计量比对中数字多用表校准结果的测量不确定度评定

胡海梅，熊　茹，裴茂林，熊志凌，涂文轩

（国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西南昌 330096）

0　引言

为考察计量实验室的测量量值和出具测量结果的准确一致程度，确保测量量值准确、一致、可靠，政府及各类技术机构常组织开展各类计量比对活动。

2017年11月，本实验室参加由中国电力科学研究院组织开展的国网公司范围内数字多用表实验室间比对活动。组织实施主导实验室[4]为中国电力科学研究院，本实验室作为参比实验室之一，比对对象为数字多用表，传递标准为主导实验室提供的8位半数字多用表。2017年本实验室通过中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可。本次实验室间比对结果，同时作为实验室能力验证的有效证明。

本实验室严格按照实验室比对实施方案的要求，对数字多用表传递标准进行测量，分析各种影响条件下测量过程中所引入的A类及B类测量不确定度分量，对测量结果进行不确定度评定。

1　数学模型

本次测量使用的标准设备为多功能标准源，被测对象为8位半数字多用表。示值误差采用标准源法[1]，将多功能标准源与被测数字多用表直接连接，用被测数字多用表读取多功能标准源的输出值，读数值与标准输出值之差即为数字多用表的示值误差估计值，如果将其除以输出值可以得到示值相对误差估计值[3]。

数学模型如式（1）所示：

式中：

Δ—被检数字多用表的示值误差

PX—被检数字多用表的示值

PN—多功能标准源的输出值（标准值）

2　测量不确定度评定

按照文献[2]及本次实验室比对实施方案的要求，对数字多用表传递标准以下测量点进行测量不确定度评定：直流电压20 V量程10 V点、交流电压2 V量程1 V点（频率为1 kHz）、直流电流200 mA量程100 mA点、交流电流20 mA量程10 mA点（频率为60 Hz）、电阻100 Ω点，下文分别简写为DCV 10 V、ACV 1 V（1 kHz）、DCI 100 mA、ACI 10 mA（60 Hz）、OHM 100 Ω。

2.1　不确定度来源

数字多用表示值误差测量不确定度的来源主要包括：

1）测量重复性引入的标准不确定度uA；

2）上级传递标准引入的标准不确定度uB1；

3）多功能标准源允许绝对误差引入的标准不确定度uB2；

5）被检数字多用表分辨力引入的标准不确定度uB4。

2.2　标准不确定度的A类评定

多功能标准源分别输出各个测量点的量值，选择被检数字多用表合适的量程，在重复性条件下，连续独立测量10次，利用贝塞尔公式计算单次测量值的实验标准差值：

由于温度、电源不稳等因素的影响导致的不确定度认为都包括在此项标准不确定度中，不再重复评定。由于日常检定多采用两次测量取平均值的方式，所以测量重复性引入的标准不确定度为：

各个测量点的重复性测量数据及A类标准不确定度uA详见表1。

表1　标准不确定度的A类评定

以最后两次测量值的平均值作为测量结果为例，计算过程中小数点可多保留一位，则测量结果为：

1） DCV 10 V：

2.3　标准不确定度的B类评定

1）上级传递引入的标准不确定度uB1。

多功能标准源经上级计量机构量值传递合格，通过其校准证书查找给出的各个测量点的扩展不确定度U（k=2），则标准不确定度为：uB1＝U/k，各个测量点的标准不确定度分量uB1详见表2：

表2　上级传递标准引入的标准不确定度uB1

2）多功能标准源允许误差引入的标准不确定度uB2。

若多功能标准源产品说明书中的技术指标给出在试验条件下（温度21.2℃，相对湿度45.2%）各个测量点在置信概率为95%（包含因子k=2）时的年允许误差为±e，则区间半宽为e，其引入的标准不确定度：uB1＝e/k（k=2），各个测量点的标准不确定度分量详见表3：

表3　多功能标准源允许误差引入的标准不确定度uB2

3）多功能标准源稳定性引入的标准不确定度uB3。

表4　多功能标准源稳定性引入的标准不确定度uB3

4）被检数字多用表分辨力引入的标准不确定度

3　测量不确定度的报告与表示

综上所述，按照文献[2]的方法，完成了对数字多用表测量不确定度的评定。按照“四舍六入五留双”数值修约规则[6]及所评定的不确定度数值与测量结果的末位数一致的要求，各测量点结果表示如下：

被检样品在直流电压20 V量程10 V点测量结果为：

P1=9.999 976 V，U1=0.000 040 V，k=2

被检样品在交流电压2 V量程1 V（1 kHz）点测量结果为：

P2=1.000 000 V，U2=0.000 060 V，k=2

被检样品在直流电流200 mA量程100 mA点测量结果为：

P3=100.004 1 mA，U3=0.005 3 mA，k=2

被检样品在交流电流20mA量程10mA（60Hz）点测量结果为：

P4=9.999 3 mA，U4=0.001 7 mA，k=2

被检样品在电阻100 Ω量程100Ω点测量结果为：

P5=99.999 5 Ω，U5=0.001 1 Ω，k=2

4　结束语

本实验室在规定时间内对该样品测量结果的不确定度进行了评定，出具校准证书，并将本次比对试

测量结果上报至主导实验室。采用归一化评价法，由主导实验室用标准装置对传递标准进行试验的结果确定作为参考值，检查参比实验室测量值与参考值的一致性。归一化偏差计算如下：

式中：νi—参比实验室测量值；

νref—比对参考值；

Ui—参比实验室测量值的扩展不确定度；

Uref—比对参考值的扩展不确定度。

能力评价：|En|≤1比对结果为满意，|En|＞1为比对结果为不满意。

国网计量中心给出实验室比对结果表明：由本实验室评定的数字多用表样品所有测量点|En|均小于1，比对结果均为满意，例在ACV 1 V（1 kHz）点，参考值为0.999 997 V，参考值的不确定度为0.000 019 V，|En|＝0.05。本次能力验证活动保证本实验室的数字多用表检定装置这一计量标准的准确性和一致性，为本实验室严格按照CNAS要求进行质量管控提供佐证。