电测计量标准实验室的建标

    伊锋

    

    

    摘? 要：电测计量标准实验室可完成电能表、电量变送器、数字式仪表、指针式仪表、绝缘电阻表、频率表的检定工作。电测计量标准实验室在建标测量的过程中根据电测实验室的建标经验，阐述了实验室建标需完成的工作和注意事项，着重讲述了重复性稳定性试验及标准器不确定度的评定方法。对后续电测计量标准实验室建标或增项工作将有着很好的借鉴指导意义。

    关键词：电测实验室;建标;不确定度

    中图分类号：F206? ? ? ? 文献标志码：A

    1 电测实验室

    1.1 电测实验室简介

    电测计量标准实验室于2014年9月份完成建标，新建了多功能标准表标准装置、电量变送器检定装置、数字多用表标准装置、交直流电压电流功率检定装置、绝缘电阻表检定装置，可完成电能表、电量变送器、数字式仪表、指针式仪表、绝缘电阻表和频率表的检定工作。

    1.2 实验室建标流程

    实验室建标流程：标准器重复性稳定性实验→建标文件编制→评审单位对建标文件进行初审，并提出整改意见→根据整改意见对文件进行修改→评审单位进行最终现场考核。

    1.3 建标文件编制清单

    实验室建标需编制以下文件。1）计量标准考核（复查）申请表。2）标准器操作规程。3）国防军工计量标准履历表。4）计量标准器具测量重复性稳定性考核记录。5）建标技术报告。1）～4）项均有相应的文件模板，主要是用于描述标准器的基本信息和操作方法，编写难度不大，需要时可以直接套用。后文中将着重讲述一下建标报告的编写。

    2 重复性稳定性试验

    2.1 试验方法

    重复性实验即选取一稳定测量仪器，在短时间内由同一操作者对标准器某一输出量重复测量n次，得到n个测量值xi，一般情况下n取10。按式（1）计算，其结果应小于标准器合成标准不确定度的2/3。

    （1）

    穩定性试验即选取一稳定测量仪器，每隔1个月对标准器的某一输出量重复测量n次，取n个测量值的算术平均值作为一次测量结果，至少考核4个月，一般情况下n取10。按式（2）计算，其结果应小于标准器的合成标准不确定度。

    （2）

    2.2 检定点的选择

    重复性稳定性试验检定点的选取非常重要，一旦检定点出现漏选的情况，对后续不确定度的计算和建标工作都有很大影响。检定点的选取原则如下。1）若某一标准器需建立多个标准，则每个建标项目均需选择相应的检定点进行试验。例如某一标准器计划建立交流电压、交流电流、直流电压、直流电流4个标准，则每个标准都要选择相应的检定点。2）若标准器有多个量程，则只在某一常用量程上选择检定点进行试验。例如某一标准器交流电压输出量程包括57.7 V、100 V、220 V、600 V，则只需在100 V量程上选择检定点即可。3）若标准器的技术参数用引用误差表示，则检定点应包括量程上限和1/10量程上限。若标准器的参数用相对误差表示，则检定点只包括量程上限即可。

    3 建标技术报告编写

    《JJF（国防）3—2012 国防军工计量标准器具技术报告编写要求》中要求计量标准技术报告应包括封面、目录、计量标准器概述、计量标准器具性能、构成计量标准器具的主标准器及主要配套设备、量值溯源与传递关系图、检定人员、环境条件、计量标准器具不确定度评定、计量标准器具重复性、计量标准器具稳定性、计量标准器具不确定度的验证、结论和附录。其中最困难部分为标准器的不确定度评定，其余部分在《JJF（国防）3—2012》中均有详细描述，文中将不再加以详述。

    3.1 不确定度评定

    由于测量误差的存在，被测量的真值难以确定，使测量结果带有不确定性。随着科学技术的发展，人们引出了不确定度。测量不确定度表示测量结果不能肯定的程度，是表征仪器综合性能的重要指标，标准器的扩展不确定度应不大于被检表最大允许误差绝对值的，上级评审单位据此来限定标准器所能检定表计的范围。

    3.2 评定流程

    评定流程：建立数学模型并分析不确定度来源→计算各不确定度分量→计算相对合成不确定度→计算相对扩展不确定度。

    3.3 评定方法简介

    测量不确定度包括由随机效应引入的分量和由系统效应引入的分量。不确定度的评定包括A类和B类2种评定方法。其中，A类评定方法为在重复性条件下对同一被测量独立重复观测n次，得到n个测量值xi（i=1，2，…，n），按公式（3）进行计算。由随机效应引入的分量使用A类方法进行评定。

