直流标准电压源检定直流电位差计测量方法及不确定度再分析

《对ｔ与潮试技术》２ｏ１４零第４１卷第５期　直流标准电压源检定直流电位差计测量方法　及不确定度再分析　庆增宏　陈　绿　邵衍昌　（９１３７０部队计量站，福建福州３５００１４）　摘要：针对用直流标准电压源检定直流电位差计示值误差的两种测量方法，即“给定标准器输出值　法”和“给定电位差计示值　法”，提出了两种测量　方法不确定度分析结果一致的评定方法。　关键词：直流标准电压源；直流电位差计；测量不确定度　中图分类号：ＴＨ７３　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：４６０．４０３０　Ｒｅａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｔｏ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ＤＣ　Ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ＤＣ　Ｓｔａｎｄ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ｑｉｎｇ　Ｚｅｎｇｈｏｎｇ　Ｃｈｅｎ　Ｊｉｎｇ　Ｓｈａｏ　Ｙａｎｃｈａｎｇ　１　引言　有关《直流标准电压源检定直流电位差计测量方法　及不确定度分析》文章中，给出了直流标准电压源检定直　流电位差计示值误差的两种测量方法：一种方法是给定　２测量方法及测量数据　测量方法和测量数据全部借用文章中给出的方法和　标准器输出值　，调节电位差计测量盘示值，使检流计　　为零，记录电位差计读数值Ｕｘ；另一种方法是给定电位　数据。差计示值　，调节标准器输出值，使检流计为零，记录标　２．１测量设备及测量方法　选取ＦＬＵＫＥ　５２５Ｂ型直流标准电压源作为标准器，　准器输出　。文章将这两种测量方法，分别称为“给定　３６型电位差计作为被测件，分别采取给定标准器输出　标准器输出值　法”和“给定电位差计示值　法”。在　ＵＪ（＜ＪＪＧ一１２３　２００４直流电位差计检定规程》中，检定直流电　值　法和给定电位差计示值　法，对被测件的２０ｍＶ　　位差计的示值误差所使用标准器一般为标准电位差计或　示值点进行１０次重复测量。数字电压表，并未给出直流标准电压源作为标准器的测　２．２给定标准器输出值　法测量数据　按照给定标准器输出值　法，用被检电位差计对　量方法。检定直流电位差计的示值误差实质上应是直流　电压的测量，在｛ＪＪＧ　３１５—１９８３直流数字电压表检定规　标准器输出的２０ｍ￣标准值重复测量１Ｏ次，记录１０次电　数据见表１。　程》中，给出了数字电压表误差检定的三种方法：直流标　位差计读数，准电压发生器法、直接比较法（标准数字表法）、直流标准　仪器法。从测量原理上看，直流标准电压发生器法、直接　比较法（标准数字表法），与给定标准器输出值　似；直流标准仪器法，与给定电位差计示值　法类　法类似。　表１给定标准器输出值　法测置重复性实验数据　可行的结论。这样的结论值得探究，在一定程度上会影　响到相关电压表检定规程中提到的多种检定方法能否共　存的问题。　Ｕｘｉ／ｍＶ　２０．ｏ５　２０．ｏ５　Ｕｘｉ一一Ｕｘ／ｍＶ　（Ｕｘｉ一瓦）　／ｍｙ２　２０．０５　２０．ｏ５　２０．０５　在（（ＪＪＧ　１２４—２００５电流表、电压表、功率表及电阻表检定　规程》中，给出的电压表基本误差检定几种方法，从测量　原理上看，与给定电位差计示值　法类似。文章给出　的直流标准电压源检定直流电位差计两种测量方法，从　测量原理上看与相关电压表检定规程相吻合，应认为是　可行的。文章对两种测量方法进行了不确定度评定，两　者的结果相差近５倍，由此得出给定电位差计示值　法测量方法可行，给定标准器输出值　法测量方法不　收稿日期：２０１４一Ｏ１—２２　２０．０５　２ｏ．Ｏ５　２Ｏ．０５　２０．