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指針式功率表功率值測量結果的不確定度

發布時間：2008-10-24 作者：阮瑋武文玲來源：www.jlbjb.com 瀏覽：6227

華北石油管理局水電廠技術監督所　阮瑋　武文玲

　　一、概述

　　1.測量依據:JJG124—1993《電流表、電壓表、功率表及電阻表》檢定規程。
　　2.測量裝置:XF1b型交直流精密電表校驗裝置。
　　3.測量標準:電位差計:型號UJ41，準確度等級0.01級；
　　標準電阻:型號BZ3，阻值0.1Ω，準確度等級0.01級；
　　簡化電位差計:型號UJ15，準確度等級0.05級。
　　4.被測對象:指針式功率表(本文中僅評定其直流部分)
　　型號D51，量程(75～300)V (2.5～5)A，準確度等級0.5級。
　　5.測量過程:上述測量標準是XF1b交直流精密電表校驗裝置的組成部分。在檢定指針式功率表時，用上述測量標準互相配合來測量功率表的示值。首先，用電位差計UJ41將被測表的電壓鎖定在額定電壓下，然后，用簡化電位差計UJ15監視此電壓值，如果被監視的電壓值有變化，隨時調節直流電壓源，使被監視的電壓值保持在額定電壓值。最后，調節直流電流源，使指針式功率表指示到某一分度線，用電位差計UJ41測量標準電阻電位端上的電壓值。按照歐姆定律，將此電壓值除以標準電阻值，即得出電流的實際值。用電流實際值乘以額定電壓就是被測功率表在該分度線上的實際值。被測功率表的示值減去實際值即為示值誤差。

　　二、數學模型

　　式中:P_X——被測功率表示值；P_N——被測功率表實際值；V_N1——簡化電位差計UJ15監視的額定電壓值；V_N2——電位差計UJ41上的電壓讀數(被測表的電流在標準電阻上的電壓)；R_N——標準電阻值。

　　檢定室環境溫度為(20±1)℃，因此標準電阻值由于溫度影響的變化對0.5級功率表可以忽略。

　　三、標準不確定度

　　根據數學模型被測功率表示值誤差測量結果的不確定度將取決于輸入量P_X、V_N1、V_N2、R_N的不確定度。在本文中以測量300V、5A量程上限1500W分度線為例，對四個輸入量的標準不確定度進行評定。

　　1.標準不確定度u(P_X)
　　輸入量P_X的標準不確定度u(P_X)的來源主要是由被測功率表的測量不重復引起。采用A類方法。考慮到被測表的準確度等級不是很高，并且在重復條件下所得到的測量列的分散性包含了直流電流源、直流電壓源的穩定度、調節細度及讀數誤差所引起的不確定度，故不另作分析。對一臺功率表選擇300V、5A檔在1500W分度線上，連續獨立測量10次，得到測量列為1503.3，1503.0，1502.9，1503.7，1504.1，1504.5，1503.8，1503.1，1503.5，1504.2W。則=1503.61
　　單次實驗標準差
　　在任意選取3臺相同等級、型號、規格的功率表，每臺在300V、5A檔1500W分度線上，各自在重復性條件下連續測量10次，共得到3組測量列，每組測量列分別按上述方法計算得到單次實驗標準差如下:
　　S₁=0.61W S₂=0.58W S₃=0.73W
　　則合并樣本標準差S_p為

　　則u(P_X)=S_p=0.621W，自由度ν(P_X)=m(n-1)=36

　　2.標準不確定度u(V_N1)
　　輸入量V_N1的標準不確定度u(V_N1)主要由簡化電位差計UJ15的誤差引起。采用B類方法。
    簡化電位差計準確度等級為0.05級，所以在監視300V電壓時，最大允許誤差為e₂=±0.05%×300V=±0.15V，半寬度a₂=0.15V，在區間內可以認為服從均勻分布，包含因子，則

    估計Δ=u(V_N1)/u(V_N1)=0.1，其自由度ν(V_N1)=50

　　3.標準不確定度u(V_N2)
　　輸入量V_N2的標準不確定度u(V_N2)主要由電位差計UJ41的誤差引起。采用B類方法。
　　電位差計準確度等級為0.01，所以在測量5A(R為0.1Ω)時，最大允許誤差為e₃=±0.01%×5A×0.1Ω=±5×10^-5V，半寬度a₃=5×10^-5V，在區間內可以認為服從均勻分布，包含因子，則

估計Δu(V_N2)/u(V_N2)=0.1，其自由度ν(V_N1)=50

　　4.標準不確定度u(R_N)
　　輸入量R_N的標準不確定度u(R_N)主要由標準電阻的誤差引起。采用B類方法。
　　標準電阻的準確度等級為0.01級，其最大允許誤差為e₄=±0.01%×0.1Ω=±1×10^-5Ω，半寬度a₄=1×10^-5Ω，在區間內可以認為服從均勻分布，包含因子，則

　　估計Δu(V_N2)/u(V_N2)=0.1，其自由度ν(V_N1)=50