直流电压校准结果的测量不确定度评定分析

马骥腾

(北京航空航天大学可靠性与系统工程学院 北京 100000)

一、测量方法

依据JJF1587-2016《数字多用表校准规范》，本文选择以多功能标准源5730A为参考标准，采用标准源法对数字多用表直流电压功能进行校准，即用多功能源5730A输出直流电压，记录被校数字多用表34470A示值。

二、测量模型

设标准源的直流电压输出为Un，数字多用表的直流电压读数为Ux，所以示值误差可表示为：

Δ=Ux-Un

式中：Δ——示值误差；Ux——数字多用表读数值；Un——标准源输出值。

由此可得，示值误差的测量不确定度主要来源于数字表的读数和标准源自身误差的影响。考虑多功能源的负载特性及温度系数等对校准结果的影响，另外还应考虑到各种其他因素对多功能标准源电压值的影响，数字多用表的分辨力对测量结果的也会产生影响。对于多功能源和数字表，在标准条件下，温度、湿度、输入零电流、输入阻抗等带来的影响可忽略，所以综合考虑后其测量模型为：

Δ=Ux+δUx-Un

式中：Δ——示值误差；Ux——数字多用表读数值；Un——标准源输出值；

δUx——数字多用表分辨力的影响

三、标准不确定度评定

由测量重复性引入的标准不确定度uA(Ux)进行重复性测试，按A类评定方法评定。由重复性试验要求可知，数字多用表校准结果的重复性应当直接作为一个不确定度来源，用于数字表校准结果的不确定度评定中，所以直接引用重复性试验结果作为数字多用表读数，引入的标准不确定度分量。则实验标准偏差为：

则单次测得值的A类标准不确定度：

uA(Ux)=s(yi)

标准源输出值不准确引入的标准不确定度u(Un)。由于误差或不确定度的存在以及校准时上级标准的影响，在复现量值时会引入不确定度分量，主要从影响输出值不准确的原因上去分析，即上级标准和被校表本身误差或不确定度。

由上级标准引入的标准不确定度：

因为校准5730A多功能源时，5730A的技术指标很高，上级标准的不确定度与5730A的最大允许误差或总的不确定度之比一般不小于1/3，校准结果存在上级计量标准带来的不确定度影响，会影响实际输出值，所以5730A输出值存在由于上级标准不准确引入的不确定度，由多功能标准源5730A的校准证书可得上级校准5730A时引入的不确定度分量为u(Un1)。

其他因素对多功能标准源直流电压值引入的标准不确定度分量主要考虑5730A本身由于误差的存在而使输出值不准确的影响因素，仪器使用说明书中给出了在校准温度±5℃范围内仪器总不确定度、稳定性指标、温度系数、线性度、纹波噪声、负载调整率、电源调整率、稳定时间等技术指标。其中对输出直流电压值有影响的主要是仪器稳定性指标、温度系数、稳定时间等，其中稳定性指标、温度系数、稳定时间可忽略计算。

在规定测量条件下，多功能标准源直流电压11V量程，测量时环境要求在规范要求范围内，标准源的校准历史记录表明各项技术指标均合格。说明书注明该不确定度服从正态分布，且k=2。对应的标准不确定度分量为u(Un2)

四、合成标准不确定度

由于各输入量间相互独立，均互不相关，由不确定度传播律可得合成标准不确定度：

由测量模型计算灵敏系数：

考虑到被测数字表读数的重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，所以舍去被校数字表的分辨力的影响，则合成标准不确定度：

通过实际测量和计算，分析和评定了标准源法校准数字多用表时交流电压。另外，直流电压、交流电流、直流电流、电阻4种参数校准结果的测量不确定度可以参照评定交流电压方法进行。评定的测量不确定度结果是否满足校准的需求，还需进行验证。验证的方法可以选择传递比较法。