車用超級電容器單體靜電容量測量不確定度評定方法

田煥榮

（中國北方車輛研究所，北京，100072）

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車用超級電容器單體靜電容量測量不確定度評定方法

田煥榮

（中國北方車輛研究所，北京，100072）

摘要：本文通過車用超級電容器靜電容量檢測實例詳細闡述不確定度評定的流程和方法，為實驗室開展不確定度提供借鑒。

關鍵詞：檢測；數學模型；不確定度評定

0　前言

隨著國際上合格評定對測量不確定度要求不斷提高，國家實驗室認可對測量不確定度對測量、試驗結果的可信性、可比性和可接受性的影響也更加關注。CNAS-CL01《檢測和校準實驗室能力認可準則》規定：“校準實驗室或進行自校準的檢測實驗室，對所有的校準和各種校準類型都應具有并應用評定測量不確定度的程序。檢測實驗室應具有并應用評定測量不確定度的程序”。為充分考慮實驗室認可的要求，滿足客戶和其他各有關方面的需求，獲國家實驗室認可的實驗室都在積極推進和開展不確定度評定工作。因此，對測量參數的不確定度評定能力也成為代表實驗室檢測技術能力的重要標志。

1　開展測量不確定度評定的前提

測量不確定度評定對大多數實驗室來說還是一個模糊的概念，要在實驗室全面開展不確定度評定工作是一個較復雜的工程：首先需要實驗室透徹分析測量參數形成的各個環節，包括：試驗方法、檢測設備、人員操作、樣品狀態及環境條件等；其次，開展不確定評定需要運用數學統計、誤差分析、數據處理等深入的基礎理論；最后需要不確定度評定者有豐富的檢測經驗和知識基礎，能夠判斷不確定度來源和不確定度報告的解釋。開展超級電容器單體靜電容量的測量不確定度評定，同樣需要從以上三個方面進行分析，全面把握影響數據準確性的因素和科學的測量方法。

2　開展測量不確定度評定流程

不確定度評定方法在理論上已經有系統的規范，如圖1所示。

開展超級電容器單體靜電容量的不確定度評定，更重要的是對實際測量過程的熟悉掌握，只有深入了解測量的標準、方法、設備等，才能夠正確對測量參數進行不確定度評定。

2.1建立測量數學模型

建立測量數學模型即根據被測量的定義和測量方案，確立函數關系。超級電容器單體靜電容量試驗方法如下：a）電容器單體以恒定電流充電到額定電壓；b）電容器單體以恒定電流放電到最低工作電壓；c）重復步驟a）-b）5次，記錄電容器電壓從額定電壓的80%至最低工作電壓的放電時間；d）計算每次循環電容器單體的靜電容量，取其平均值。

2.2識別不確定度的來源

對檢測和校準測量結果不確定度來源的識別應從分析測量過程入手，即對測量方法、測量系統和測量程序作詳細研究。測量不確定度的來源通常有對被測量的定義、檢測方法不理想、抽樣的代表性不夠、測量儀器的不確定度、賦予計量標準的值或標準物質的值不準、被測量重復觀測值的變化等。

圖1　不確定度評定流程

表1　5次測量數據統計列表

按照試驗方法分析，靜電容量測量的不確定來源主要有：重復測量值的變化；測量裝置引入的不確定度。

2.3求出最佳值

根據建立的測量模型，被測量Y的最佳值表示為：，利用上式得出被測量的最佳值（通常即指算術平均值）。

進行5次獨立測量。測得的結果(如表1)

2.4不確定度的A類評定

樣本標準差：

代入公式（2）計算出靜電容量參數的A類不確定度為：

2.5不確定度的B類評定

隨機變量的估計值不是由重復觀測得出，則相應的標準不確定度便應根據可能引起變化的所有信息來判斷、估算。根據所有可用的信息，通常可以得出隨機變量估計值的置信區間（變化范圍）的半寬度或者擴展不確定度。而標準差、置信區間的半寬度與置信因子（或擴展不確定度與包含因子）之間有著明確的函數關系：

本項試驗的B類不確定度來源主要是測量設備。經查閱，電壓測量設備的校準結果為：U=9.8×10-6(取包含概率95%)。因此

因此靜電容量的合成B類不確定度為：

2.6測量不確定度的合成

當測量不確定度有若干個分量時，則總不確定度應由所有各分量（A類與B類）來合成。將靜電容量參數的各不確定度分量進行合成，可以得出：

2.7擴展不確定度

2.8靜電容量參數的測量不確定度報告

對于檢測實驗室，一般使用擴展不確定度表示測量不確定結果。同時必須注明值，必要時還應給出值的獲得方法及其有關參數，如置信概率。

超級電容器單體靜電容量不確定度結果表示為：

不確定度評定報告中不確定度的數值要取得適當，其最后的有效數字最多可取二位。對于中間運算環節，為減小舍入誤差的影響，不確定度有效數字的位數可適當多取，一般多取一位即可。在實際工作中，不確定度是有單位的，報告測量結果時，合成不確定度通常不超過兩位有效數字，同時不確定度的末位數應與測得值的末位數的數量級相同。

4　結束語

不確定度是表征賦予被測量值分散性的非負參數，其方法原理已經有科學規范的闡述。超級電容器單體靜電容量不確定度評定是針對某測量參數的評定，根據實際條件進行分析，包括了已識別的系統效應評定不完善的影響，并未包含未識別的系統效應的影響。可以概括地說，測量不確定度是由于隨機效應的影響，只要存在，就不可能不在測量結果中反映，因此，任何不確定度的識別都具有一定的主觀成分，不確定度評定都會受到主觀鑒定成分的影響。

Evaluation method for uncertainty of measurement of the electrostatic capacity of a vehicle with a super capacitor

Tian Huanrong
(China North Vehicle Research Institute,Beijing 100072,China)

Abstract：In this paper,the process and method of uncertainty evaluation are expounded in detail by using the example of the electrostatic capacity of the vehicle's super capacitor,which provides reference for the laboratory to carry out the uncertainty.

Keywords：detection;mathematical model;uncertainty evaluation