医用电气设备输入功率测量不确定度的评定及应用

吴承咸

摘 要：根据GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》，在建立数学模型的基础上，分析了测量输入功率时的不确定度分量来源，对输入功率测量的不确定度进行了评定。

关键词：医用电气设备;输入功率;不确定度

输入功率是医用电气设备的一项重要指标。输入功率过大过小均会影响产品的功能和效果，特别是在输入功率过大的情况下，严重时还会产生安全隐患。作为认可的检测实验室，应具备对输入功率不确定度评估的能力。本文即以医用电气设备输入功率不确定度评定为例，先分别计算出各分量的相对标准不确定度，再进行合成，从而计算出输出功率的扩展不确定度。

1 测试方法

本次试验依据GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》中输入功率试验的要求来测量样品的输入功率。试验是在环境温度（23±2）℃、湿度（60±15）%下进行的，无外界气流和热辐射作用，试验样品为一款神经和肌肉刺激器产品，选择样品最大功率档，样品运行到稳定状态后测量输入功率。供电电源为AC220V、50Hz，使用变频电源供电，测量仪器为8716C交直流数字电参测量仪，试验在带有调温装置的封闭室内进行。

2 数学模型

本测量结果由交直流数字电参测量仪表头直接读取输入电压、输入电流值，通过计算得到输入功率值，计算公式为：

P=UI

式中：P——被测输入功率值，VA;

U——交直流数字电参测量仪表头电压读数，V;

I——交直流数字电参测量仪表头电流读数，A。

各分量相对独立时，不确定度传递公式为：

3 测量不确定度的主要来源分析

依据前述输入功率的试验方法及数学模型，结合经验分析，测量过程中引入的不确定度的主要来源有：

（1）由测量的重复性引入的不确定度（属A类评定）;

（2）仪器显示分辨力引入的不确定度（属B类评定）;

（3）仪器校准误差引入的不确定度（属B类评定）;

（4）供电电源输出电压波动引入的不确定度（属B类评定）。

本次试验使用变频电源供电，供电电源输出电压波动引入的不确定度可忽略不计。

4 测量不确定度的评定

4.1 不确定度的A类评定

在环境温度（23±2）℃、湿度（60±15）%、供电电源为AC220V、50Hz条件下，用8716C交直流数字电参测量仪进行10次独立地重復测试，所得数据见表1。

根据表1计算出输入电压、输入电流、输入功率的平均值分别为：

U—=220.0V

I—=0.1704A

P—=37.488VA

测量的重复性引入的输入功率不确定度分量为u1，实际检测中只进行一次功率测量，将表1的数据代入贝塞尔公式，得：

4.2 不确定度的B类评定

4.2.1 由仪器分辨力引入的不确定度分量u2

8716C交直流数字电参测量仪电压显示分辨力为0.1 V，假设为均匀分布，则电压显示分辨力的不确定度分量为：

8716C交直流数字电参测量仪电流显示分辨力为0.001 A，假设均匀分布，则电流显示分辨力的不确定度分量为：

根据不确定度传递公式，计算出由仪器分辨力引入的输入功率不确定度分量u2：

4.2.2 由仪器校准误差引入的不确定度分量u3

根据8716C交直流数字电参测量仪的校准证书，在2200 W的功率点，交直流数字电参测量仪的扩展不确定度为1.7 W（k=2）。本例中，输入功率不足50 VA，不确定度相应减小是显而易见的，取1.7 W 的1/10作为典型值考虑是合理的，则：

u3=1.7÷2÷10=0.085 VA

4.3 合成标准不确定度

以上各不确定度分量相互独立不相关，则合成输入功率标准不确定度u为：

4.4 扩展不确定度

取包含因子k=2，则输入功率扩展不确定度U为：

U=0.32 VA（k=2）

4.5 标准不确定度一览表

将以上结果汇总至标准不确定度一览表，见表2。

5 不确定度的最后报告

将被测量的估计值即输入功率的平均值修约到其末位与不确定度的末尾一致，得到此次输入功率测试的最后结果为：

P=37.49VA，U=0.32VA（k=2）

6 结语

根据以上输入功率测量不确定度的评定实例，可以得出常见的不确定度评定方法（GUM法）一般分成以下几个步骤：分析不确定度来源并建立测量模型;评定标准不确定度各分量ui;计算合成标准不确定度uc;确定扩展不确定度U;报告测量结果。

医用电气设备其他试验的不确定度评定可参照本文的思路和评定过程推导出对应的结果，此种评定方法在电气试验测量不确定度的评定中有着广泛的应用。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家质量监督检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》[S].2008.

[2]国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[S].2013.

[3]李博，李淑红.家电领域输入功率测量不确定度的评定及应用[J].现代测量与实验室管理.2016（4）：30.