測量不確定度在低壓電器檢測中的運用

鄧偉清

摘 要：測量不確定度是表示被測量之值分散性的參數，在進行測量不確定度在低壓電器檢測評定時，分析各分量的大小，尋找檢測過程中各種因素對檢測結果的影響及程度，并對不確定度的評定加以驗證，使測量不確定度在低壓電器檢測中更好應用。

關鍵詞：測量；不確定度；低壓電器

當前，我國采用ISO9001《質量體系設計、開發、生產、安裝和服務的質量保證模式》和《測量不確定度評估和報告通用要求》對測量不確定度評估作了相應規定，測量不確定度的評估對檢測實驗室既是必須的也是必要的。本文就《檢測和校準實驗室能力認可準則》對測量不確定度的要求和在低壓電器檢測中的應用加以分析討論。

1 測量不確定度的簡介

測量不確定度的定義是：與測量結果相聯系參數，表征合理地賦予被測量數值的分散性。它是定量說明測量結果質量的參數，只表明對測量結果有效性、可信性的懷疑程度或者不肯定程度。不確定度的研究對象是測量結果本身，其含義不同于誤差，而是表示由于隨機影響和系統影響的存在而對測量結果不能肯定的程度。故在進行不確定度分析時，應充分考慮各種影響因素，并對不確定度的評定加以驗證。

2 測量不確定度的應用原理

測量不確定度從詞義上理解，意味著對測量結果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結果的質量的一個參數。實際上由于測量不完善和人們的認識不足，所得的被測量值具有分散性，即每次測得的結果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個區域內的許多個值。雖然客觀存在的系統誤差是一個不變值，只能認為它是以某種概率分布存在于某個區域內，而這種概率分布本身也具有分散性。

為了表征這種分散性，測量不確定度用標準（偏）差表示。在實際使用中，往往希望知道測量結果的置信區間，因此，在本定義規定：測量不確定度也可用標準（偏）差的倍數或說明了置信水準的區間的半寬度表示。

3 測量不確定度的評估

測量不確定度是以測量結果為中心，其評定過程現了對測量不確定度主要來源確定過程，并建立數學模型和采用相應的修正方法來確定最終的測量不確定度。 測量結果的不確定度一般來源于：被測對象、測量設備、測量環境、測量人員和測量方法，這些來源反映出隨機影響和系統影響。由此，也導出了不確定度評定方法，用非統計方法評定的不確定度。

不確定的評定是一種非統計的方法，其根據以往測量數據、校準證書數據、對儀器性能經驗等估計的。不確定度為：UB=b/kj式中 b—誤差源的誤差限，kj—與誤差分布和誤差限取值概率有關的因數。

在此基礎上，把所有標準不確定度分量進行合成得出與測量結果相關聯的不確定度總值，成為合成不確定度。其數學公式為：Uc（x）=[U2（x1）+U2（x2）+…]1/2 而在實際觸覺的檢測測量結果的報告中，一般要給出在特定置信概率下的擴展不確定度，以此表明被測量的真值以所指的置信概率處于置信區間內。其數學公式為：U=k Uc（x），其中k為包含因子，能反映所要求的置信概率。

4 不確定度評定在檢測中的應用

4.1 檢測結果的報告。中國合格評定國家認可委員會（以下簡稱CNAS）認可的檢測實驗室必須執行不確定度的評定政策，根據需要制定評定程序、方法和步驟。編制各領域中各種檢測參數不確定度的評定作業指導書，按規定要求給出不確定度。

4.2 檢測過程的控制。檢測不僅會開展不確定度的評定，更重要的是應充分利用不確定度評定過程中各分量的分析，確定可能對檢測結果有影響的服務與供應品、設施與環境條件和設備等因素，根據不確定度分量的大小和對檢測質量的影響程度，決定如何對各種用途的低壓電器進行科學、合理分區布局和必要的限制。明確在什么時候需要監測、控制和記錄，使檢測環境條件能滿足檢測工作的需要，又可減少不必要的無效勞動。為正確配置和選購儀器設備提供參考，指導儀器設備的檢定、校準。如果某儀器設備對檢測結果總的不確定度幾乎沒有影響，可將評定結果作為該儀器設備不必進行檢定的依據。

4.3 質量控制和技術判定。在開展檢測工作前進行不確定度評定，對檢測結果的表達和正確確定有效位數是非常必要的，同時也可確定檢測方法的選擇是否正確。如果方法已給出不確定度，則可根據得到的不確定度判斷本實驗室的檢測條件是否符合要求。在檢測方法確認或預試驗時，如果得到的不確定度小于或等于已給的不確定度，說明實驗條件符合要求；如果大于已給的不確定度，說明實驗條件不符合要求，應查找原因，依次改變條件直至合適為止。在實施質量控制工作、開展期間核查、對檢定/校準結果進行技術判定等方面，均需要利用不確定度數據才能對其結果進行科學、有效和實用的判定。

5 測量不確定度得示例

5.1 試驗方法：在對低壓斷路器進行脫扣特性和極限試驗項目中，會要求判定瞬時脫扣器是否會在試驗電流為短路整定電流的120%條件下，在0.2s內動作。 以額定電流100A，短路整定電流是10In為例，此試驗電流值為1200A，其獲得是在斷路器在合位狀態下的試驗回路里，通過調節多磁路調變成套設備輸出小電流120A，電流未定后斷開斷路器，用數字熒光示波器測得此時的電壓值U1；由 I=U/R公式可得，在試驗回路電阻R不變的條件下，I與U成正比關系。因此，繼續調節多磁路調變成套設備到示波器顯示10U1，然后斷開試驗回路電源；把斷路器恢復至合位，再次開啟試驗電源，即可得到要求的試驗電流；同時，當斷路器斷開后，數字熒光示波器可記錄動作時間和試驗電流值。

5.2 數學模型：被測電流可以直接由數字熒光示波器的刻度直接讀取i=I，式中i—被測電流值，I—數字熒光示波器示值.

5.3 方差與傳播系數：由于被測電流是直接由數字熒光示波器直接讀取，故被測電流的不確定度就是數字熒光示波器示值的不確定度，評定分量標準不確定度，根據本實驗的的實際情況，不存在重復觀測，因而采用非統計方法評定的不確定度評定方法。

6 評定與表示測量不確定度的步驟

6.1 分析測量不確定度的來源，列出對測量結果影響顯著的不確定度分量。

6.2 評定標注不確定度分量，并給出其數值ui和自由度vi。

6.3 分析所有不確定度分量的相關性，確定各相關系數ρij。

6.4 求測量結果的合成標準不確定度，則將合成標準不確定度uc及自由度v。

6.5 若需要給出展伸不確定度，則將合成標準不確定度uc乘以包含因子k，得展伸不確定度U=kuc。

6.6 給出不確定度的最后報告，以規定的方式報告被測量的估計值y及合成標準不確定度uc或展伸不確定度U，并說明獲得它們的細節。

7 結語

不確定度是世界公認的用來評定測量結果質量的參數。充分利用測量不確定度的評估來識別各種因素對檢測結果質量的影響，才可能對檢測方法、設備、標準物質、環境條件、被檢測物品的性能和狀態以及操作人員的技能進行全面分析，從而保證檢測結果的準確可靠。

參考文獻

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