直流電壓表檢定裝置測量不確定度分析與評定

　來克坡，孫加法，張慧娟

（三門峽市質量技術監督檢驗測試中心，河南三門峽472000）

直流電壓表檢定裝置測量不確定度分析與評定

來克坡，孫加法，張慧娟

（三門峽市質量技術監督檢驗測試中心，河南三門峽472000）

介紹了直流電壓表檢定裝置不確定度評定的一般方法、步驟、內容和表示方法。通過對檢定裝置各輸入分量標準不確定度分析評定，進而合成直流電壓表檢定裝置不確定度，通過選取有代表性的直流電壓表，來驗證檢定裝置不確定度分析評定的可靠性，評定出測量不確定度的報告，為電子、電器類儀器儀表實驗室測量時，確定引起測量不確定度輸入分量來源及其影響量，評定測量數據可靠性提供了一種方法。

直流電壓表檢定裝置；測量不確定度；自由度

目前，廣大科技工作者經常進行電子、電磁類儀器儀表的實驗室測量，以期得到被測量儀器儀表測量量的準確值。由于測量過程中，測量裝置本身的測量不確定度、被測量儀表的測量重復性、分辨力等因素都會對測量結果帶來影響，本文通過評定直流電壓表檢定裝置的不確定度，來說明實驗室測量時，要考慮的各影響輸入分量帶來的測量數據不確定度、檢定裝置的檢定范圍等。

1　現狀概述

現場檢定的依據是：JJG124-2005《電流表、電壓表、功率表及電阻表》檢定規程［1］。檢定環境的環境溫度（22±2）℃，濕度（45%～65%）RH，無磁場干擾。

1.1檢定標準

測量儀器：JH-50型交直流儀表校驗儀；

量程:交直流電壓：0～1 200 V；交直流電流：0～30 A；中值電阻：5Ω～25MΩ；

精度：DCV：±（0.02%讀數+0.01%滿量程）；

ACV：±（0.03%讀數+0.01%滿量程）；

DCI：±（0.02%讀數+0.01%滿量程）；

ACI:±（0.03%讀數+0.01%滿量程）；

R:±（0.2%讀數+10MΩ）。

1.2檢定對象

直流電壓表T50，量程150 V，精度0.5級。

1.3檢定方法

采用對比法。檢定時，轉動標準儀器的粗細調節端，使被檢儀表的指示值達到預期值，讀取此時的測量設備的電壓讀數和被測儀表指示值，此時測量設備上的電壓顯示值即為測量的實際值。

2　數學模型

測量的數學模型是指：能過對輸入量的測量結果以及引入的值（輸入量）得到的被測量最佳估計值的數學函數關系式稱之為測量的數學模型。數學模型只是計算被測量的關系式，用它作為基礎，導出測量結果不確定度的關系式。

△u＝ux-un

其中，

△u為被檢電壓表的示值誤差；

ux為被檢電壓表的示值；

un為測量設備的電壓表讀數。

3　方差及傳播系數

方差就是測量的隨機誤差平方的期望（測量值與期望值之差是隨機誤差）。方差說明了隨機誤差的大小和測得值的分散程度，方差的值越小，說明測得值比較集中，越大表明測得值比較分散。

被測電壓表示值誤差的標準不確定度uc（△u）為：

4　每項輸入量的標準不確定度評定

選一臺0.5級T50型直流電壓表，檢測點為150 V，使其指針指向150 V測量點，在重復性條件下連續測量10次，得到以下測量數據，詳見表1所列。

表1　 T50型直流電壓表測量重復性

標準不確定度：u1=2.6×10-3V

自由度：v1eff=n－1=9

4.2由被檢直流電壓表分辨力引入的不確定度分量u2

分辨力誤差，選用B類評定，由直流電壓表分辨力引入的誤差為0.5 V左右，所以半寬a=0.25 V，在測量區間內服從均勻分布，包含因子則

自由度:v2eff=∞

4.3由測量儀器準確度帶來的標準不確定度分量u3

測量儀器的準確度帶來的不確定度，可選用B類方法進行評定。測量儀器經上級檢定合格，準確度等級為DCV：±（0.02%讀數+0.01%滿量程），直流150 V量程的最大允許誤差為±0.06 V，所以其半寬度a=0.06 V，均勻分布，包含因子，標準不確定度如下

自由度:v3eff=∞

4.4由測量儀器的分辨力帶來的不確定度分量u4

測量儀器的分辨力帶來的不確定度分量，選用B類方法評定。檢定裝置的檢定證書給出直流電壓150 V量程的分辨力為0.002 V，所以半寬a=0.001 V，在區間內服從均勻分布，包含因子

