电力高精度数字多用表标准源检定分析

国网湖北省电力公司计量中心 陈辉

随着计算机、自动化、电子技术等高新技术的不断发展，越来越多的高精度数字多用表在电力部门投入使用，它的准确可靠关系到电力系统安全经济发、供电，对提高电能质量、降低损耗具有极其重要的意义。建立数字多用表检定装置显得尤为重要，它能保证电测量值的准确传递，保证各项测试数据准确性和一致。

1 数字多用表检定装置概述

数字多用表检定装置主要由5720A多功能校准源组成。该检定装置依据JJF1587-2016 《数字多用表校准规范》。采用直接测量法对各类数字多用表进行检定。可开展的检定项目如下∶直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、直流电阻。主要技术指标见表1。

2 数字多用表检定装置工作原理

数字多用表检定方法主要有三种∶标准源法、标准仪器法和直流比较法，5720A多功能校准源组成的数字多用表检定装置一般多采用“标准源法”，这种方法如图1所示。

图1 标准源法连接图

以对数字多用表的直流电压检定为例。5720A多功能校准源输出标准电压为U1,即实际值.被检数字多用表的显示读数为U2,则被检表的误差为∶△=U2-U1

3 不确定度的评定

3.1 测量依据

JJF1587-2016 《数字多用表校准规范》

3.2 计量标准

主要计量标准设备为多功能校准源5720A。

3.3 被测对象见表2

3.4 测量方法

将被校数字多用表的电压端直接与多功能校准源的电压输出端相连，通过设定多功能校准源的输出电压，读取被校数字多用表的电压测量值，通过比较计算，得出测量点的相对误差。

3.5 数学模型

根据测量方法，被校数字多用表的示值误差可表示为： y=x

式中：y──被数字多用表的电压相对误差值

x──相对误差的计算值

不确定度传播率：

3.6 交流电压标准不确定度评定

测量数字多用表交流电压1V(60Hz) ，对测量结果有主要影响的各标准不确定度分量进行评估。

3.6.1 多功能校准源示值误差引入的标准不确定度分量u1

如果不对检定结果进行修正，只要多功能校准源检定合格，其示值误差就在多功能校准源的最大允许范围以内，多功能校准源在1V(40～1k)Hz输出时的最大允许误差范围分别为：±(45ppm×1V+8mV) =±0.0005V，均匀分布，则其标准不确定度为：

3.6.2 测量重复性引入的标准不确定度分量u2

根据实际测量，用多功能校准源对数字多用表交流电压1V(60Hz)进行6次等精度测量，数据见表3。

3.6.3 被测仪器分辨力引入的标准不确定度分量u3

表1 主要技术指标

表2 被测对象分类

表3 重复测量结果

表4 主要标准不确定度汇总表

表5 重复测量结果

当读数位数足够时，读数分辨力可忽略。被测仪器的分辨力会对测量结果的重复性测量有影响。在测量不确定度评定中，当重复性引入的标准不确定度分量大于被测仪器的分辨力所引入的标准不确定度分量时，可以不考虑分辨力所引入的标准不确定度分量。但当重复性引入的不确定度分量小于被测仪器的分辨力所引入的标准不确定度分量时，应该用分辨力引入的标准不确定度分量代替重复性分量。

此次校准的被测仪器是数字多用表8508A，1V测量时其分辨力为0.000001V，由分辨力引入的标准不确定度分量为

所以，应用测量重复性引入的标准不确定度分量u2代替被测仪器分辨力引入的标准不确定度分量u3

3.6.4 由于在规程规定的条件下校准，环境条件、电源稳定度、压降等的影响可忽略不计。

3.6.5 主要标准不确定度汇总表见表4。

3.6.6 合成标准不确定度计算

经检验以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以直流电压的合成标准不确定度为：

有效 自由度：γeff=∞

3.6.7 扩展不确定度计算

取包含因子k＝2，则：U=k uc(y)≈ 6.1×10-5V

3.6.8 相对扩展不确定计算,见表5

3.7 直流电流标准不确定度评定

测量数字多用表直流电流100mA，同理对测量结果有主要影响的各标准不确定度分量进行评估。

3.7.1 多功能校准源示值误差引入的标准不确定度分量u1

多功能校准源在100mA输出时的最大允许误差范围为：±(45ppm×100mA +700nΑ)=±0.0045007A，均匀分布，则其标准不确定度为：

3.7.2 测量重复性引入的标准不确定度分量u2

根据实际测量，用多功能校准源对数字多用表直流电流100mA，进行6次等精度测量，数据见表5。

3.7.3 被测仪器分辨力引入的标准不确定度分量u3

100mA测量时其分辨力为0.00001A，由分辨力引入的标准不确定度分量为=2.9×10-6A

所以，应用测量重复性引入的标准不确定度分量u2代替被测仪器分辨力引入的标准不确定度分量u3

3.7.4 由于在规程规定的条件下校准，环境条件、电源稳定度、压降等的影响可忽略不计。

3.7.5 主要标准不确定度汇总表见表6。

3.7.6 合成标准不确定度计算

经检验以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以直流电压的合成标准不确定度为：uc=[u12+u32]1/2=2.6×10-3A有效自由度：γeff=∞

3.7.7 扩展不确定度计算

取包含因子k＝2，

则：U=kuc(y)≈ 5×10-3A

3.7.8 相对扩展不确定计算Ur= U/100mA =5×10-5A

4 不确定度验证

检定或校准结果的验证一般通过更高一级的计量标准采用传递比较法进行验证。用被考核的计量标准测量一稳定的对象，然后将该被测对象用另一更高级的计量标准进行测量。若用被考核计量标准和高一级计量标准进行测量时的扩展不确定度分别为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当满足：

此时应当满足：|ylab-yref|≤Ulab

测量点：交流电压1V(60Hz)

同理，直流电压、交直流电流、直流电阻也均满足条件。

表6 主要标准不确定度汇总表

表7 不确定度验证

5 结束语

根据对整套装置不确定度的评定和验证结果，该装置稳定可靠，满足建标要求， 可为电力经济发展以及计量监督管理提供公正、准确的检定、校准数据或结果。

[1]JJF1033-2016《计量标准考核规范》.中国质检出版社，2017.

[2]叶德培.一级注册计量师基础知识及专业实务上下册.中国质检出版社，2015.

[3]JJF1059-2012《测量不确定度评定与表示》.中国质检出版社，2014.