电子秒表示值误差测量不确定度的评定

于 洁

大同市综合检验检测中心 山西 大同 037006

1 前言

秒表计时器是电器制造,工业自动化控制、国防实验室及科研单位立项的计时仪器,它广泛应用于各种继电器、电磁开关,控制器、延时器、定时器的时间测试。电子秒表是一种简单的时间间隔计量器具,电子秒表的准确性是影响着企业产品的性能和质量,因此,大部分市县级计量检定机构均建立秒表检定仪标准装置,主要用于开展机械和电子秒表的检定。

2 秒表检定仪的工作原理及组成部分

SF2002秒表检定仪,可用于检定机械秒表、电子秒表,仪器采用全数字控制,整机具有高稳定度、高准精确度的优点。

图1 秒表检定仪工作原理示意图

仪器工作原理:

FPGA内部进行时基信号的选择,以提供给不同的被检表不同的时基信号。输出电路由两部分组成,分别可以检定秒表、指针式电秒表、数字式电秒表。使用8个接线柱以实现与被测仪器连接形成回路,待被检定时间段结束后,将被检定仪器的时间与标准时间进行比对,根据规程进行误差分析,得出报告。

3 球镜顶焦度示值误差的测量不确定度评定

3.1 概述 在一定环境条件下[温度(20±5)℃,相对湿度≤80%RH,交流电压:220(1±10%)V;频率:50(1±2%)Hz],将准确度优于±(1×10-7×T0+3 ms)的秒表检定装置连接秒表夹具,将电子秒表装在夹具上,设置10s为检定点,接通电源,按下检定按钮,检定秒表10s间隔与标准装置10s间隔的示值误差。

3.2 测量方法 JJG 237-2010《秒表》

JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

3.3 数学模型

公式中:

△L—测量点的示值误差,s

Li—测量点的标称时间间隔,s

Ls—对应测量点的标准时间间隔,s

方差和灵敏系数:

考虑各分量彼此独立得:

3.4 确定度来源分析

3.4.1 A类标准不确定度uA

(1)由测量重复性引入的标准不确定度uA;

3.4.2 B类标准不确定度uB

(2)由秒表分辨力引入的标准不确定度uB1;

(3)主要由标准器的示值误差引入的标准不确定度uB2

3.4.3 合成标准不确定度uc

由此得到的顶焦度示值误差的合成标准不确定uc如 下:

3.5 测量不确定度评定

3.5.1 标准不确定度的评定

(1)A类-测量重复性引起的不确定度uA

将秒表检定装置连接秒表夹具,将电子秒表装在夹具上,设置10s为检定点,接通电源,按下检定按钮,检定秒表10s间隔与标准装置10s间隔的示值误差。以下列数据为例:

10.01 s 10.00 s 10.02 s 10.01 s 10.01 s

10.00 s 10.00 s 10.01 s 10.02 s 10.00 s

10次测量实验标准差(n=10)为:

则实测值d的A类不确定度uA=0.0025 s

(2)秒表分辨力引入的标准不确定度分量uB1

被检表在检定点的分辨力为0.01 s,属于均匀分布,包含因子k=,该项瞄准误差主要以均匀分布的方式影响,所以其标准不确定度为:

(3)由标准装置引入的标准不确定度分量uB2

所用标准装置检定电子秒表的MPE=±(1×10-7×To+3ms),当T0=10s时,MPE=±(1×10-7×10s+3ms)≈0.003 s

其标准不确定度为:

3.5.2 合成标准不确定度的评定

3.5.3 扩展不确定度的评定 取k=2,则U=k×uc=2×0.0065s≈0.013s

3.5.4 结论 电子秒表在10s处的最大允许误差为±0.05s,则:

故检定方法可行。

3.5.5 检定或校准结果的验证 采用传递比较法来验证检定结果:

若本实验室的标准器和山西省计量科学研究院计量标准进行测量时的扩展不确定度(U95或k=2时的U,下同)分别为Ulab和Uref,它们的测量结果分别为ylab和yref,在两者的包含因子近似相等的前提下应满足

经实验验证,该秒表检定仪标准装置符合国家计量检定规范的要求,可以开展此项目计量检定工作。