直流四端式電橋檢定裝置不確定度分析與評定

蔣衛理

(國網浙江省電力公司金華供電公司送變電第一分公司，浙江 金華 321000)

直流四端式電橋檢定裝置不確定度分析與評定

蔣衛理

(國網浙江省電力公司金華供電公司送變電第一分公司，浙江 金華 321000)

主要討論了對直流四端式電橋檢定裝置不確定度如何進行分析與評定，給出了該裝置不確定度分析中數學模型的建立方法，分析了不確定度的影響量，詳細闡述了分析與評定的過程，并進一步指出了該直流四端式電橋可開展的電橋檢定范圍及驗證方法。

直流四端式電橋；不確定度；檢定范圍；驗證方法

0 引言

為了順利地開展直流四端式電橋的檢定工作，保證量值傳遞的一致性、正確性，保證使用中的直流四端式電橋測試數據的正確可靠，有必要對直流四端式電橋檢定裝置進行不確定度分析評定。

1 概述

(1) 測量依據：JJG125—2004《直流電橋檢定規程》；(2) 環境條件：溫度(20±2) ℃，相對濕度40%～60%；(3) 測量標準：四端式電橋檢定裝置型號為ZX71，出廠編號為054；(4) 測量范圍：10-3Ω、10-2Ω、10-1Ω、1 Ω、10 Ω、(1～11)×0.01 Ω；(5) 主要技術指標如表1所示；(6) 被測對象：出廠編號為06087028的QJ44直流四端式電橋；(7) 計量標準的量值溯源情況：上一級計量器具直流電橋、電阻箱檢定裝置，其不確定度Urel=3×10-5。

表1 各檔電阻準確度

2 數學模型

當實驗室檢定溫度在(20±2) ℃，相對濕度在40%～60%時，溫度的影響可忽略。

直流電橋的誤差數學模型為：

E=Rx-Rs

式中，E為直流電橋的示值誤差；Rx為被檢電橋的輸出實際值；Rs為四端式電橋檢定裝置的標準示值。

3 靈敏系數

Rx的靈敏系數：C1=?E/?Rx=1；

Rs的靈敏系數：C2=?E/?Rs=-1。

4 不確定度的來源

檢定裝置的合成不確定度u由下列不確定度分量構成：(1) 重復性條件下由被測對象測量重復性引起的不確定度分項u1(A類評定)；(2) 四端式電橋校驗裝置準確度引起的標準不確定度分項u2(B類評定)；(3) 四端式電橋檢定裝置傳遞誤差引起的不確定度分項u3(B類評定)。

5 輸入量的標準不確定度評定

5.1重復性條件下由被測對象測量重復性引起的不確定度分項(A類評定)

選一臺穩定性良好的出廠編號為06087028的QJ44直流四端式電橋作被檢電橋，在四端式電橋檢定裝置檢讀數盤時，對被檢電橋的0.1 Ω進行10次獨立的重復測量，得到以下一組數據：0.099 94 Ω、0.099 96 Ω、0.099 96 Ω、0.099 94 Ω、0.099 94 Ω、0.099 94 Ω、0.099 95 Ω、0.099 95 Ω、0.099 95 Ω、0.099 94 Ω。經計算得到：

u(Rx)=s(yi)=0.000 008 2 Ω

故自由度γ(Rx)=10-1=9。

5.2四端式電橋校驗裝置準確度引起的標準不確定度分項(B類評定)

輸入量Rs的不確定度主要來自四端式電橋校驗裝置誤差引起的標準不確定度u(Rs)，采用B類方法進行評定。

估計Δu(Rs)/u(Rs)為0.10，則自由度γ(Rs)為50。

5.3四端式電橋檢定裝置傳遞誤差引起的不確定度分項(B類評定)

進行溯源的標準裝置不確定度為Urel=3×10-5，則0.1 Ω的標準不確定度為：0.1 Ω×3×10-5=0.000 003 Ω，與測量0.1 Ω時其允許誤差限0.04%×0.1 Ω=0.000 04 Ω比已經可以忽略，故上級量值傳遞引入的不確定度可不考慮。

6 合成標準不確定度的評定

6.1 合成標準不確定度

由于全部分量各不相關，是各自獨立的，合成標準不確定度uc計算為：

6.2 合成標準不確定度的有效自由度

≈58.3

7 擴展不確定度的評定

取置信概率p=95%、veff=50，查t分布表并將有效自由度近似取整為50得到：Kp=2.01。擴展不確定度u95%=2.01×0.000 024 5=0.000 049 Ω。

8 測量不確定度的報告與表示

測量電阻值在0.1 Ω時其示值誤差測量結果的擴展不確定度為：u95%=0.000 049 Ω，veff=50。

9 檢比例臂不確定度匯總

同理，檢比例臂的其他阻值也一一進行分析評定，不確定度測量結果如表2所示。

表2 檢比例臂不確定度匯總表

10 測量結果說明

10.1 結論

經過上述計算可知：由四端式電橋檢定裝置和環境條件引起的電阻測量不確定度不超過0.2級被檢電橋允許誤差的1/3(0.2級被檢電橋允許誤差的1/3如下：10 Ω為0.006 7 Ω；1 Ω為0.000 67 Ω；0.1 Ω為0.000 067 Ω；0.01 Ω為0.000 006 7 Ω；0.001 Ω為0.000 000 67 Ω)，依據JJF1033—2008《計量標準考核規范》，由該四端式電橋檢定裝置所建計量標準其測量不確

定度符合《計量標準考核規范》和《直流電橋檢定規程》要求，可以開展0.2級及以下直流四端式電橋的檢定工作。

10.2 結論的驗證

依據JJF1033—2008，可采用傳遞比較法對上述結論進行驗證：用該四端式電橋檢定裝置測量一穩定的被測對象：型號為QJ44、出廠編號為507100的直流四端式電橋，然后將該被測對象送上一級檢定部門進行測試，測得的數據如表3所示。

表3 測量數據

∣Y1-Y2∣=0.000 02 Ω

本標準的擴展不確定度u1=0.000 049 Ω，上一級檢定部門的擴展不確定度u2=0.1 Ω×3×10-5=0.000 003 Ω。

可見：

以上傳遞比較法的結果符合JJF1033—2008《計量標準考核規范》要求。

11 結語

本文闡述了如何分析與評定直流四端式電橋檢定裝置不確定度，使復雜深奧的直流四端式電橋檢定裝置不確定度評定變得簡潔明了。檢定裝置不確定度分析與評定的目的大多是建立計量標準，文章最后指出了直流四端式電橋可開展的電橋檢定的范圍及驗證方法，滿足建立計量標準的實際需要，具有一定的參考價值。

[1]國家質量技術監督局計量司.測量不確定度評定與表示指南[M].中國計量出版社，2005

[2]JJF1033—2008 計量標準考核規范[S]

[3]JJG125—2004 直流電橋檢定規程[S]

2014-11-17

蔣衛理(1963—)，女，浙江金華人，高級技師，工程師，從事電測、計量標準維護、電能質量監測等工作。