自由度:v4eff=∞

5　合成標準不確定度

測量不確定度是指：根據所用到的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負參數，測量不確定度是目前對于誤差分析中的最新理解和闡述。標準不確定度就是以標準偏差表示的測量不確定度。而合成標準不確定度又稱合成標準測量不確定度，由在一個測量模型中各輸入量的標準測量不確定度獲得的輸出量的標準測量不確定度。

5.1標準不確定度匯總

標準不確定度匯總如表2所列。

表2　標準不確定度匯總表

5.2合成不確定度

由于各個分量相互獨立，所以其合成不確定度按下列算式得到：

合成標準不確定度：

5.3合成標準不確定度的有效自由度veff

JJF1059-1999《測量不確定評定與表示》對自由度的定義為：在方差的計算中，和的項數減去對和的限制數。自由度反映的是相應標準差的可靠程度。即veff是表示標準不確定度的可靠程度，veff越大，表示標準不確定度越可靠，相反，自由度越小，標準不確定度越不可靠。

veff=∞

6　擴展不確定度的評定[3]

擴展不確定度就是合成標準不確定度與一個大于1的數字因子的乘積。該因子取決于測量模型中輸出量的概率分布類型及所選取的包含概率。

取置信概率：p=95%，veff=∞，k=2

擴展不確定度:U95=k×uc=2×1.4×10-1=（2.8×10-1）V

相對擴展不確度定度:Urel=2.8×10-1V/150 =0.18﹪（k=2）

7　直流電壓不確定度驗證

取一塊穩定的T50型直流電壓表，量程150 V，精度0.5級，用該測量儀器測量后，送省一級計量檢測機構進行檢測，測量數據如表3所列。

表3　 T50直流電壓表上級檢定結果

本測量設備誤差等級為：DCV：±（0.02%讀數+ 0.01%滿量程）

擴展不確定度U1=0.28 V；上級檢定裝置的擴展不確定度U2=0.000 3 V.

8　測量不確定度的報告與表示

它是定量表示測量結果質量的一種方法，測量不確定度報告最終給出的就是測量值的一個區間分布。測量不確定度從根本上改變了將測量誤差分為隨機誤差和系統誤差的傳統分類方法，它在可修正的系統誤差修正以后，將余下的全部誤差劃分為可以用統計方法計算（A類分量）和其他方法估算出類分量）兩類誤差。

JH-50型交直流儀表校驗儀直流電壓測量檔，

不確定度:U95=k×uc=2×1.4×10-1V=2.8 ×10-1V

也可以表示成被測量：Y=（150±2.8×10-1）V

相對擴展不確定度:Urel=2.8×10-1V/150 V =0.18﹪（k=2）

有效自由度：veff=∞.

9　結束語

本JH-50型交直流儀表校驗儀可以開展0.5級及以下直流電壓表的檢定工作。依此不確定度評定為基礎編制的《三門峽市交直流電壓、電流表檢定裝置計量標準技術報告》通過河南省質量技術監督局的審批，建立了《三門峽市交直流電壓、電流表檢定社會公用計量標準》，作為統一三門峽市電壓、電流量值，對三門峽市實施社會計量監督、量值傳遞，計量仲裁和社會公正服務的依據。

［1］JJG124-2005，電流表、電壓表、功率表及電阻表檢定規程［S］.

［2］葉德培，金華彰，等.二級注冊師基礎知識及專業實務［M］.北京：中國計量出版社，2011，（11）：191-206.

［3］余時帆，余盈，潘子升.直流標準信號輸入數字顯示儀表示值誤差測量不確定度的評定［J］.工業計量，2009，（4）：38-40.

The Analysis and Evaluation on Dc voltmeter TestDevice and Uncertainty ofMeasurement

LAIKe-po，SUN Jia-fa，ZHANG Hui-juan
（The Center of Quality and Technology Supervision，Inspection and Testing of San Menxia City，Sanmenxia Henan 472000，China）

It introduced general methods，steps，content and expressing methods of evaluating DC voltmeter calibration device uncertainty in the paper.By analyzing and evaluating each input component standard uncertainty of calibrating device，and that synthesizes the uncertainty of DC voltmeter meter calibration device，to choose typical DC voltmeter to verify the reliability of analysis and evaluation of the uncertainty of verification device，and that to evaluate themeasuring uncertainty report.To provide amethod for causing tomeasure the Uncertainty input component source and its influence quantity，and the reliability of evaluating and measuring data when measures using electronic and electrical instrumentation in laboratory.

dc voltmetermeter calibration device；uncertainty ofmeasurement；degree of freedom

TM933.2

A

1672-545X（2016）06-0147-03

2016-03-05

來克坡（1976-），男，河南三門峽人，本科，工程師，主要從事電器儀表檢定檢測；孫加法（1964-），男，河南三門峽人，助理工程師，大專，主要從事電器儀表檢定檢測；張慧娟（1979-），女，河南三門峽人，大專，助理工程師，主要從事電能表檢定。