直流数字电流表示值误差的测量不确定度分析

张起飞

铁岭市计量测试所 辽宁铁岭 112000

1 直流数字电流表的工作原理和检定

1.1 直流数字电流表的工作原理

直流数字电流表通常是将被测直流电流转换成直流电压信号进行测量的，并且把这样的转换成为电流—电压转换器。

简单的来说，这样的转换工作原理便是欧姆定律，即被测电流通过标准电阻从而转换成直流电压。对于多量程的直流数字电流表可以通过量程开关，选择接通标准电阻，以此达到不同被测电流进行分量程测量。

1.2 直流数字电流表的检定

直流数字电流表的检定依据《直流数字电流表检定规程》，在温度为20℃左右偏差1℃，相对湿度在60%左右偏差15%的环境下，使用Fluke5080A 多功能校准仪在0～20A 的范围内对UT56使用直接测量法进行检定，这便是直流数字电流表的检定标准条件。

2 直流数字电流表的示值误差的测量不确定度

2.1 测量模型的建立

建立测量模型γ=IX-IN

模型中γ 代表直流数字电流表的示值误差；IX 表示被测量的直流数字电流表的真实测量值；IN 则表示多功能校准仪直流电流的实际示值[1]。

2.2 输入量的标准不确定度评定

一般直流数字电流表示值误差的测量不确定度分量来源有很多方面，包括：重复性引入的不确定度分量、多功能校准仪不确定度引入的不确定度分量、多功能校准仪允许范围的差值引入的不确定度分量以及被检表的分辨力引入的不确定度分量。

输入量IX 的标准不确定度u（IX）的来源主要是由被测直流数字电流表的测量重复性引起的，不确定度分项u（IX）采用A 类的方法进行评定。在同样的测试环境以及温度条件下，取一台数字多用表，对于数值我们选取直流电1A 作为典型值进行测试，对其重复进行10 次测试，然后对其进行直流数字电流标示值误差的不确定度进行评定。

测量数据如下：

对于单次实验的标准差计算公式为：

S=[∑（Ix—I）2/（n-1）]1/2=2.2x10-6A

测量另一组数据与上组数据形成对比，并得到单次实验标准差，由此合并样本标准偏差，得到不确定度u（IX），数值为2.4x10-6A。

2.3 输入量IN 的标准不确定度u（IN）评定

输入量IN 的不确定度来源主要是多功能校准仪在允许范围内的误差、多功能校准仪不确定度引入的不确定度分量、多功能校准仪分辨力引入的不确定度分量等方面引入的不确定度u（IN），这样的均采用B 类方法进行评定。

计算公式为：UBi=bi/ki，，对于公式中bi 为各项B 类测量不确定度分量的误差限；对于公式中ki 为各项B 类测量不确定度分量的包含因子。根据测量证书提供，对于1A 测试点，上级校准相对扩展不确定度为Urel=2.7x10-6，则b1=Urelx1A=2.7x10-6，假设为正态分布，K1=2 则UB1=1.35x10-6A[2]。

按照多功能校准仪技术指标，设备在一年内的最大变化量为0.25%输出+2500μA，则实验中对于1A 测试点，其最大的变化量为2.75x10-3A，即为b2 的数值。假设为均匀分布，k2=31/2，则多功能校准仪允许分为内误差极限引入的不确定分度量UB2=1.59x10-3A。

对于数字显示式测量仪器，量化误差仅考虑分布区间，根据多功能校准仪的技术指标，对于1A 的测试点，其分辨力为1mA，可得操作多功能校准仪分辨力引入的不确定量为UB3=0.29x10-3A。

根据UT56 数字多功能校准技术指标，对于1A 的测试点，其分辨能力为1mA。则可得被检表的分辨力引入的不确定度分量UB4=0.29x10-3A。

由于以上各标准不确定度分量的来源不同，相互独立，所以合成标准不确定度UC=（UA2+UB12+UB22+UB32+UB42）1/2=0.159mA，扩展不确定度U=UCK，根据置信概率p=0.95，包含因子k=2 时，则Ure=0.3%[3]。

在实验中我们不能看出，根据不同引入的不确定度A、B 类评定在计算过程中是不同的，但是相互之间存在的馆里，只有对A、B 类进行综合评定，才能更加有效的分析直流数字电流表示值误差的测量不确定度，并且理解和掌握自由度的概念和计算对我们的评定也是非常有效果的。

3 直流数字电流表使用注意事项

在使用直流数字电流表过程中，我们还有一些需要注意的事项。对于直流数字电流表的准确度等级应正确使用，一般为1.0 级；在实验过程中，由于内阻的大小与仪器本身功率的消耗有着直接的关系，所以在测量电流是应选择内阻较小的电流表，其内阻越小对于实验结果的影响越小；在电流测量过程中，应使电流表与被测电路进行串联，被测极性应与被测电流表极性相同。

在实验过程中，如果对电流大小掌握不够清晰，应从量程较大的档位开始测试实验，而后根据电流的大小，在进行调节，直至找到适合的档位；如果被测量程超过了最大量程，则可以采用外附分流器，但是在使用过程中要注意其准确度等级与电流表的准确度等级相一致。最后在电流表的使用过程中，应对环境进行选择，尽可能的原理外磁场，以免造成测量结果的偏差。

4 结语

文章对直流数字电流表示值误差的测量不确度评定，在实验检定电流量程范围内，其扩展不确定度小于被检电流表的最大允许误差1/3-1/5 之间，可以说明校对结果的扩展不确定度对判断检定结果的影响可以火忽略不计，即可表明对冒烟实验无明显影响。