電力高精度數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)源檢定分析

國網(wǎng)湖北省電力公司計量中心 陳輝

隨著計算機(jī)、自動化、電子技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的高精度數(shù)字多用表在電力部門投入使用，它的準(zhǔn)確可靠關(guān)系到電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)發(fā)、供電，對提高電能質(zhì)量、降低損耗具有極其重要的意義。建立數(shù)字多用表檢定裝置顯得尤為重要，它能保證電測量值的準(zhǔn)確傳遞，保證各項測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和一致。

1 數(shù)字多用表檢定裝置概述

數(shù)字多用表檢定裝置主要由5720A多功能校準(zhǔn)源組成。該檢定裝置依據(jù)JJF1587-2016 《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》。采用直接測量法對各類數(shù)字多用表進(jìn)行檢定。可開展的檢定項目如下∶直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、直流電阻。主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

2 數(shù)字多用表檢定裝置工作原理

數(shù)字多用表檢定方法主要有三種∶標(biāo)準(zhǔn)源法、標(biāo)準(zhǔn)儀器法和直流比較法，5720A多功能校準(zhǔn)源組成的數(shù)字多用表檢定裝置一般多采用“標(biāo)準(zhǔn)源法”，這種方法如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)源法連接圖

以對數(shù)字多用表的直流電壓檢定為例。5720A多功能校準(zhǔn)源輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓為U1,即實際值.被檢數(shù)字多用表的顯示讀數(shù)為U2,則被檢表的誤差為∶△=U2-U1

3 不確定度的評定

3.1 測量依據(jù)

JJF1587-2016 《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》

3.2 計量標(biāo)準(zhǔn)

主要計量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備為多功能校準(zhǔn)源5720A。

3.3 被測對象見表2

3.4 測量方法

將被校數(shù)字多用表的電壓端直接與多功能校準(zhǔn)源的電壓輸出端相連，通過設(shè)定多功能校準(zhǔn)源的輸出電壓，讀取被校數(shù)字多用表的電壓測量值，通過比較計算，得出測量點(diǎn)的相對誤差。

3.5 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測量方法，被校數(shù)字多用表的示值誤差可表示為： y=x

式中：y──被數(shù)字多用表的電壓相對誤差值

x──相對誤差的計算值

不確定度傳播率：

3.6 交流電壓標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

測量數(shù)字多用表交流電壓1V(60Hz) ，對測量結(jié)果有主要影響的各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行評估。

3.6.1 多功能校準(zhǔn)源示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

如果不對檢定結(jié)果進(jìn)行修正，只要多功能校準(zhǔn)源檢定合格，其示值誤差就在多功能校準(zhǔn)源的最大允許范圍以內(nèi)，多功能校準(zhǔn)源在1V(40～1k)Hz輸出時的最大允許誤差范圍分別為：±(45ppm×1V+8mV) =±0.0005V，均勻分布，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.6.2 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

根據(jù)實際測量，用多功能校準(zhǔn)源對數(shù)字多用表交流電壓1V(60Hz)進(jìn)行6次等精度測量，數(shù)據(jù)見表3。

3.6.3 被測儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

表2 被測對象分類

表3 重復(fù)測量結(jié)果

表4 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

表5 重復(fù)測量結(jié)果

當(dāng)讀數(shù)位數(shù)足夠時，讀數(shù)分辨力可忽略。被測儀器的分辨力會對測量結(jié)果的重復(fù)性測量有影響。在測量不確定度評定中，當(dāng)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量大于被測儀器的分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量時，可以不考慮分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。但當(dāng)重復(fù)性引入的不確定度分量小于被測儀器的分辨力所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量時，應(yīng)該用分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量代替重復(fù)性分量。

此次校準(zhǔn)的被測儀器是數(shù)字多用表8508A，1V測量時其分辨力為0.000001V，由分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

所以，應(yīng)用測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2代替被測儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

3.6.4 由于在規(guī)程規(guī)定的條件下校準(zhǔn)，環(huán)境條件、電源穩(wěn)定度、壓降等的影響可忽略不計。

3.6.5 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表見表4。

3.6.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算

經(jīng)檢驗以上各項標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互不相關(guān)的，所以直流電壓的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

有效 自由度：γeff=∞

3.6.7 擴(kuò)展不確定度計算

取包含因子k＝2，則：U=k uc(y)≈ 6.1×10-5V

3.6.8 相對擴(kuò)展不確定計算,見表5

3.7 直流電流標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

測量數(shù)字多用表直流電流100mA，同理對測量結(jié)果有主要影響的各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行評估。

3.7.1 多功能校準(zhǔn)源示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

多功能校準(zhǔn)源在100mA輸出時的最大允許誤差范圍為：±(45ppm×100mA +700nΑ)=±0.0045007A，均勻分布，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.7.2 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

根據(jù)實際測量，用多功能校準(zhǔn)源對數(shù)字多用表直流電流100mA，進(jìn)行6次等精度測量，數(shù)據(jù)見表5。

3.7.3 被測儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

100mA測量時其分辨力為0.00001A，由分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為=2.9×10-6A

所以，應(yīng)用測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2代替被測儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

3.7.4 由于在規(guī)程規(guī)定的條件下校準(zhǔn)，環(huán)境條件、電源穩(wěn)定度、壓降等的影響可忽略不計。

3.7.5 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表見表6。

3.7.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算

經(jīng)檢驗以上各項標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互不相關(guān)的，所以直流電壓的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：uc=[u12+u32]1/2=2.6×10-3A有效自由度：γeff=∞

3.7.7 擴(kuò)展不確定度計算

取包含因子k＝2，

則：U=kuc(y)≈ 5×10-3A

3.7.8 相對擴(kuò)展不確定計算Ur= U/100mA =5×10-5A

4 不確定度驗證

檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證一般通過更高一級的計量標(biāo)準(zhǔn)采用傳遞比較法進(jìn)行驗證。用被考核的計量標(biāo)準(zhǔn)測量一穩(wěn)定的對象，然后將該被測對象用另一更高級的計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。若用被考核計量標(biāo)準(zhǔn)和高一級計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量時的擴(kuò)展不確定度分別為Ulab和Uref，它們的測量結(jié)果分別為ylab和yref,在兩者的包含因子近似相等的前提下應(yīng)當(dāng)滿足：

此時應(yīng)當(dāng)滿足：|ylab-yref|≤Ulab

測量點(diǎn)：交流電壓1V(60Hz)

同理，直流電壓、交直流電流、直流電阻也均滿足條件。

表6 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

表7 不確定度驗證

5 結(jié)束語

根據(jù)對整套裝置不確定度的評定和驗證結(jié)果，該裝置穩(wěn)定可靠，滿足建標(biāo)要求， 可為電力經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及計量監(jiān)督管理提供公正、準(zhǔn)確的檢定、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或結(jié)果。

[1]JJF1033-2016《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》.中國質(zhì)檢出版社，2017.

[2]葉德培.一級注冊計量師基礎(chǔ)知識及專業(yè)實務(wù)上下冊.中國質(zhì)檢出版社，2015.

[3]JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》.中國質(zhì)檢出版社，2014.