電測計量標準實驗室的建標

伊鋒

摘? 要：電測計量標準實驗室可完成電能表、電量變送器、數字式儀表、指針式儀表、絕緣電阻表、頻率表的檢定工作。電測計量標準實驗室在建標測量的過程中根據電測實驗室的建標經驗，闡述了實驗室建標需完成的工作和注意事項，著重講述了重復性穩定性試驗及標準器不確定度的評定方法。對后續電測計量標準實驗室建標或增項工作將有著很好的借鑒指導意義。

關鍵詞：電測實驗室;建標;不確定度

中圖分類號：F206? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 電測實驗室

1.1 電測實驗室簡介

電測計量標準實驗室于2014年9月份完成建標，新建了多功能標準表標準裝置、電量變送器檢定裝置、數字多用表標準裝置、交直流電壓電流功率檢定裝置、絕緣電阻表檢定裝置，可完成電能表、電量變送器、數字式儀表、指針式儀表、絕緣電阻表和頻率表的檢定工作。

1.2 實驗室建標流程

實驗室建標流程：標準器重復性穩定性實驗→建標文件編制→評審單位對建標文件進行初審，并提出整改意見→根據整改意見對文件進行修改→評審單位進行最終現場考核。

1.3 建標文件編制清單

實驗室建標需編制以下文件。1）計量標準考核（復查）申請表。2）標準器操作規程。3）國防軍工計量標準履歷表。4）計量標準器具測量重復性穩定性考核記錄。5）建標技術報告。1）～4）項均有相應的文件模板，主要是用于描述標準器的基本信息和操作方法，編寫難度不大，需要時可以直接套用。后文中將著重講述一下建標報告的編寫。

2 重復性穩定性試驗

2.1 試驗方法

重復性實驗即選取一穩定測量儀器，在短時間內由同一操作者對標準器某一輸出量重復測量n次，得到n個測量值xi，一般情況下n取10。按式（1）計算，其結果應小于標準器合成標準不確定度的2/3。

（1）

穩定性試驗即選取一穩定測量儀器，每隔1個月對標準器的某一輸出量重復測量n次，取n個測量值的算術平均值作為一次測量結果，至少考核4個月，一般情況下n取10。按式（2）計算，其結果應小于標準器的合成標準不確定度。

（2）

2.2 檢定點的選擇

重復性穩定性試驗檢定點的選取非常重要，一旦檢定點出現漏選的情況，對后續不確定度的計算和建標工作都有很大影響。檢定點的選取原則如下。1）若某一標準器需建立多個標準，則每個建標項目均需選擇相應的檢定點進行試驗。例如某一標準器計劃建立交流電壓、交流電流、直流電壓、直流電流4個標準，則每個標準都要選擇相應的檢定點。2）若標準器有多個量程，則只在某一常用量程上選擇檢定點進行試驗。例如某一標準器交流電壓輸出量程包括57.7 V、100 V、220 V、600 V，則只需在100 V量程上選擇檢定點即可。3）若標準器的技術參數用引用誤差表示，則檢定點應包括量程上限和1/10量程上限。若標準器的參數用相對誤差表示，則檢定點只包括量程上限即可。

3 建標技術報告編寫

《JJF（國防）3—2012 國防軍工計量標準器具技術報告編寫要求》中要求計量標準技術報告應包括封面、目錄、計量標準器概述、計量標準器具性能、構成計量標準器具的主標準器及主要配套設備、量值溯源與傳遞關系圖、檢定人員、環境條件、計量標準器具不確定度評定、計量標準器具重復性、計量標準器具穩定性、計量標準器具不確定度的驗證、結論和附錄。其中最困難部分為標準器的不確定度評定，其余部分在《JJF（國防）3—2012》中均有詳細描述，文中將不再加以詳述。

3.1 不確定度評定

由于測量誤差的存在，被測量的真值難以確定，使測量結果帶有不確定性。隨著科學技術的發展，人們引出了不確定度。測量不確定度表示測量結果不能肯定的程度，是表征儀器綜合性能的重要指標，標準器的擴展不確定度應不大于被檢表最大允許誤差絕對值的，上級評審單位據此來限定標準器所能檢定表計的范圍。

3.2 評定流程

評定流程：建立數學模型并分析不確定度來源→計算各不確定度分量→計算相對合成不確定度→計算相對擴展不確定度。

3.3 評定方法簡介

測量不確定度包括由隨機效應引入的分量和由系統效應引入的分量。不確定度的評定包括A類和B類2種評定方法。其中，A類評定方法為在重復性條件下對同一被測量獨立重復觀測n次，得到n個測量值xi（i=1，2，…，n），按公式（3）進行計算。由隨機效應引入的分量使用A類方法進行評定。