ｏ５　２０．０５　２．３给定电位差计示值　法测量数据　按照给定电位差计示值　法，重复测量１０次，记　庚增宏等：直流标准电压源捡定直流电位差计测量方法及不确定度再分析　录１０次标准器输出电压值，数据见表２。　表２电位差计示值　法测置重复性实验数据　３测量结果的不确定度评定　３．１测量模型　“给定标准器输出值　法”和“给定电位差计示值　法”两种测量方法的ｉ贝０量模型，都可描述为：　△Ｕ＝Ｕｘ—Ｕｎ　式中：△　一被检电位差计示值误差；　一被检电位差计示值；　一直流标准电压源输出值。　由测量模型可知，不论是给定标准器输出值　法，　还是给定电位差计示值　法，标准器都是ＦＬＵＫＥ　５２５１３　型直流标准电压源，被测件都是ＵＪ３６型电位差计。　３．２不确定度来源　用直流标准电压源检定直流电位差计的示值误差，　标准不确定度分量来源主要是：　（１）直流标准电压源（标准器）误差引入的Ｂ类标准　不确定度　Ｂ１（ＡＵｎ）。　（２）直流标准电压源（标准器）分辨力引人的Ｂ类标　准不确定度ｕ口２（　）。　（３）被检电位差计（被测件）分辨力引人的Ｂ类标准　不确定度ｕ口３（　）。　（４）由测量重复性引入的Ａ类标准不确定度。对于　给定标准器输出值　法，重复性来源于被检电位差计　示值，表示为　（Ｕｘ）；对于给定电位差计示值　法，重　复性来源于直流标准电压源输出值，表示为ｕ　（　）。　３．３给定标准器输出值　法测量结果的不确定度评定　３．３．１标准器误差引入的标准不确定度Ｍ引（ＡＵｎ）　标准器ＦＬＵＫＥ　５２５Ｂ型直流标准电压源１００ｍＶ直流　电压输出档的年误差为：±（输出的０．ＯＯ３％＋３＃Ｖ），输　出２０ｍＶ时的最大误差为Ａ＝±０．００３６ｍＶ，引入的标准　不确定度按均匀分布计算：　Ｍ８】（△　）＝Ｉ△Ｊ／√３＝０．００３６／，／３＝０．００２０８（ｍＶ）＝　２．ｏｓ，ｖ　３．３．２标准器分辨力引入的标准不确定度　Ｂ２（　）　标准器ＦＬＵＫＥ　５２５Ｂ型直流标准电压源的分辨力为　＝ｌ　Ｖ，引入的标准不确定度按均匀分布计算：　ｔｔＢ２（　）＝３ｕ／（２ｘ４３）＝０．５／４３＝Ｏ．２８９（　）　３．３．３被测件分辨力引入的标准不确定度／３，　３（８ｘ）　被测件ＵＪ３６型直流电位差计的分辨力为　＝　５Ｏ　，引入的标准不确定度按均匀分布计算：　ｕ口３（溉）＝８ｘ／（２×√３）＝２５／４５＝１４．４（／ｚＶ）　３．３．４测量重复性引人的标准不确定度　（　）　根据表１给定标准器输出值　法测量重复性实验　数据，被测件在２０ｍＶ示值最佳估计值是ｌ０次独立测得　值的算术平均值　：　＝　∑Ｕｘｉ＝２０．Ｏ５（ｍＶ）　单次测得值Ｕｘｋ的实验标准偏差ｓ（Ｕｘｋ）：　厂—　—　—————二二＿　ｓ（　）　√高苫（Ｕｘｉ一　）　＝√上１０－ｌｉ　＝１（Ｕｘｉ－２０．０５）２＝√詈＝０（ｍＶ）　被测量估计值瓦的Ａ类标准不确定度　（瓦）：　（　）＝　（Ｕｘ）＝ｓ（ｕｘｋ）／４　＝ｏ／＃１０＝０（ｎ１Ｖ）　３．３．５给定标准器输出值　法合成标准不确定度　由于ｕ口ｌ（ＡＵｎ）、Ｍ口２（　）、Ｕ　３（龇）、　（　）不相关，　所以　。＝｛　口１２（ＡＵｎ）＋ｕ　２２（　ｎ）＋／ｔＢ３２（ｃ　）＋ｚ“２　（瓦）｝　：１４．６（ｅｖ）　３．３．６给定标准器输出值　法扩展不确定度　取包含因子Ｊ］｝＝２，则：　Ｕ：ｋｕ。＝１４．６×２＝２９（＞Ｖ）　所以，用给定标准器输出值　法检定电位差计　２ＯＨｌＶ示值误差，测量扩展不确定度为：Ｕ＝２９　，　＝２。　３．４给定电位差计示值　法测量结果的不确定度评定　３．４．１标准器误差引人的标准不确定度Ｕ，Ｂ１（ｚｘｖｎ）　标准器是ＦＬＵＫＥ　５２５Ｂ型直流标准电压源，因此ＭＢ】　（ＡＵｎ）没有变化。　／．ｔＢ１（ＡＵｎ）＝ｌ△ｌ／√３＝０．００３６／］３＝０．００２０８（１ｎＶ）＝　２．０８ｔｚＶ　３　４．２标准器分辨力引人的标准不确定度ｕＢ２（　）　标准器是ＦＬＵＫＥ　５２５Ｂ型直流标准电压源，因此ｕＢ２　（乩）也没有变化。　