電學計量中測量不確定度評定研究

李淼++馮浩

摘 要：本文通過對靜態不確定度評定與動態不確定度評定的比較，得到未來測量不確定度的發展方向為動態不確定度評定與靜態測量不確定度評定相結合，使得電學計量中應用測量不確定度進行評定時更加精確、科學。

關鍵詞：電學計量；不確定度評定；誤差

電學計量就是按照國家有關計量的法律法規，應用電測量器具，依據相應的檢定規程對被測電參量進行定量分析的一門科學；是人們掌握電學知識，發展電學理論和電學技術的重要手段。電學計量技術具有測量靈敏度高、準確度高，易于實現直接、連續和遠距離測量等特點。然而在電學測量的過程中對其的影響因素也很多，而且不易被察覺。在對電學儀器計量的實驗中，測量的結果并不是被測產品的真實值，最早引用“誤差”的概念引起了不小的爭論，直到1927年，德國物理學家海森泊基于量子力學理論提出了不確定度關系。隨后，不確定度評定理論被廣泛地引用在對電學的計量中。

一、測量不確定度評定方法

不確定度是一個合理表征測量結果的分散性參數，它是一個容易定量、便于操作的質量指標。目前國內常用的不確定度評定主要分為基于統計理論的靜態不確定度評定和基于新模型、新理論的動態測量不確定度兩種評定方法。靜態不確定度評定采用最大方差法來對測量結果的標準不確定度進行評定，此測量結果服從正態分布且相互獨立，并在實際應用中得以驗證，彌補了GUM在該問題表述上的不足。用埃奇沃思級數展開形式來表示測量數據的分布函數，然后由蒙特卡羅模擬法產生大量符合此分布函數的測量數據的模擬值，把計算出的模擬值的標準差作為不確定度評定的驗證值，從而能實現對各種不確定度評定模型的驗證。動態測量不確定度的理論是現代誤差理論的精髓，也代表了當代誤差理論的研究方向及進展。在理論上告別了以統計理論為基礎的傳統方法，彌補了基于統計理論的傳統評定方法的不足。但由于動態不確定度評定起步較晚，它不能適用所有統計理論中的不確定度問題，如果把動態靜態不確定度結合使用，會受到顯著的效果。

二、電學計量檢定和校準誤差分析

（一）人為因素分析

每個人的操作手法不同、對檢定規程的理解不同、自身電學知識的掌握程度不同都可能會形成一定的系統誤差。這些人為的誤差可以通過對測量人員培訓和勤練習的方式來使誤差減少。測量過程中讀數應從垂直于儀表表面的固定角度觀察指針進行讀數，如從不同角度讀數或者個人習慣性的估讀方式即會造成系統誤差。在檢定和校準的實際操作過程中，不同的操作方法也可以帶來一定的誤差，如轉換機械式開關在轉換過程中所用力度不同等方式。

（二）儀器因素分析

我們日常檢定和校準過程中的標準量具如電阻表就有一定的級別，這就是它的系統誤差，它是需要按電阻表生產設計的性能和相關的檢定規程來規定的，并且具有有效期，但是如果標準量具已經超過有效期，系統誤差就必須重新確定。在測量儀器生產中，使用的生產標準因應用而不同，規定的范圍也不同，導致電子計量過程中的精準度和準確度也不同，測量出的這些數據也會產生系統誤差。每種儀器的靈敏度、準確度不盡相同，顯示的有效數字位數也不同，如儀器顯示的有效位數不夠也會造成誤差。此外還有刻線不清晰、光點不夠亮、刻度不均勻等也會造成誤差。數字儀表是用間隔采樣后通過A/D轉換的方法把被測值變成數字量，這樣的間隔采樣就可能漏掉一些被測量的波動信息，從而產生誤差。

（三）方法因素分析

測量儀器檢定和校準規程是嚴謹的，需要嚴格按照該儀器的檢定規程操作，測試人員如在檢定和校準過程中脫離了檢定規程，這樣就會產生誤差，這種誤差是可以通過嚴謹的檢測過程避免的。在校準實驗室中都會嚴格按照檢定規程進行儀器的檢定和校準，但在一些企業中會用到一些非標方法，因此由于校準方法的不一致，結果就可能會有差異，誤差也就會隨即產生。測量環境屬于檢定和校準過程中影響不確定度的一大外部因素，很多外部環境的變化都會引起誤差，其中包括空間外磁場和電路元件間產生的磁場、電場、靜電、不符合檢定規程的外部環境條件、濕度、壓強和振動等條件都可以引起元件參數的變化而導致誤差的產生。

（四）電路因素分析

電路元件隨著時間的推移會發生老化，它的數值也會隨時間產生變化，而且這種變化是不易察覺的，更需要我們謹慎對待，要嚴格按照電路元件的使用期進行更換，這樣才能避免電路元件對檢定結果造成誤差。我們根據元件的線性與非線性選擇不同的處理方法，電流和電壓的不同也會導致非線性元件的測量結果差異很大，例如燈泡的電阻等。電學計量檢定和校準過程中存在系統誤差是不可避免的，本文就是通過分析測量不確定評定來了解影響測量過程產生系統誤差的因素，從而盡可能的避免這些因素，使我們在日常檢定和校準過程中測量儀器的測試值無限接近于它的“真實值”。這也是對我們校準實驗室的考驗，需要我們檢定人員在準確度要求較高的電學測量和電學計量檢定時萬不可掉以輕心，要以認真的科學態度、嚴謹的工作方式對待電學計量工作。

三、結束語

在經濟全球化的今天，測量精度甚至影響到國家的進出口經濟效益。近年來，各國的計量學者在研究測量方法的科學性、準確性方面做了很多研究。隨著科技的發展以及各種統計理論的成熟，在測量硬件和軟件快速發展的同時，對計量的準確性提出了更高的要求。由此可見，發現和消除系統誤差是很重要的工作，恒值不變的或按一定規律變化的誤差稱為系統誤差或確定性誤差，它的出現一般是有規律的，可以在測量結果中消除其影響。然而，已經存在的系統誤差如果沒有及時發現，那么對于計量檢定或校準則是危險的，不能像偶然誤差一樣可以通過數據處理去發現和排除，而且有些系統誤差并不容易被發現，這種誤差對計量檢定的危害更大。而且測量的不確定度是用系統誤差表征的。根據測量的數據，對被測事物的優劣進行評定，測量的精度直接影響到一個產品的質量和企業的經濟效益。

參考文獻：

[1]馬建龍.測量不確定度評定方法在電學計量中的應用研究[J].電子世界，2014.

[2]王曉虹.電器質量檢驗結果不確定度及其專家系統的研究[J].企業文化，2014.