，大多數計量儀器的精確度不同，比如：有效位數和最小刻度。精確度的不足，容易使計量人員在讀數時出現偏差，建議計量人員在測量過程中，將合適和統(tǒng)一的計量儀器作為主要選擇。如果需要采用差值法，計量人員應在具體操作階段，對計量儀表的讀數進行利用，從而實現對被測量值的準確計算。

1.4外部環(huán)境因素

外部環(huán)境因素對電學計量誤差的影響較為嚴格，主要體現在以下方面：第一，磁場。雖然在大部分情況下，電路內各元件之間的磁場影響偏小，但如果直流電路中的電動儀器缺少屏蔽，磁場敏感度就會上升，計量結果的準確性也會受到影響。如果電學計量環(huán)境外部磁場較強，計量人員應采取有效的措施對磁場進行控制，以此來保證計量結果的準確性。第二，電場。各絕緣體之間會產生電容，交流電各條通路也會受到電容的影響，最終會引起元件讀數誤差。第三，電流熱效應。在實際計量階段，對部分元件的數值進行改變或調整，會導致電流發(fā)生變化，元件所散發(fā)的熱量也會受到影響，最終造成計量結果出現誤差[2]。

1.5測量裝置因素

測量裝置因素主要體現在以下方面：第一，標準裝置中的其他設備。標準裝置由多個設備構成，主要包括標準器和其他設備，如果其他設備在質量和性能上與測量要求不符，容易誘發(fā)系統(tǒng)誤差，并且這種問題的隱蔽性較強，很難被檢定人員及時發(fā)現。第二，其他元件的誤差。元件誤差會對測量結果產生極為不利的影響，因此，在實際測量過程中，需要對元件和輔助性設備誤差進行考慮，確定其影響程度，究其原因，主要是這些元件和輔助設備，所處位置通常為電學檢定線路。第三，線路接點和導線電阻。測量線路的連接，需要通過接點，比如：開關接點、焊接點等，而接點之間存在電阻。雖然此類電阻相對較小，一般情況下無需考慮，但部分計量檢定對精準度的要求較高，此時，這些電阻就會成為誤差產生的原因。第四，開關變差。開關屬于操作部件，其所接觸的電阻會不斷變化。在開關接觸電阻轉換后復位時，接觸電阻就會產生微小的變化，容易生成開關變差。如果變差值過大，會使檢定結果的準確性受到影響，并且這種影響無法被忽略。第五，交流感抗影響。這里所說的交流感抗，經常在線路接點、開關和導線處發(fā)生。如果測量情景中存在交流，在測量時，還要對導線電容、接線柱進行考慮。第六，調節(jié)細度不足。比如：測量人員在測量階段，如果對補償法進行了使用，可能會因為細度不足，導致步進值發(fā)生變化，最終超過靈敏度閾值，指示器也會因此而偏轉，從而使最終平衡受到影響，此時，測量人員在讀取結果時只能通過估讀法，而估讀結果的準確性很難得到保證。第七，靈敏度不足。在電學測量中，靈敏度是測量人員必須要考慮的問題。假設測量裝置指示器所觀察的最小變化為ΔY，與之相對應的被測量變化由ΔX表示，在靈敏度不足的條件下，誤差就會出現。

二、不確定度理論

2.1測量不確定度的概念

事實上，測量儀器的不確定度并沒有具體的概念，主要是指測量儀器顯示值誤差的不確定度，簡言之，就是測量儀器多次顯示的測量結果均不相同。測量不確定度作為一個參數，與測量結果的關聯(lián)極為密切，能夠對被測量值的分散特性進行表征。同時，還可以對測量結果落在某一區(qū)間的概率進行反映，但這種概率的確定需要將測量結果作為依據。不確定度大小與測量結論的可用性息息相關，甚至會起到決定性作用。此外，測量結果的不確定度，還會對測量儀器最大允許誤差和示值誤差造成影響。

在電學計量中，不確定度的應用主要體現在以下方面：第一，接地電阻測試儀的電流電阻示值誤差;第二，絕緣電阻表的電壓;第三，電阻示值誤差;第四，耐壓測試儀示值誤差;第五，泄漏電流測量儀的電壓電流示值誤差。

2.2測量不確定度理論的發(fā)展情況

為對誤差概念所引發(fā)的爭論進行消除，再加上，經濟全球化對測量和測量結果提出了嚴格要求，因此，制定國際統(tǒng)一的評定標準刻不容緩。這個評定標準的實施，可以避免因同種產品在不同地區(qū)的計量標準差異，所引發(fā)的損失。在這種趨勢下，測量不確定度理論不斷發(fā)展，最終形成了國際統(tǒng)一標準，

2.3不確定度的分析評定過程

現階段，國內常用的不確定度評價方法包括靜態(tài)不確定度評定方法和動態(tài)測量不確定度評定方法，其中，前者屬于傳統(tǒng)方法，其基礎為統(tǒng)計理論，而后者屬于新型方法，其基礎為新模型和新理論。不確定度評定過程為建立數學模型-分析不確定度來源-A或B類評定-合成不確定度-擴展不確定度-得出不確定度報告。