Ｈ口２（　）＝８ｎ／（２×√３）＝０．５／√３＝０．２８９（￣Ｖ）　３．４．３被测件分辨力引人的标准不确定度／Ｚ　３（龇）　被测件是ＵＪ３６型直流电位差计，因此／／，口３（溉）并没　有发生变化。　口３（溉）＝８ｘ／（２×√３）＝２５／√３＝１４．４（　）　３．４．４测量重复性引入的标准不确定度　Ａ（　）　根据表２给定电位差计示值　法测量重复性实验　数据，直流标准电压源输出值最佳估计值是ｌ０次独立测　（下转第６５页）　前银锋：关于标准电隘转换法捡定热电阻不确定度的分析　（　）：巡　ｊ　：１９６×１０—３ｍＶ　．表３　ｕ（Ｒｏ）＝０．４４ｍｆ１　求得ｃ１＝ｌｇ￣／ｍＶ，ｃ２＝一１．３９ｆ２／ｍＶ，ｃ３＝１．３９　则Ｍ（Ａｔ　３）＝０．７６ｉｎＫ　２合成标准不确定度的评定　０￣Ｃ检定的不确定度分量　总，见表２：　表２　合成标准不确定度的计算：　以上各项标准不确定度分量互不相关，所以合成标　准不确定度为：　Ｍ（　ｎ）＝￣／１１．１　＋８．５　＝１４ｍＫ　扩展不确定的计算：取包含因子后＝２，扩展不确定　度为Ｕ＝２８ｉｎｋ　３结论　合成标准不确定度的计算：　以上各项标准不确定度分量互不相关，所以合成标　准不确定度为：　（△　ｎ）＝√９．９２＋６．５１２＝１２ｍＫ　扩展不确定的计算：取包含因子　＝２，扩展不确定　度为Ｕ＝２４ｍＫ　根据实验数据，我们可以看出，被测Ａ级热电阻在　０℃检定时所引人的扩展不确定度２４Ｈｌｌ（远远小于　０．０３７５ｃＩＣ即９５．９ｍＫ，在ＩＯＷＣ检定时所引入的扩展不确　定度２８ｉｎｋ也远远小于０．０８７５￣Ｃ即２３０．７ｍＫ，满足于检定　Ａ级热电阻的要求。　作者简介：刘银锋，女，助理工程师。工作单位：南通市计量检定测试所。　１０ＷＣ检定的不确定度分量汇总，见表３：　通讯地址：２２６００１江苏省南通市港闸区国强话１１９号。　（上接第６３页）　取包含因子ｋ＝２，则：　Ｕ＝ｋｕ。＝１４．６×２＝２９（ｔ￣Ｖ）　得值的算术平均值　：　＝　∑　＝１９．９９７６（ｍＶ）　所以，用给定电位差计示值　法检定电位差计　２０ｍＶ示值误差，测量扩展不确定度为：Ｕ＝２９・ｐ．Ｖ，ｋ＝２。　的实验标准偏差　４结论　单次直流标准电压源输出值　ｓ（Ｕｎｋ）：　用直流标准电压源检定直流电位差计示值误差，不　ｓ（Ｕｎｋ）＝√　蓦（Ｕｎｉ一　）　／—Ｌ（Ｕｎｉ一１９．９９７６）２＝√　＝１０ｌｉ　＝、１－＝０．Ｏ００９６６（１ｎｖ）　直流标准电压源输出值　的Ａ类标准不确定度　（　）：　论是用“给定标准器输出值　法”进行测量，还是用“给　定电位差计示值　法”进行测量，标准器都是直流标准　电压源，被测件都是直流电位差计，对两种测量方法的不　确定度评定，由标准器和被测件引人的Ｂ类标准不确定　度来源相同，当Ａ类标准不确定度可忽略时，两种测量　方法的不确定度评定结果一致。　参考文献　“Ａ（Ｕｎ）＝　（Ｕｎ）＝Ｓ（Ｕｎｋ）　０．０００３０６（ｍＶ）＝０．３０６＃Ｖ　＝０．０００９６６／，．／１０＝　［１］（（ＪＪＧ一１２３　２００４直流电位差计检定规程》．　［２］｛ＪＪＧ　３１５—１９８３直流数字电压表检定规程》．　３．４．５给定电位差计示值　法合成标准不确定度　由于Ｕ　１（ｚＺＵｎ）、Ｕ　２（３ｎ）、“Ｂ３（　）、　（　）不相关，　所以　“。＝　［３￣｛ＪＪＧ　１２４—２００５电流表、电压表、功率表及电阻表检定规程》．　［４］《ＪＪＦ　１０５９．１—２０１２测量不确定度评定与表示》．　［５］樊萌．直流标准电压源检定直流电位差计测量方法及不确定度分　析．计量与测试技，２Ｏ１３．１１：６２～６４．　：１４．６（　）　作者简介：庆增宏，男，工程师。工作单位：９１３７０部队计量站。通讯地址　３５００１４福建省福州马尾兴业西路７６号。　３．４．６给定电位差计示值　法扩展不确定度Ｕ　陈琮，邵衍昌，９１３７０部队计量站（福州３５００１４）。