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        數(shù)字多用表校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評定

        2022-03-09 01:50:06陳光輝
        關(guān)鍵詞:交流測量標(biāo)準(zhǔn)

        陳光輝

        (遵義市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測院,貴州 遵義 563000)

        數(shù)字多用表是一種測量項目比較多(可以測量交直流電壓電流及電阻),每一個測量項目的測量量程也比較多的多參數(shù)、多量程的測量儀表,其校準(zhǔn)結(jié)果以十進(jìn)制顯示。按照測量結(jié)果的不確定度的評定要求,每一個項目的每一個量程都需要進(jìn)行不確定度評定[1],其評定過程非常繁瑣,因此本文僅僅在每一個項目中選擇一個特殊的校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行不確定度評定,本文在直流電壓為10 V,直流電流為100 mA,交流電壓為100 mV(1kHz),交流電流為1 A(1kHz),直流電阻為10 MΩ,五個典型的校準(zhǔn)點(diǎn)處對它的結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。

        1 概述

        1.1 測量依據(jù):JJF1033-2016《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》與JJF 1587-2016《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》[2]。

        1.2 環(huán)境條件:溫度:21.2℃濕度:55.7%RH。

        1.3 測量標(biāo)準(zhǔn):TD1880 多功能精密校準(zhǔn)器、8588A 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表。

        1.4 被測對象:8846A 數(shù)字多用表。

        1.5 測量方法

        測量方法的選擇與標(biāo)準(zhǔn)器的選擇息息相關(guān),校準(zhǔn)規(guī)范JJF1587-2016 中有明確規(guī)定:數(shù)字多用表的校準(zhǔn)裝置其每一個對應(yīng)的功能,對應(yīng)量程的最大允許誤差的絕對值或者不確定度都應(yīng)當(dāng)小于或等于被校數(shù)字多用表的相應(yīng)功能,相應(yīng)量程的最大允許誤差絕對值的1/3。倘若多功能精密校準(zhǔn)器的最大允許誤差或不確定度合乎前文,那么可以優(yōu)先選擇標(biāo)準(zhǔn)源法,這樣在操作過程中比較方便快捷,否則選用標(biāo)準(zhǔn)表法。本文中直流電壓的校準(zhǔn)使用的是標(biāo)準(zhǔn)表法,其他項目校準(zhǔn)使用的是標(biāo)準(zhǔn)源法。

        1.5.1 標(biāo)準(zhǔn)表法

        按照圖1 連接多功能精密校準(zhǔn)器、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表和被校數(shù)字多用表。調(diào)節(jié)多功能精密校準(zhǔn)器的輸出值,讀取的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表的示值就是校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)值。

        圖1 標(biāo)準(zhǔn)表法示意圖

        1.5.2 標(biāo)準(zhǔn)源法

        按照圖2 連接多功能精密校準(zhǔn)器和被校數(shù)字多用表,多功能精密校準(zhǔn)器直接輸出的示值為校準(zhǔn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)值。

        圖2 標(biāo)準(zhǔn)源法示意圖

        本文中使用的多功能精密校準(zhǔn)器在直流電壓擋最大允許誤差不滿足在JJF1587-2016 中的要求,而標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表滿足要求,所以除了校準(zhǔn)直流電壓用標(biāo)準(zhǔn)表法外,其他項目用標(biāo)準(zhǔn)源法。

        2 測量模型及不確定傳播公式

        2.1 測量模型

        倘若ZN是標(biāo)準(zhǔn)值,ZX是被校數(shù)字多用表的顯示值,由測量標(biāo)準(zhǔn)的使用說明書可以得到,對于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表以及多功能精密校準(zhǔn)器,當(dāng)它們在符合校準(zhǔn)規(guī)范的條件下,由于溫度等其他因素帶來的影響可以忽視不計,所以得到:

        考慮到分辨力對校準(zhǔn)結(jié)果的影響,測量模型可以轉(zhuǎn)換為:

        2.2 不確定度傳播公式[3]

        2.3 靈敏系數(shù)

        3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

        在符合校準(zhǔn)規(guī)范的條件下,對校準(zhǔn)點(diǎn)直流電壓10 V,直流電流100 mA,交流電壓100 mV(1kHz),交流電流1 A(1kHz),直流電阻10 MΩ 進(jìn)行10 次重復(fù)性測量,測量結(jié)果如表1。

