電動(dòng)自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量不確定度的評(píng)定

文：彭春蘭 萬(wàn)永強(qiáng) 董江 宇春玲 （遼寧省輕工產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)院，遼寧沈陽(yáng) 110032）

電動(dòng)自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量不確定度的評(píng)定

文：彭春蘭 萬(wàn)永強(qiáng) 董江 宇春玲 （遼寧省輕工產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)院，遼寧沈陽(yáng) 110032）

The Assessments of Uncertainty to the Measurement of the Nominal Voltage to the Batteries of Electrical Bicycles

影響電動(dòng)自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量結(jié)果的因素有很多，如檢測(cè)儀器、環(huán)境溫度、操作人員水平等，這些因素對(duì)測(cè)量值的影響量也各不相同，因此需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。此文以對(duì)標(biāo)稱為48 V蓄電池組的電壓測(cè)量為例，分析電動(dòng)自行車用蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量不確定度的主要來(lái)源及主要影響分量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定，同時(shí)也為其它蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定提供參考。

電動(dòng)自行車；蓄電池；不確定度

引言

蓄電池是電動(dòng)自行車的能源載體，是影響電動(dòng)自行車使用性能的關(guān)鍵部件，是電動(dòng)自行車電器四大件之一。目前蓄電池的種類很多，而鉛酸蓄電池由于價(jià)格便宜，材料來(lái)源豐富，技術(shù)與制造工藝比較成熟，被大多數(shù)電動(dòng)自行車所采用。電動(dòng)自行車用蓄電池組作電源，一般標(biāo)稱48 V的蓄電池組都是由4節(jié)電池串聯(lián)而成，每節(jié)蓄電池的電壓通常為12 V。

準(zhǔn)確地測(cè)量蓄電池標(biāo)稱電壓與電動(dòng)自行車的生產(chǎn)和使用有著密切的關(guān)系。蓄電池標(biāo)稱電壓的精確測(cè)量可為保證電動(dòng)自行車產(chǎn)品質(zhì)量及使用性能提供技術(shù)保障。

蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量結(jié)果受許多客觀因素的影響，如檢測(cè)儀器、操作人員水平、環(huán)境溫度等，因此，要控制并減小蓄電池的測(cè)量誤差，明確測(cè)量誤差范圍，需要對(duì)蓄電池測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。

本文依據(jù)GB17761-1999《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》，用直流電壓表對(duì)蓄電池組 （由4節(jié)12 V電池串聯(lián)而成） 電壓進(jìn)行測(cè)量，分析影響測(cè)量值的因素及影響程度，依據(jù)JJF1059-1999 《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》 分析蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量不確定度的主要來(lái)源及影響量，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測(cè)量?jī)x器

蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量?jī)x器為T5I1型直流電壓表，測(cè)量時(shí)使用該儀器的75 V量程，刻度范圍：0-150格，證書給出的相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=0.07%（k=2）。

1.2 測(cè)試環(huán)境條件

環(huán)境溫度20℃。

1.3 測(cè)量方法

依據(jù)GB17761-1999《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》，蓄電池充足電后，靜放2 h，用電壓表測(cè)量其標(biāo)稱電壓 （V），測(cè)量值允許比規(guī)定值（不大于48 V） 標(biāo)升15%［1］。

1.4 數(shù)學(xué)模型

由于蓄電池的標(biāo)稱電壓可以直接在儀器上讀取，因此Vs=Vn

式中Vs——蓄電池的標(biāo)稱電壓實(shí)際值，單位為伏 （V）；

Vn——測(cè)量?jī)x器讀取值，單位為伏 （V）。

2 測(cè)量結(jié)果不確定度來(lái)源

根據(jù)對(duì)試驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型和整個(gè)試驗(yàn)過程的分析，可以識(shí)別蓄電池電壓測(cè)量不確定度的來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 A類不確定度

A類不確定度一般都是通過實(shí)驗(yàn)方法用重復(fù)測(cè)量的分散性得出，所以可直接求算標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而求出A類不確定度。A類不確定度的符號(hào)為uA。標(biāo)準(zhǔn)偏差可由貝塞爾公式求出，即：

單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差 s（x）表征［2］。

2.2 B類不確定度

B類不確定度包括測(cè)量所使用的電壓表誤差引入的不確定度分量uB1、測(cè)量環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量 uB2、操作人員讀數(shù)誤差引入的不確定度分量 uB3。

3 測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

3.1 蓄電池電壓測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量

在相同的條件下，用電壓表對(duì)蓄電池電壓進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，測(cè)量值如表1所示。

表1 蓄電池的標(biāo)稱電壓重復(fù)測(cè)量值

用貝塞爾公式計(jì)算測(cè)量重復(fù)性不確定度：

10次測(cè)量中最大值與最小值之差為53.40 V-53.25 V=0.15 V，由貝塞爾公式計(jì)算出單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.052705 V。

根據(jù)拉依達(dá)定理 3×0.052705 V=0.158115 V＞0.15 V，殘差中無(wú)超出3 S數(shù)據(jù)，有效， 無(wú)棄值［3］。

單次測(cè)量結(jié)果為Vs=53.25 V，故測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度為：

3.2 電壓表誤差引入的不確定度分量uB1

3.3 環(huán)境溫度變化引入的不確定度分量 uB2

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4 人員讀數(shù)誤差引入的不確定度分量 uB3

測(cè)量使用儀器的75 V量程，刻度范圍：0-150格，故每格為0.5 V。按三角形分布，區(qū)間半寬度α=0.5 V，由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.5 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

合成B類相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

蓄電池電壓標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.6 擴(kuò)展不確定度

置信水平為95%，取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度：

3.7 測(cè)量不確定報(bào)告

蓄電池的標(biāo)稱電壓為：

4 測(cè)量結(jié)果不確定度各分量分析

表2 各不確定度分量匯總表

從表2可以看出，對(duì)蓄電池電壓不確定度影響最大的因素為操作人員讀數(shù)誤差，因此測(cè)量操作人員的讀數(shù)是影響蓄電池電壓測(cè)量值的關(guān)鍵因素。所以在測(cè)量蓄電池電壓操作過程中，操作人員在讀數(shù)時(shí)，應(yīng)注意視線正對(duì)電壓表，即視線與電壓表的刻度盤面垂直，盡量減小讀數(shù)的誤差。其次是測(cè)量環(huán)境溫度的影響，故在測(cè)量電壓時(shí)，應(yīng)注意保持測(cè)量環(huán)境溫度的一致性。測(cè)量重復(fù)性的影響量較小，重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度包含儀器變動(dòng)性和人員操作等隨機(jī)影響。測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)對(duì)測(cè)量不確定度影響很小，說(shuō)明儀器精度完全滿足測(cè)量要求。

5 結(jié)論

通過分析蓄電池標(biāo)稱電壓測(cè)量過程中存在的誤差及各不確定度分量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可以得出以下結(jié)論：

在測(cè)量蓄電池標(biāo)稱電壓時(shí)，其不確定度主要由操作人員讀數(shù)誤差引入的不確定度提供；其次是環(huán)境溫度變化引入的不確定度；影響相對(duì)較小的是測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度及測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)引入的不確定度。

［1］ 國(guó)家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局.GB17761-1999《電動(dòng)自行車通用技術(shù)條件》［s］.1999

［2］ 國(guó)家技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督局.JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》［s］.1999

［3］ 滕敏康.實(shí)驗(yàn)誤差與數(shù)據(jù)處理［M］.南京：南京大學(xué)出版社出版，1989