直流電壓校準結果的測量不確定度評定分析

馬驥騰

(北京航空航天大學可靠性與系統工程學院 北京 100000)

一、測量方法

依據JJF1587-2016《數字多用表校準規范》，本文選擇以多功能標準源5730A為參考標準，采用標準源法對數字多用表直流電壓功能進行校準，即用多功能源5730A輸出直流電壓，記錄被校數字多用表34470A示值。

二、測量模型

設標準源的直流電壓輸出為Un，數字多用表的直流電壓讀數為Ux，所以示值誤差可表示為：

Δ=Ux-Un

式中：Δ——示值誤差；Ux——數字多用表讀數值；Un——標準源輸出值。

由此可得，示值誤差的測量不確定度主要來源于數字表的讀數和標準源自身誤差的影響。考慮多功能源的負載特性及溫度系數等對校準結果的影響，另外還應考慮到各種其他因素對多功能標準源電壓值的影響，數字多用表的分辨力對測量結果的也會產生影響。對于多功能源和數字表，在標準條件下，溫度、濕度、輸入零電流、輸入阻抗等帶來的影響可忽略，所以綜合考慮后其測量模型為：

Δ=Ux+δUx-Un

式中：Δ——示值誤差；Ux——數字多用表讀數值；Un——標準源輸出值；

δUx——數字多用表分辨力的影響

三、標準不確定度評定

由測量重復性引入的標準不確定度uA(Ux)進行重復性測試，按A類評定方法評定。由重復性試驗要求可知，數字多用表校準結果的重復性應當直接作為一個不確定度來源，用于數字表校準結果的不確定度評定中，所以直接引用重復性試驗結果作為數字多用表讀數，引入的標準不確定度分量。則實驗標準偏差為：

則單次測得值的A類標準不確定度：

uA(Ux)=s(yi)

標準源輸出值不準確引入的標準不確定度u(Un)。由于誤差或不確定度的存在以及校準時上級標準的影響，在復現量值時會引入不確定度分量，主要從影響輸出值不準確的原因上去分析，即上級標準和被校表本身誤差或不確定度。

由上級標準引入的標準不確定度：

因為校準5730A多功能源時，5730A的技術指標很高，上級標準的不確定度與5730A的最大允許誤差或總的不確定度之比一般不小于1/3，校準結果存在上級計量標準帶來的不確定度影響，會影響實際輸出值，所以5730A輸出值存在由于上級標準不準確引入的不確定度，由多功能標準源5730A的校準證書可得上級校準5730A時引入的不確定度分量為u(Un1)。

其他因素對多功能標準源直流電壓值引入的標準不確定度分量主要考慮5730A本身由于誤差的存在而使輸出值不準確的影響因素，儀器使用說明書中給出了在校準溫度±5℃范圍內儀器總不確定度、穩定性指標、溫度系數、線性度、紋波噪聲、負載調整率、電源調整率、穩定時間等技術指標。其中對輸出直流電壓值有影響的主要是儀器穩定性指標、溫度系數、穩定時間等，其中穩定性指標、溫度系數、穩定時間可忽略計算。

在規定測量條件下，多功能標準源直流電壓11V量程，測量時環境要求在規范要求范圍內，標準源的校準歷史記錄表明各項技術指標均合格。說明書注明該不確定度服從正態分布，且k=2。對應的標準不確定度分量為u(Un2)

四、合成標準不確定度

由于各輸入量間相互獨立，均互不相關，由不確定度傳播律可得合成標準不確定度：

由測量模型計算靈敏系數：

考慮到被測數字表讀數的重復性和分辨力存在重復，在合成標準不確定度時將二者中較小值舍去，所以舍去被校數字表的分辨力的影響，則合成標準不確定度：

通過實際測量和計算，分析和評定了標準源法校準數字多用表時交流電壓。另外，直流電壓、交流電流、直流電流、電阻4種參數校準結果的測量不確定度可以參照評定交流電壓方法進行。評定的測量不確定度結果是否滿足校準的需求，還需進行驗證。驗證的方法可以選擇傳遞比較法。