        表1 各校準(zhǔn)點(diǎn)的重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)

        3.1 直流電壓(標(biāo)準(zhǔn)表法)

        3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μ(ZX)

        由重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)可以得到測量結(jié)果的平均值:

        3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定分量μ(δZX)

        由實驗可得被校數(shù)字多用表在直流電壓10 V 點(diǎn)處的分辨力為1×10-5V,倘若在±5×10-6V 區(qū)間內(nèi)為均勻分布,則有:

        3.2 直流電流(標(biāo)準(zhǔn)源法)

        3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量μ(ZX)

        3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定分量μ(δZX)

        由實驗可得被校數(shù)字多用表在直流電流100 mA 點(diǎn)處的分辨力為1×10-4mA,倘若它在±5×10-5mA 區(qū)間范圍內(nèi)是均勻分布的,所以:

        3.3 交流電壓(標(biāo)準(zhǔn)源法)

        3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(ZX)

        由重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)可以得測量結(jié)果的平均值:

        3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定μ(δZX)

        由實驗可知被校數(shù)字多用表在交流電壓100 mV(1kHz)點(diǎn)處的分辨力為1×10-4mV,假設(shè)它在±5×10-5mV區(qū)間范圍內(nèi)是均勻分布的,因此:

        3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(ZN)

        標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表經(jīng)由上級計量標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)溯源,校準(zhǔn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用的最大允許誤差。而它的使用說明書中給出其在交流電壓100 mV(1kHz)點(diǎn)處的最大允許誤差為:

        3.4 交流電流(標(biāo)準(zhǔn)源法)

        3.4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(ZX)

        由重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)可以得到測量結(jié)果的平均值:

        3.4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定μ(δZX)

        由實驗可知被校數(shù)字多用表在交流電流1 A(1kHz)點(diǎn)處的分辨力為1×10-6A,倘若它在±5×10-7A 區(qū)間范圍內(nèi)是均勻分布的,因此:

        3.4.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(ZN)

        多功能精密校準(zhǔn)器經(jīng)由上級計量標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)溯源,校準(zhǔn)結(jié)果符合多功能精密校準(zhǔn)器的最大允許誤差。而它在該量程處的最大允許誤差為:

        3.5 直流電阻(標(biāo)準(zhǔn)源法)

        3.5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(ZX)

        從目前來說,對于無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的研究報道較少,主要因為在電解質(zhì)中的離子遷移比較困難,導(dǎo)致電導(dǎo)率變低,進(jìn)而限制了在那電池中的使用。提高電導(dǎo)率,是未來無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展的主要方向。

        由重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)可以得到測量結(jié)果的平均值:

        3.5.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定μ(δZX)

        由實驗可知被校數(shù)字多用表在電阻10 MΩ 點(diǎn)處的分辨力為1×10-5MΩ,假設(shè)它在±5×10-6MΩ 區(qū)間范圍內(nèi)是均勻分布,因此:

        3.5.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度μ(ZN)

        多功能精密校準(zhǔn)器經(jīng)由上級計量標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)溯源,校準(zhǔn)結(jié)果符合多功能精密校準(zhǔn)器的最大允許誤差,而它在該量程范圍內(nèi)的最大允許誤差為:

        4 不確定度分量匯總

        見表2。

        表2 不確定分量匯總表

        5 擴(kuò)展不確定度

        依照校準(zhǔn)規(guī)范JJF1033-2016,在校準(zhǔn)時因為分辨力和重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量只取大者;擴(kuò)展不確定度等于兩倍的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。所以有:

        5.1 直流電壓

        5.2 直流電流

        5.3 交流電壓

        5.4 交流電流

        5.5 直流電阻

        6 結(jié)論

        本文根據(jù)JJF 1587-2016 對數(shù)字多用表多用表進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)方法是標(biāo)準(zhǔn)表法和標(biāo)準(zhǔn)源法;并對校準(zhǔn)項目:直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、直流電阻的一個校準(zhǔn)點(diǎn)的不確定度進(jìn)行了詳細(xì)的評定。其余的校準(zhǔn)點(diǎn)可以按照相同的方法進(jìn)行評定。

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