2.3.1靜態(tài)不確定度評定

國內學者在研究后，提出了基于最大方差法對測量結果的標準不確定度進行評定的方法。另有一些學者給出了不確定度評定公式，該公式的基礎為測量值是一種最小二乘測量結果，在經過拓展后所形成的公式，這種測量結果在服從正態(tài)分布的同時，還具備獨立的特點，并且實際應用結果表明，這種不確定度評定公式的應用，有利于解決GUM在表述上的缺陷。張海濱等學者驗證了不確定度評定模型，通過對埃奇沃思級數展開形式的運用，對測量數據分布函數進行表示，然后利用蒙特卡羅模擬法得出測量數據模擬值，這些模擬值均符合分布函數，接下來將通過計算得到的模擬值標準差作為不確定度評定驗證值，最終達成驗證各種不確定度評定模型的目標。最后結合實例，對這種方法的應用效果進行分析，結果表明，這種方法可以有效控制電學計量誤差。

2.3.2動態(tài)不確定度評定

在現代誤差理論中，動態(tài)測量不確定度可謂是其中的精髓，同時也是不確定度理論未來發(fā)展的方向。動態(tài)不確定度理論完全脫離于以統(tǒng)計理論為基礎的傳統(tǒng)方法，解決了傳統(tǒng)方法存在的缺陷。但由于發(fā)展時間較為短暫，因此，這種方法并不能在全部統(tǒng)計理論中的不確定度問題中適用，而融合使用靜態(tài)不確定度評定和動態(tài)不確定度評定方法，可以取得更加顯著的效果。

以某學者的研究為例，該學者通過建立數學模型的方式，利用不確定度理論消除誤差影響。在不確定度測量中，需要建立與評定要求相符的數學模型，簡言之，就是所建立的關系函數，需要與影響量Xi和被測量Y之間存在密切的關聯(lián)，該學者所建立的關系式為Y=f（X1，X2…Xn），在實際測量過程中，測量人員需要充分了解測量過程，避免重復測量或測量遺漏現象的出現，所有對不確定度測量產生影響的輸入量，均要在模型中體現，只有這樣，才能確保數學模型的有效性。由X輸入量得出最佳值x，由Y得出的最佳值為y，即y=f（x1…xn）。故Xi的不確定度會成為被測量設備不確定度的決定因素，因此，對X的不確定度進行評定至關重要。

不確定度來源的分析：基于數學模型，列出與被測量不確定度存在關聯(lián)的分量。在進行被測量不確定度評定之前，還要在測得值中加入修正值，通過這種方式，對被測量儀器的最佳值進行明確，同時將異常值剔除。

不確定度評定：測量結果的不確定度會受到多種因素的影響，而標準不確定度分差代表的是評定各個不確定度來源的標準偏差，可以用u進行表示。在評定時可采取不同的方法，但無論采用哪種評價方法，在評定不確定度分量時，都要確保這些分量都能在模型中找出與之相匹配的輸入量[3]。

不確定度合成：可以使用uc（y）對被測量估計值的標準不確定度進行表示，這種不確定度屬于輸入量不確定度的合成。測量結果的區(qū)間值可以通過擴展不確定度所確定，究其原因，主要是擴展不確定度可能會包含區(qū)間范圍。因此，這種不確定度也被學者稱為展伸或范圍不確定度。擴展不確定度表示測量不確定度的方法為標準不確定度的倍數，其關系式為U=kuc，其中k代表倍數，通常為2倍或3倍，倍數的選擇，需要將被測量儀器的重要性、效益和風險作為決定性因素。如果被測量儀器的重要性、效益和風險較高，k的值為3，否則就是2。

不確定度報告：在完成對不確定度的分析評定后，需要以報告的形式反映測量結果。比如：運用合成標準不確定度，對測量不確定度進行表示，需要在報告中給出自由度和uc。如果在表示不確定度時，對擴展不確定度進行運用，應將uc、p、v、k在報告中給出。總之，不確定報告所體現的信息應該完整全面，這是提高結果使用價值的重要舉措[4]。

三、結束語

綜上所述，在研究后可知，對于電學計量而言，測量不確定度評定十分重要。評定流程是否合理、評定算法是否精確都會對影響電學計量的質量。通過結合國內學者的研究成果，對靜態(tài)不確定度測量和動態(tài)不確定度測量進行總結，并提出在電學計量中應用不確定度理論的建議。

參 ?考 ?文 ?獻

[1]劉瑜.電學計量檢定測量系統(tǒng)誤差的因素分析[J].中國設備工程，2021（03）：181-182.

[2]言敬.電學計量檢定及測量的誤差因素分析[J].自動化應用，2018（03）：51-52.

[3]王平東.電學計量檢定和測量的系統(tǒng)誤差因素分析[J].現代經濟信息，2017（23）：328.

[4]王子鵬，劉暢.電學計量系統(tǒng)的誤差因素分析[J].中國標準化，2017（18）：42-43.