DDZⅢ型電動單元組合儀表不確定度分析

周蕾++王喜忠

摘 要：近年來隨著化工生產(chǎn)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各式各樣的計量儀器儀表，這些計量儀器儀表的發(fā)展也日新月異，計量工作為對計量器具的指導、監(jiān)督、保證的作用越發(fā)重要，測量不確定度也需要有相應的完善。該文主要闡述了對DDZⅢ型電動單元組合儀表中調(diào)節(jié)器過程中，對測量結果的測量不確定度分析與評定所用的方法和步驟。從而得到測量結果的不確定度表達式，在具有代表性的測量點測量調(diào)節(jié)器時，可得到不同的測量不確定度。因此，在對被檢調(diào)節(jié)器進行檢定時，應加以區(qū)分。

關鍵詞：測量 數(shù)學模型 儀表 不確定度分析

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0049-02

1 概術

1.1 測量依據(jù)

JJG（化）1-14-1989《DDZⅢ型電動單元組合儀表檢定規(guī)程》。

1.2 測量環(huán)境

溫度（20±5）℃：相對濕度45%～75%。

1.3 測量標準

DFX-06電動儀表數(shù)字校驗儀作為測量標準。

測量范圍：（0～10）V；

最大允許誤差：（0.005%讀數(shù)+0.0001V）。

1.4 被測對象

調(diào)節(jié)器的測量范圍為（1～5）V；輸出范圍（1～5）V。以0.5級為例。

最大允許誤差0.5%（即±0.020V）。

1.5 測量過程

（1）按JJG（化）1-14-1989《DDZⅢ型電動單元組合儀表檢定規(guī)程》的檢定方法，在測量范圍內(nèi)選擇3個測量點，10%，50%，100%。

（2）調(diào)節(jié)器接成閉環(huán)，反作用，時配器正作用，比例帶定在100%，再調(diào)時間最小，預調(diào)時間切除。調(diào)節(jié)偏置信號使調(diào)節(jié)器輸出穩(wěn)定在量程的50%。

然后調(diào)整外給定信號源，依次給出量程的50%，10%，100%。同時，用數(shù)字電壓表測量與外給定信號相對應的各點輸入信號。

計算各點靜差，取靜差中的最大值為調(diào)節(jié)器的靜差。

2 數(shù)學模型

式中：為某點靜差；

為對應點的輸入信號值；

為對應點的外給定信號值。

3 輸入量的標準不確定度評定

3.1 輸入量Vd的標準不確定度u（Vd）的評定

輸入量Vd的不確定度來源主要有兩部分；被測調(diào)節(jié)器的測量重復性和2501A數(shù)字電壓表的測量誤差。

3.1.1 測量重復性導致的標準不確定度u（td1）

u（Vd1）可以通過連續(xù)測量得到的測量列，采用A類方法進行評定。

在輸出量程的50%處（3V）進行連續(xù)10次測量，得到測量列3.0012，3.0014，3.0009，3.0011，3.0008，3.0010，3.0009，3.0013，3.0010，3.0012V。

平均值為 d=3.00108mA

驗標準偏差為

S==0.00019V

任選三臺同類型儀表分別在量程的10%、50%、100%附近進行重復性條件下的連續(xù)10次測量，共得到9組測量列。每組測量列分別按上述方法計算，得到單次實驗標準偏差如表1所示。

合并樣本標準偏差

Sp==0.00014V

實際測量情況是在重復性條件下連續(xù)測量三個循環(huán)（每個測量點共6次），以6次測量的平均值作為測量結果，則可以得到u（td）=sp/=0.00006V

自由度為 γ1==9×（10-1）=81

3.1.2 2501A數(shù)字電壓表導致的標準不確定度u（Vd2）

2501A數(shù)字電壓表的最大允許示值誤差為△=±（0.005%讀數(shù)+0.0001V）；按均勻分布考慮，包含因子k=，可靠性90%。

因此，u（Vd2）=（0.005%讀數(shù)+0.0001V）/ （公式-1）

自由度：γ=50

3.1.3 標準不確定度u（Vd）的計算

由于Vd1與Vd2彼此相互獨立，因此

u（Vd）==

γ=

3個測量點輸入量Vd的標準不確定度u（Vd）和自由度依次為

u（Vd）——0.00012，0.00016，0.00021V；

γ——50～70，取整為50。

3.2 輸入量ts的標準不確定度u（ts）的評定

輸入量ts的不確定度來源主要來自標準器的示值誤差。溫、濕度影響和連接導線的影響可以忽略不計。

用7651直流標準源作為標準器時標準不確定度u（ts）可以采用B類方法進行評定。

7651直流標準源的誤差計算公式：20ppmX讀數(shù)+0.040mV。 （公式2）

則u（ts）=|Δ|/。7651直流標準源檢定結果的可靠性為95%，自由度按保守估計均取100。

4 合成標準不確定度的評定

4.1 靈敏系數(shù)

數(shù)學模型

靈敏系數(shù) c1=1

c2=1

4.2 標準不確定度匯總表

輸入量的標準不確定度表匯總表2。

4.3 合成標準不確定度的計算

輸入量相互間彼此獨立，所以合成標準不確定度可按下式得到：

uc=

本例儀表各測量點的uc依次為0.00012，0.00016，0.00021（V）。

4.4 合成標準不確定度的有效自由度

合成標準不確定度的有效自由度為

γeff==

150-159取整為100。

5 擴展不確定度的評定

取置信概率p=95%，按有效自由度veff查t分度表得到k95=t95（100）=1.98，擴展不確定度：U95=k95 uc=1.98 uc（△Vt）。

6 測量不確定度的報告與表示

本例中儀表輸出誤差測量結果不確定度的報告可以按表的方式給出調(diào)節(jié)器測量不確。

7 結論

從該文的推導分析中，可以得到測量結果的不確定度表達式，在具有代表性的測量點測量調(diào)節(jié)器時，可得到不同的測量不確定度。因此，在對被檢調(diào)節(jié)器進行檢定時，應加以區(qū)分，進而可實現(xiàn)對被檢調(diào)節(jié)器的計量能力的合理評價。

參考文獻

[1] JJG（化）1-14-1989DDZⅢ型電動單元組合儀表檢定規(guī)程[S].

[2] JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].endprint