直流四端式电桥检定装置不确定度分析与评定

蒋卫理

(国网浙江省电力公司金华供电公司送变电第一分公司，浙江 金华 321000)

直流四端式电桥检定装置不确定度分析与评定

蒋卫理

(国网浙江省电力公司金华供电公司送变电第一分公司，浙江 金华 321000)

主要讨论了对直流四端式电桥检定装置不确定度如何进行分析与评定，给出了该装置不确定度分析中数学模型的建立方法，分析了不确定度的影响量，详细阐述了分析与评定的过程，并进一步指出了该直流四端式电桥可开展的电桥检定范围及验证方法。

直流四端式电桥；不确定度；检定范围；验证方法

0 引言

为了顺利地开展直流四端式电桥的检定工作，保证量值传递的一致性、正确性，保证使用中的直流四端式电桥测试数据的正确可靠，有必要对直流四端式电桥检定装置进行不确定度分析评定。

1 概述

(1) 测量依据：JJG125—2004《直流电桥检定规程》；(2) 环境条件：温度(20±2) ℃，相对湿度40%～60%；(3) 测量标准：四端式电桥检定装置型号为ZX71，出厂编号为054；(4) 测量范围：10-3Ω、10-2Ω、10-1Ω、1 Ω、10 Ω、(1～11)×0.01 Ω；(5) 主要技术指标如表1所示；(6) 被测对象：出厂编号为06087028的QJ44直流四端式电桥；(7) 计量标准的量值溯源情况：上一级计量器具直流电桥、电阻箱检定装置，其不确定度Urel=3×10-5。

表1 各档电阻准确度

2 数学模型

当实验室检定温度在(20±2) ℃，相对湿度在40%～60%时，温度的影响可忽略。

直流电桥的误差数学模型为：

E=Rx-Rs

式中，E为直流电桥的示值误差；Rx为被检电桥的输出实际值；Rs为四端式电桥检定装置的标准示值。

3 灵敏系数

Rx的灵敏系数：C1=∂E/∂Rx=1；

Rs的灵敏系数：C2=∂E/∂Rs=-1。

4 不确定度的来源

检定装置的合成不确定度u由下列不确定度分量构成：(1) 重复性条件下由被测对象测量重复性引起的不确定度分项u1(A类评定)；(2) 四端式电桥校验装置准确度引起的标准不确定度分项u2(B类评定)；(3) 四端式电桥检定装置传递误差引起的不确定度分项u3(B类评定)。

5 输入量的标准不确定度评定

5.1重复性条件下由被测对象测量重复性引起的不确定度分项(A类评定)

选一台稳定性良好的出厂编号为06087028的QJ44直流四端式电桥作被检电桥，在四端式电桥检定装置检读数盘时，对被检电桥的0.1 Ω进行10次独立的重复测量，得到以下一组数据：0.099 94 Ω、0.099 96 Ω、0.099 96 Ω、0.099 94 Ω、0.099 94 Ω、0.099 94 Ω、0.099 95 Ω、0.099 95 Ω、0.099 95 Ω、0.099 94 Ω。经计算得到：

u(Rx)=s(yi)=0.000 008 2 Ω

故自由度γ(Rx)=10-1=9。

5.2四端式电桥校验装置准确度引起的标准不确定度分项(B类评定)

输入量Rs的不确定度主要来自四端式电桥校验装置误差引起的标准不确定度u(Rs)，采用B类方法进行评定。

估计Δu(Rs)/u(Rs)为0.10，则自由度γ(Rs)为50。

5.3四端式电桥检定装置传递误差引起的不确定度分项(B类评定)

进行溯源的标准装置不确定度为Urel=3×10-5，则0.1 Ω的标准不确定度为：0.1 Ω×3×10-5=0.000 003 Ω，与测量0.1 Ω时其允许误差限0.04%×0.1 Ω=0.000 04 Ω比已经可以忽略，故上级量值传递引入的不确定度可不考虑。

6 合成标准不确定度的评定

6.1 合成标准不确定度

由于全部分量各不相关，是各自独立的，合成标准不确定度uc计算为：

6.2 合成标准不确定度的有效自由度

≈58.3

7 扩展不确定度的评定

取置信概率p=95%、veff=50，查t分布表并将有效自由度近似取整为50得到：Kp=2.01。扩展不确定度u95%=2.01×0.000 024 5=0.000 049 Ω。

8 测量不确定度的报告与表示

测量电阻值在0.1 Ω时其示值误差测量结果的扩展不确定度为：u95%=0.000 049 Ω，veff=50。

9 检比例臂不确定度汇总

同理，检比例臂的其他阻值也一一进行分析评定，不确定度测量结果如表2所示。

表2 检比例臂不确定度汇总表

10 测量结果说明

10.1 结论

经过上述计算可知：由四端式电桥检定装置和环境条件引起的电阻测量不确定度不超过0.2级被检电桥允许误差的1/3(0.2级被检电桥允许误差的1/3如下：10 Ω为0.006 7 Ω；1 Ω为0.000 67 Ω；0.1 Ω为0.000 067 Ω；0.01 Ω为0.000 006 7 Ω；0.001 Ω为0.000 000 67 Ω)，依据JJF1033—2008《计量标准考核规范》，由该四端式电桥检定装置所建计量标准其测量不确

定度符合《计量标准考核规范》和《直流电桥检定规程》要求，可以开展0.2级及以下直流四端式电桥的检定工作。

10.2 结论的验证

依据JJF1033—2008，可采用传递比较法对上述结论进行验证：用该四端式电桥检定装置测量一稳定的被测对象：型号为QJ44、出厂编号为507100的直流四端式电桥，然后将该被测对象送上一级检定部门进行测试，测得的数据如表3所示。

表3 测量数据

∣Y1-Y2∣=0.000 02 Ω

本标准的扩展不确定度u1=0.000 049 Ω，上一级检定部门的扩展不确定度u2=0.1 Ω×3×10-5=0.000 003 Ω。

可见：

以上传递比较法的结果符合JJF1033—2008《计量标准考核规范》要求。

11 结语

本文阐述了如何分析与评定直流四端式电桥检定装置不确定度，使复杂深奥的直流四端式电桥检定装置不确定度评定变得简洁明了。检定装置不确定度分析与评定的目的大多是建立计量标准，文章最后指出了直流四端式电桥可开展的电桥检定的范围及验证方法，满足建立计量标准的实际需要，具有一定的参考价值。

[1]国家质量技术监督局计量司.测量不确定度评定与表示指南[M].中国计量出版社，2005

[2]JJF1033—2008 计量标准考核规范[S]

[3]JJG125—2004 直流电桥检定规程[S]

2014-11-17

蒋卫理(1963—)，女，浙江金华人，高级技师，工程师，从事电测、计量标准维护、电能质量监测等工作。