（3）

式中：—n次測量結果的平均值。

B類評定方法為根據有關的信息或經驗，判斷被測量的可能值區間[-a，+a]，假設被測量值的概率分布，根據概率分布和要求的概率p確定k，由公式（4）計算得出。由系統效應引起的不確定度分量使用B類方法進行評定。

（4）

式中：a—被測量可能值區間的半寬度。k—置信因子。

評定點的選取原則為：若標準器的參數以相對誤差的形式表示，則認為其量程范圍內的相對不確定度是相同的，此時只評定其量程上限即可;若標準器的參數以引用誤差的形式表示，則認為其量程范圍內的相對不確定度不同，需評定其量程上限點和1/10量程上限點，最終計算得出的相對不確定度應表示為一個范圍。

3.4 不確定度評定實例

該文以多功能電測儀表檢定裝置CL3021D交流電壓100 V點的不確定度評定為例對評定方法進行具體介紹。

3.4.1 建立數學模型

使用CL3021D進行交流電壓表檢定時使用標準源法，由標準器向被檢表輸入一指定值，記錄此時被檢表的顯示值，顯示值與實際輸入值之差即為被檢表的示值誤差。

γ= y-y0? ? ? ? ? （5）

式中：γ—被檢表的示值誤差。y—被檢表示值。y0—標準裝置實際輸出值。

3.4.2 不確定度來源

由建立的數學模型可知測量不確定度來源包括測量數據的分散性引入的不確定度u（y）和標準器輸出引入的不確定度u（y0）。因兩者不相關，所以相對合成不確定度為：

urel2= u（y）2+u（y0）2? ? ? ? ? ? ? （6）

因此測量不確定度來源包括4類。1）測量分散性引入的不確定度分量。2）標準器輸出準確度引入的不確定度分量。3）標準器輸出穩定性引入的不確定度分量。4）標準器調節細度引入的不確定度分量。

3.4.3 各不確定度分量的評定

3.4.3.1 測量分散性引入的不確定度u1

測量分散性引入的不確定度，可以通過在重復條件下連續測量得到的1組數據，用不確定度A類評定方法得到。10次的測量結果分別為：99.9951、99.9935、99.9903、100.015、99.9895、99.9887、99.9891、99.9880、99.9875、99.9875。

因此測量分散性引入的相對不確定度為

3.4.3.2 標準器引入的不確定度

標準器引入的不確定度采用B類方法進行評定。由數據修約、測量儀器最大允許誤差或分辨力、參考數據的誤差限導致的不確定度通常假設為均勻分布。均勻分布相應置信因子。

1）標準器輸出準確度引入的不確定度u2

根據說明書給出的技術指標，標準器輸出準確度為0.05%RG，根據公式（4）輸出準確度引入的相對不確定度為

2）標準器輸出穩定性引入的不確定度u3

根據說明書給出的技術指標，標準器輸出穩定度為0.01%RG/1min，根據公式（4）輸出穩定度引入的相對不確定度為

3）標準器調節細度引入的不確定度u4

根據說明書中的技術指標，標準器的調節細度為0.01%RG，根據公式（4）調節細度引入的相對不確定度為

3.4.4 相對合成不確定度

根據公式（6），標準器的相對合成不確定度見下式。根據國際慣例，當第一個有效數字為1、2時，保留兩位有效數字，當第一個有效數字為3或3以上時，保留1位有效數字。

3.4.5 相對擴展不確定度

相對擴展不確定度Urel是被測量可能值包括區間的半寬度，由相對合成不確定度Urel乘包括因子k得到。在通常的測量中，k一般取2。

因此，CL3021D在交流電壓100 V點的相對擴展不確定度為0.06% （k=2）。

4 結論

電測實驗室自2014年1月份開始建標，9月份完成建標。期間由于經驗不足導致建標過程中困難較多，該文根據建標過程中積累的經驗對建標的基本流程、建標過程中的重難點進行說明，主要對當時存在問題較多的重復性穩定性試驗和不確定度計算進行了詳細講述，對后續建標或增項工作有很好的指導作用。

參考文獻

[1]李春瑛.氣相色譜儀國家計量標準裝置的建立和考核[J].低溫與特氣，2018（1）：30-39.

[2]于江，陳勇.電感測微儀計量建標方案分析[J].裝備制造技術，2017（5）：291-294.

[3]杜福鵬 畢鵬.相位噪聲建標方案和不確定度分析[J].儀器儀表標準化與計量，2013（3）：44-45.