直流稳定电源输出功率测量不确定度的评定

赵 维

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，西安 710065）

0 引言

直流稳定电源作为一种特殊的计量器具，广泛应用于军工科研和生产中。直流稳定电源最初仅作为提供稳定电压或稳定电流的电源设备。随着电源面板上数字表技术指标和电源输出技术指标大幅度提高，科研人员可根据直流稳定电源显示的电压值和电流值，间接计算其输出功率，从而得知产品的功耗大小。

本文介绍了一种应用直流稳定电源输出功率的测量不确定度的评定方法，以固纬生产的型号GPD-3303S直流稳定电源举例。

1 建立测量模型

将直流稳定电源与数字电压表并联，与数字电流表和电子负载串联，预置输出电压值，待输出电压后，通过调节电子负载来调节直流稳定电源的电流值。

式中，P为直流稳定电源的输出功率；V为直流稳定电源显示的电压值；I为直流稳定电源显示的电流值。由建立的测量模型可知，V和I为不相关的两个量，所以其P的合成标准不确定度表达式为：

由式（1）可知，分别计算出直流稳定电源显示电压值的不确定度分量和电流值的不确定度分量便可计算出直流稳定电源输出功率的不确定度值。

2 直流电压的测量不确定度分量来源与评定

预置直流稳定电源的输出电压为10V，评定此时输出电压的测量不确定度。评定过程：

2.1 由直流标准电压表重复性引入的不确定度分量

直流标准电压表重复性由A类方法进行评定：

（1）使用数字多用表34401A在相同条件下并联测量输出电压10次，分别为：下表1。

（2）应用贝塞尔公式计算其单次测量值实验标准偏差：

（3）取单次测量结果，所以 。

2.2 由直流标准电压表示值误差引入的不确定度分量

根据技术说明书，直流标准电压表的在测量10V电压时最大允许误差为±0.0004V，按B类方法进行评定，区间半宽度a1为0.0004V，假设为均匀分布，系数k取

经计算得直流标准电压表引入的不确定分量uB1为0.00023V。

2.3 由直流稳定电源测量重复性引入的不确定度分量

直流稳定电源测量重复性由A类方法进行评定：

次数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10电压V 10.0006 10.0005 10.0004 10.0004 10.0004 10.0003 10.0002 10.0002 10.0001 10.0001

（1）直流稳定电源在相同条件下并联测量输出电压10次，分别为：

次数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10电压V 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998 9.998

（2）应用贝塞尔公式计算其重复性：

2.4 由直流稳定电源电压分辨力引入的不确定度分量

GPD-3303S直流稳定电源有技术说明书得知，最小分辨力为0.001V，假设为均匀分布，则区间半宽度a2为0.0005V，系数k取

经计算得uB2=0.00029V。

2.5 直流电压的合成标准不确定度为

经计算得u（V）=0.00041V。

3 直流电流的不确定度分量来源和评定

预置直流稳定电源的输出电流为1A，评定此时输出功率的不确定度。

评定过程：

3.1 由直流标准电流表测量重复性引入的不确定度分量

直流标准电流表测量重复性由A类方法评定：

（1）使用数字多用表34401A在相同条件下串联测量输出电流10次，分别为：

次数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10电流A 0.9987 0.9987 0.9988 0.9988 0.9989 0.9989 0.9990 0.9990 0.9990 0.9990

（2）应用贝塞尔公式计算其重复性：

（3）取单次测量结果，所以uA3=Sn（ I0）=0.00012A。

3.2 由直流标准电流表引入的不确定度分量

根据技术说明书，直流标准电流表在测量1A电流时最大允许误差为±0.0011A，按B类方法进行评定，区间半宽度a3为0.0011A，假设为均匀分布，系数k取

经计算得直流标准电流表引入的不确定分量uB3为0.00064A。

3.3 由直流稳定电源电流测量重复性引入的不确定度分量

直流稳定电源电流测量重复性由A类方法评定：

（1）直流稳定电源在相同条件下串联测量输出电流10次，分别为

次数n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10电流A 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998 0.998

（2）应用贝塞尔公式计算其重复性：

（3）取单次测量结果，所以uA3=Sn（Ix）=0A。

3.4 由直流稳定电源电流分辨力引入的不确定度分量

GPD-3303S直流稳定电源有技术说明书得知，最小分辨力为0.001A，假设为均匀分布，区间半宽度a4为0.0005A，系数k取

经计算得uB4=0.00029A。

3.5 直流电流的合成标准不确定度为

经计算得u（I）=0.00071A。

4 直流稳定电源的输出功率的相对合成标准不确定度

5 直流稳定电源的输出功率的相对扩展不确定度

包含因子k取2，则计算相对扩展不确定度Urel，得

6 结束语

直流稳定电源性能的不断提升，可不再局限于供电使用，亦可作为一种特殊的功率测量器具，极大方便科研人员的使用。本文通过把直流稳定电源作为一种间接计算产品功率大小测量器具，给出直流稳定电源输出功率测量不确定度的一种评定方法。