直流穩(wěn)定電源輸出功率測(cè)量不確定度的評(píng)定

趙 維

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，西安 710065）

0 引言

直流穩(wěn)定電源作為一種特殊的計(jì)量器具，廣泛應(yīng)用于軍工科研和生產(chǎn)中。直流穩(wěn)定電源最初僅作為提供穩(wěn)定電壓或穩(wěn)定電流的電源設(shè)備。隨著電源面板上數(shù)字表技術(shù)指標(biāo)和電源輸出技術(shù)指標(biāo)大幅度提高，科研人員可根據(jù)直流穩(wěn)定電源顯示的電壓值和電流值，間接計(jì)算其輸出功率，從而得知產(chǎn)品的功耗大小。

本文介紹了一種應(yīng)用直流穩(wěn)定電源輸出功率的測(cè)量不確定度的評(píng)定方法，以固緯生產(chǎn)的型號(hào)GPD-3303S直流穩(wěn)定電源舉例。

1 建立測(cè)量模型

將直流穩(wěn)定電源與數(shù)字電壓表并聯(lián)，與數(shù)字電流表和電子負(fù)載串聯(lián)，預(yù)置輸出電壓值，待輸出電壓后，通過調(diào)節(jié)電子負(fù)載來調(diào)節(jié)直流穩(wěn)定電源的電流值。

式中，P為直流穩(wěn)定電源的輸出功率；V為直流穩(wěn)定電源顯示的電壓值；I為直流穩(wěn)定電源顯示的電流值。由建立的測(cè)量模型可知，V和I為不相關(guān)的兩個(gè)量，所以其P的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度表達(dá)式為：

由式（1）可知，分別計(jì)算出直流穩(wěn)定電源顯示電壓值的不確定度分量和電流值的不確定度分量便可計(jì)算出直流穩(wěn)定電源輸出功率的不確定度值。

2 直流電壓的測(cè)量不確定度分量來源與評(píng)定

預(yù)置直流穩(wěn)定電源的輸出電壓為10V，評(píng)定此時(shí)輸出電壓的測(cè)量不確定度。評(píng)定過程：

2.1 由直流標(biāo)準(zhǔn)電壓表重復(fù)性引入的不確定度分量

直流標(biāo)準(zhǔn)電壓表重復(fù)性由A類方法進(jìn)行評(píng)定：

（1）使用數(shù)字多用表34401A在相同條件下并聯(lián)測(cè)量輸出電壓10次，分別為：下表1。

（2）應(yīng)用貝塞爾公式計(jì)算其單次測(cè)量值實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

（3）取單次測(cè)量結(jié)果，所以 。

2.2 由直流標(biāo)準(zhǔn)電壓表示值誤差引入的不確定度分量

根據(jù)技術(shù)說明書，直流標(biāo)準(zhǔn)電壓表的在測(cè)量10V電壓時(shí)最大允許誤差為±0.0004V，按B類方法進(jìn)行評(píng)定，區(qū)間半寬度a1為0.0004V，假設(shè)為均勻分布，系數(shù)k取

經(jīng)計(jì)算得直流標(biāo)準(zhǔn)電壓表引入的不確定分量uB1為0.00023V。

2.3 由直流穩(wěn)定電源測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量

直流穩(wěn)定電源測(cè)量重復(fù)性由A類方法進(jìn)行評(píng)定：

次數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10電壓V 10.0006 10.0005 10.0004 10.0004 10.0004 10.0003 10.0002 10.0002 10.0001 10.0001

（1）直流穩(wěn)定電源在相同條件下并聯(lián)測(cè)量輸出電壓10次，分別為：

次數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10電壓V 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998

（2）應(yīng)用貝塞爾公式計(jì)算其重復(fù)性：

2.4 由直流穩(wěn)定電源電壓分辨力引入的不確定度分量

GPD-3303S直流穩(wěn)定電源有技術(shù)說明書得知，最小分辨力為0.001V，假設(shè)為均勻分布，則區(qū)間半寬度a2為0.0005V，系數(shù)k取

經(jīng)計(jì)算得uB2=0.00029V。

2.5 直流電壓的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

經(jīng)計(jì)算得u（V）=0.00041V。

3 直流電流的不確定度分量來源和評(píng)定

預(yù)置直流穩(wěn)定電源的輸出電流為1A，評(píng)定此時(shí)輸出功率的不確定度。

評(píng)定過程：

3.1 由直流標(biāo)準(zhǔn)電流表測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量

直流標(biāo)準(zhǔn)電流表測(cè)量重復(fù)性由A類方法評(píng)定：

（1）使用數(shù)字多用表34401A在相同條件下串聯(lián)測(cè)量輸出電流10次，分別為：

次數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10電流A 0.9987 0.9987 0.9988 0.9988 0.9989 0.9989 0.9990 0.9990 0.9990 0.9990

（2）應(yīng)用貝塞爾公式計(jì)算其重復(fù)性：

（3）取單次測(cè)量結(jié)果，所以u(píng)A3=Sn（ I0）=0.00012A。

3.2 由直流標(biāo)準(zhǔn)電流表引入的不確定度分量

根據(jù)技術(shù)說明書，直流標(biāo)準(zhǔn)電流表在測(cè)量1A電流時(shí)最大允許誤差為±0.0011A，按B類方法進(jìn)行評(píng)定，區(qū)間半寬度a3為0.0011A，假設(shè)為均勻分布，系數(shù)k取

經(jīng)計(jì)算得直流標(biāo)準(zhǔn)電流表引入的不確定分量uB3為0.00064A。

3.3 由直流穩(wěn)定電源電流測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量

直流穩(wěn)定電源電流測(cè)量重復(fù)性由A類方法評(píng)定：

（1）直流穩(wěn)定電源在相同條件下串聯(lián)測(cè)量輸出電流10次，分別為

次數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10電流A 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998

（2）應(yīng)用貝塞爾公式計(jì)算其重復(fù)性：

（3）取單次測(cè)量結(jié)果，所以u(píng)A3=Sn（Ix）=0A。

3.4 由直流穩(wěn)定電源電流分辨力引入的不確定度分量

GPD-3303S直流穩(wěn)定電源有技術(shù)說明書得知，最小分辨力為0.001A，假設(shè)為均勻分布，區(qū)間半寬度a4為0.0005A，系數(shù)k取

經(jīng)計(jì)算得uB4=0.00029A。

3.5 直流電流的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

經(jīng)計(jì)算得u（I）=0.00071A。

4 直流穩(wěn)定電源的輸出功率的相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5 直流穩(wěn)定電源的輸出功率的相對(duì)擴(kuò)展不確定度

包含因子k取2，則計(jì)算相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel，得

6 結(jié)束語

直流穩(wěn)定電源性能的不斷提升，可不再局限于供電使用，亦可作為一種特殊的功率測(cè)量器具，極大方便科研人員的使用。本文通過把直流穩(wěn)定電源作為一種間接計(jì)算產(chǎn)品功率大小測(cè)量器具，給出直流穩(wěn)定電源輸出功率測(cè)量不確定度的一種評(píng)定方法。