    （3）

    式中：—n次测量结果的平均值。

    B类评定方法为根据有关的信息或经验，判断被测量的可能值区间[-a，+a]，假设被测量值的概率分布，根据概率分布和要求的概率p确定k，由公式（4）计算得出。由系统效应引起的不确定度分量使用B类方法进行评定。

    （4）

    式中：a—被测量可能值区间的半宽度。k—置信因子。

    评定点的选取原则为：若标准器的参数以相对误差的形式表示，则认为其量程范围内的相对不确定度是相同的，此时只评定其量程上限即可;若标准器的参数以引用误差的形式表示，则认为其量程范围内的相对不确定度不同，需评定其量程上限点和1/10量程上限点，最终计算得出的相对不确定度应表示为一个范围。

    3.4 不确定度评定实例

    该文以多功能电测仪表检定装置CL3021D交流电压100 V点的不确定度评定为例对评定方法进行具体介绍。

    3.4.1 建立数学模型

    使用CL3021D进行交流电压表检定时使用标准源法，由标准器向被检表输入一指定值，记录此时被检表的显示值，显示值与实际输入值之差即为被检表的示值误差。

    γ= y-y0? ? ? ? ? （5）

    式中：γ—被检表的示值误差。y—被检表示值。y0—标准装置实际输出值。

    3.4.2 不确定度来源

    由建立的数学模型可知测量不确定度来源包括测量数据的分散性引入的不确定度u（y）和标准器输出引入的不确定度u（y0）。因两者不相关，所以相对合成不确定度为：

    urel2= u（y）2+u（y0）2? ? ? ? ? ? ? （6）

    因此测量不确定度来源包括4类。1）测量分散性引入的不确定度分量。2）标准器输出准确度引入的不确定度分量。3）标准器输出稳定性引入的不确定度分量。4）标准器调节细度引入的不确定度分量。

    3.4.3 各不确定度分量的评定

    3.4.3.1 测量分散性引入的不确定度u1

    测量分散性引入的不确定度，可以通过在重复条件下连续测量得到的1组数据，用不确定度A类评定方法得到。10次的测量结果分别为：99.9951、99.9935、99.9903、100.015、99.9895、99.9887、99.9891、99.9880、99.9875、99.9875。

    因此测量分散性引入的相对不确定度为

    3.4.3.2 标准器引入的不确定度

    标准器引入的不确定度采用B类方法进行评定。由数据修约、测量仪器最大允许误差或分辨力、参考数据的误差限导致的不确定度通常假设为均匀分布。均匀分布相应置信因子。

    1）标准器输出准确度引入的不确定度u2

    根据说明书给出的技术指标，标准器输出准确度为0.05%RG，根据公式（4）输出准确度引入的相对不确定度为

    2）标准器输出稳定性引入的不确定度u3

    根据说明书给出的技术指标，标准器输出稳定度为0.01%RG/1min，根据公式（4）输出稳定度引入的相对不确定度为

    3）标准器调节细度引入的不确定度u4

    根据说明书中的技术指标，标准器的调节细度为0.01%RG，根据公式（4）调节细度引入的相对不确定度为

    3.4.4 相对合成不确定度

    根据公式（6），标准器的相对合成不确定度见下式。根据国际惯例，当第一个有效数字为1、2时，保留两位有效数字，当第一个有效数字为3或3以上时，保留1位有效数字。

    3.4.5 相對扩展不确定度

    相对扩展不确定度Urel是被测量可能值包括区间的半宽度，由相对合成不确定度Urel乘包括因子k得到。在通常的测量中，k一般取2。

    因此，CL3021D在交流电压100 V点的相对扩展不确定度为0.06% （k=2）。

    4 结论

    电测实验室自2014年1月份开始建标，9月份完成建标。期间由于经验不足导致建标过程中困难较多，该文根据建标过程中积累的经验对建标的基本流程、建标过程中的重难点进行说明，主要对当时存在问题较多的重复性稳定性试验和不确定度计算进行了详细讲述，对后续建标或增项工作有很好的指导作用。

    参考文献

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    [3]杜福鹏 毕鹏.相位噪声建标方案和不确定度分析[J].仪器仪表标准化与计量，2013（3）：44-45.