一種數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置建標(biāo)方案及不確定度評(píng)定

楊子鍔 程昊 陳龍

沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所 遼寧 沈陽(yáng) 110015

引言

數(shù)字多用表和多功能標(biāo)準(zhǔn)源具有測(cè)量和輸出直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流和電阻等功能，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的測(cè)試工作中。電壓、電流、電阻是電磁學(xué)計(jì)量的基礎(chǔ)參數(shù)，為保障量值傳遞準(zhǔn)確可靠，需建立數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置來校準(zhǔn)數(shù)字多用表及多功能標(biāo)準(zhǔn)源。本文提供了一種數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置建標(biāo)方案并描述了計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量不確定度具體評(píng)定過程及其驗(yàn)證方法。

2 建標(biāo)方案

2.1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置一般由多功能標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)字多用表組成。本文選取美國(guó)FLUKE公司生產(chǎn)的型號(hào)為5700A的多功能標(biāo)準(zhǔn)源以及型號(hào)為8508A的數(shù)字多用表作為主標(biāo)準(zhǔn)器。

2.2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作原理

根據(jù)JJF1587-2016《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》，采用標(biāo)準(zhǔn)源法對(duì)數(shù)字多用表進(jìn)行校準(zhǔn)[1]。以多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)數(shù)字多用表的直流電壓功能為例，校準(zhǔn)示意圖見圖1。

圖1 采用標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)直流電壓示意圖

根據(jù)1638-2017《多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)規(guī)范》采用標(biāo)準(zhǔn)表法對(duì)多功能標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行校準(zhǔn)[2]。以數(shù)字多用表校準(zhǔn)多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓功能為例，校準(zhǔn)示意圖見圖2。

圖2 采用標(biāo)準(zhǔn)表校準(zhǔn)直流電壓示意圖

2.3 環(huán)境條件

按照J(rèn)JF1587-2016《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》和1638-2017《多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)規(guī)范》中的環(huán)境條件要求，對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，結(jié)果滿足要求，見表1。

表1 環(huán)境條件

3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具不確定度評(píng)定

在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具的各項(xiàng)功能的不確定度評(píng)定過程中，由于多功能標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)字多用表的技術(shù)指標(biāo)具有按量程分段的特性，所以在評(píng)定時(shí)一般以各功能典型點(diǎn)為例說明不確定度評(píng)定的具體過程，然后按主標(biāo)準(zhǔn)器的量程劃分，給出各量程下的測(cè)量不確定度范圍，再匯總使用列表的形式給出各功能各量程的測(cè)量不確定度范圍[3-4]。即用典型值舉例，再列表給出結(jié)果范圍。

下面以多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)數(shù)字多用表直流電壓功能為例，介紹測(cè)量不確定度評(píng)定的具體過程。直流電流、電阻、交流電壓、交流電流功能評(píng)定過程類似，不再贅述。

3.1 測(cè)量方法

依據(jù)JJF1587-2016《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》中標(biāo)準(zhǔn)源法，使用多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)數(shù)字多用表直流電壓功能10V點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.2 數(shù)學(xué)模型

式中：

聽那名字，蘇楠也能猜出個(gè)大概。她隱約感覺到自己的生活要有一個(gè)翻天覆地的變化了，這變化太大太快，她都有點(diǎn)暈眩了。蘇楠閉上眼，無助地?fù)u了搖頭。真發(fā)微信的話，文字說明恐怕得改為“失散3 0多年的母女重逢”了。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.3.1 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定u1。在重復(fù)性條件下，多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A輸出直流電壓10V，讀取10次數(shù)字多用表示值，數(shù)據(jù)見表2。

表2 重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)

測(cè)量結(jié)果的平均值為：

單次測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

則：

3.3.2 多功能源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2。多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A經(jīng)上級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，結(jié)果滿意。5700A使用說用書中95%置信概率年技術(shù)指標(biāo)給出在10V點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度為：

則：

3.3.3 被測(cè)數(shù)字表分辨力引入的不確定度分量u3。被測(cè)數(shù)字表在直流電壓10V點(diǎn)的分辨力為1×10-6V，其區(qū)間半寬度a=5×10-7V，在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，包含因子則：

3.3.4 各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總。

表3 各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

續(xù)表

3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

考慮到被測(cè)數(shù)字表讀數(shù)的重復(fù)性和分辨力存在重復(fù)，在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)將二者中較小值舍去，則：

3.5 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，則多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓10V校準(zhǔn)點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度為：

相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

3.6 其他校準(zhǔn)點(diǎn)

直流電壓其他校準(zhǔn)點(diǎn)不確定度的分析方法和計(jì)算過程與此類似，結(jié)果列表見表4。

表4 直流電壓各量程不確定度評(píng)定結(jié)果

3.7 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的驗(yàn)證

數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的驗(yàn)證采用傳遞比較法。

用數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)一臺(tái)34461A型數(shù)字多用表得到各功能典型點(diǎn)測(cè)量值y及其測(cè)量不確定度U[5]。將34461A型數(shù)字多用表送上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)，得到各功能典型點(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)果y0及其測(cè)量不確定度U0，應(yīng)滿足：，數(shù)據(jù)見表5。

表5 數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度驗(yàn)證

由表5可知，直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流和電阻各功能均滿足要求，本裝置通過驗(yàn)證，可以開展相應(yīng)級(jí)別的數(shù)字多用表及多功能標(biāo)準(zhǔn)源的校準(zhǔn)工作。

4 結(jié)束語

本文介紹了數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成和工作原理，以直流電壓功能為例重點(diǎn)介紹了標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定的具體過程，將各功能各量程的測(cè)量不確定度范圍匯總列表，并采用傳遞比較法驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度評(píng)定結(jié)果，對(duì)建立數(shù)字多用表標(biāo)準(zhǔn)裝置有一定的參考意義。