数字多用表标准装置校准结果不确定度评定

许城霞+方舟

摘 要：近几年测量不确定度的评定应用得越来越广泛，包括测量仪器的计量校准、实验室认可、质量管理及建标复查等领域的应用。为了准确地描述测量结果，定时校准非常必要。该文就数字多用表标准装置对高精度仪表测量不确定度进行分析，找出不确定度的影响因素，并对其进行评估，给出电流、电压、电阻的合成及扩展不确定度，如实反映了测量的准确性。

关键词：测量不确定度 标准装置 数字多用表

中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（c）-0039-03

数字多用表标准装置主要用于检定/校准低精度等级的数字多用表，为了保证量值传递的准确可靠，为了缩短量值传递的时间，满足科研和生产的实际需要，更好地为科研生产服务，遂建立该项测量标准。该项测量标准可用于检定/校准在相应测量范围内且精度低于其不确定度的数字多用表的交直流电压、交直流电流、直流电阻等5项功能参数。

1 测量标准的组成和工作原理

该标准装置由1台34401A数字万用表，1台YS87B可程控多功能标准源，以及1台ZX84直流电阻箱组成。YS87B可程控多功能标准源输出精度可达5位半，稳定性好，可直接用于四位半多用表及四位半以下的数字多用表的校准和检定。通过HP34401A数字多用表的监视测量，该标准装置可实现五位半及以下数字万用表的计量/检定工作。

1.1 测量方法

该标准装置按其原理，依据检定规程规定的方法进行测量，对于高精度表，用HP34401A表和YS87B可程控多功能标准源（或ZX直流电阻箱）进行比对校准。

1.2 输出量

根据计量/检定线路，对34401A数字多用表进行评定，YS87B给出评定点信号，34401A进行测量给出标准值。

1.3 环境条件

校准实验室温度为18 ℃～22 ℃，濕度为45%RH～65%RH。

2 数学模型

2.1 建立数学模型

，式中为测量结果，为标准值。

2.2 方差和灵敏系数

灵敏系数：c=1； 方差：。

2.3 不确定度来源

不确定度来源包括YS87B和34401A的不确定度影响因素，对高精度多用表由于采用对比校准法，YS87B的源数据仅供参考，其精度由数字表控制，仅考虑YS87B短期稳定性对测量结果的影响，评定主要的不确定度来源如下。

（1）34401A的分辨力引入的不确定度分量。

（2）34401A的年变化量引入的不确定度分量。

（3）上级检定引入的不确定度分量。

（4）YS87B短期稳定性引入的不确定度分量。

3 不确定度评定

3.1 直流电压

评定10 V量程10 V点。

（1）3440A的10 V量程分辨力为10 μV，并经检定合格，按B类不确定度评定，视为均匀分布，包含因子，则 μV。

（2）由34401A的说明书得知，34401A的年度允许误差为±0.005%，即10 V允差为±0.5 mV，并经检定合格，按B类评定，视为均匀分布，包含因子，则μV。

（3）由上级部门检定引入的不确定度分量为60μV，包含概率95%，故μV。

（4）通过对YS87B信号源进行短期（5 min）稳定性测量，测量6次，得YS87B信号源10V输出电压5 min内的最大值为 10.000 04 V，最小值为10.000 00，按A类评定，用极差法计算，查表得，其标准不确定度：

μV

由于各分量独立不相关，则标准装置的直流电压合成标准不确定度为：

μV

扩展不确定度，取包含因子， μV。

相对扩展不确定度。

3.2 直流电流

评定100 mA量程100 mA点。

（1）34401A的100 mA量程分辨力为100 μA，并经检定合格，按B类不确定度评定，视为均匀分布，包含因子，μA。

（2）由34401A的说明书得知，34401A的年度允许误差限为：±70μA，并经检定合格，按B类评定，视为均匀分布，包含因子，μA。

（3）由上级检定引入的不确定度分量为0.1μA，包含概率为95%，故 μA。

（4）通过对YS87B信号源进行短期（5 min）稳定性测量，测量6次，得YS87B信号源100 mA输出电流5 min内的最大值为100.000 4 mA，最小值100.000 2 mA，按A类评定，用极差法计算，查表得，其标准不确定度：

μA

由于各分量独立不相关，则标准装置的直流电流合成标准不确定度为：

μA

扩展不确定度，取包含因子， μA。

相对扩展不确定度。

3.3 交流电压

评定10 V量程10 V/50 Hz点。

（1）3 4401A的10 V量程分辨力为10 μV，并经检定合格，按B类不确定度评定，视为均匀分布，包含因子，则2.89μV。

（2）由34401A的说明书得知，34401A的允许误差为±（0.007～0.05）%，即10 V允差为±5 mV，并经检定合格，按B类评定，视为均匀分布，包含因子，则μV。

（3）由上级部门检定引入的不确定度分量为4 650 μV，包含概率95%，故μV。

（4）通过对YS87B信号源进行短期（5min）稳定性测量，测量6次，得YS87B信号源10 V输出电压5 min内的最大值为V，最小值为，按A类评定，用极差法计算，查表得，其标准不确定度：

μV

由于各分量独立不相关，则标准装置的交流电压合成标准不确定度为：

≈3706.82μV

扩展不确定度，取包含因子， 7413.64μV。

相对扩展不确定度。

3.4 交流电流

评定100 mA量程100 mA/50 Hz点。

（1）34401 A的10 mA量程分辨力为1μA，并经检定合格，按B类不确定度评定，视为均匀分布，包含因子， μA。

（2）由34401A的说明书得知，34401A的年度允许误差限为： ±60μA，并经检定合格，按B类评定，视为均匀分布，包含因子，μA。

（3）由上级部门检定引入的不确定度分量为87μA，包含概率为95%，故μA。

（4）通过对YS87B信号源进行短期（5 min）稳定性测量，测量6次，得YS87B信号源10 mA输出电流5 min内的最大值为 mA，最小值mA，按A类评定，用极差法计算，查表得，其标准不确定度：

μA

由于各分量独立不相关，则标准装置的交流电流合成标准不确定度为：

μA

扩展不确定度，取包含因子， μA。

相对扩展不确定度。

3.5 直流电阻

评定10 kΩ量程10 kΩ点。

（1）34 401 A的10 KΩ量程分辨力为10 mΩ，并经检定合格，按B类不确定度评定，视为均匀分布，包含因子，mΩ。

（2）由34401A的说明书得知，34401A的年度允许误差限为： ±6Ω，并经检定合格，按B类评定，视为均匀分布，包含因子，mΩ。

（3）由上级部门检定引入的不确定度分量为60 mΩ，包含概率为95%，故mΩ。

（4）通过对YS87B信号源进行短期（5 min）稳定性测量，测量6次，得YS87B信号源10 kΩ输出电阻5 min内的最大值为=10.0000 05 kΩ，最小值KΩ，按A类评定，用极差法计算，查表得，其标准不确定度：

mΩ

由于各分量独立不相关，则标准装置的电阻合成标准不确定度为：

mΩ

扩展不确定度，取包含因子， mΩ。

相对扩展不确定度。

同理可得DCI不确定度：3～10 A：；ACI不确定度：3～10 A：。

4 结语

该标准装置可实现五位半及以下数字万用表的计量/检定工作，通过数学模型的建立，结合上述分析和计算得到该数字多用表标准装置的直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、电阻各项参数的扩展不确定度。综合仪表的测量范围，我们可评定该数字多用表标准装置的相对扩展不确定度，见表6，从而在实际应用中如实反映测量结果的准确性。

参考文献

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