電力高精度數字多用表標準源檢定分析

國網湖北省電力公司計量中心 陳輝

隨著計算機、自動化、電子技術等高新技術的不斷發展，越來越多的高精度數字多用表在電力部門投入使用，它的準確可靠關系到電力系統安全經濟發、供電，對提高電能質量、降低損耗具有極其重要的意義。建立數字多用表檢定裝置顯得尤為重要，它能保證電測量值的準確傳遞，保證各項測試數據準確性和一致。

1 數字多用表檢定裝置概述

數字多用表檢定裝置主要由5720A多功能校準源組成。該檢定裝置依據JJF1587-2016 《數字多用表校準規范》。采用直接測量法對各類數字多用表進行檢定。可開展的檢定項目如下∶直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、直流電阻。主要技術指標見表1。

2 數字多用表檢定裝置工作原理

數字多用表檢定方法主要有三種∶標準源法、標準儀器法和直流比較法，5720A多功能校準源組成的數字多用表檢定裝置一般多采用“標準源法”，這種方法如圖1所示。

圖1 標準源法連接圖

以對數字多用表的直流電壓檢定為例。5720A多功能校準源輸出標準電壓為U1,即實際值.被檢數字多用表的顯示讀數為U2,則被檢表的誤差為∶△=U2-U1

3 不確定度的評定

3.1 測量依據

JJF1587-2016 《數字多用表校準規范》

3.2 計量標準

主要計量標準設備為多功能校準源5720A。

3.3 被測對象見表2

3.4 測量方法

將被校數字多用表的電壓端直接與多功能校準源的電壓輸出端相連，通過設定多功能校準源的輸出電壓，讀取被校數字多用表的電壓測量值，通過比較計算，得出測量點的相對誤差。

3.5 數學模型

根據測量方法，被校數字多用表的示值誤差可表示為： y=x

式中：y──被數字多用表的電壓相對誤差值

x──相對誤差的計算值

不確定度傳播率：

3.6 交流電壓標準不確定度評定

測量數字多用表交流電壓1V(60Hz) ，對測量結果有主要影響的各標準不確定度分量進行評估。

3.6.1 多功能校準源示值誤差引入的標準不確定度分量u1

如果不對檢定結果進行修正，只要多功能校準源檢定合格，其示值誤差就在多功能校準源的最大允許范圍以內，多功能校準源在1V(40～1k)Hz輸出時的最大允許誤差范圍分別為：±(45ppm×1V+8mV) =±0.0005V，均勻分布，則其標準不確定度為：

3.6.2 測量重復性引入的標準不確定度分量u2

根據實際測量，用多功能校準源對數字多用表交流電壓1V(60Hz)進行6次等精度測量，數據見表3。

3.6.3 被測儀器分辨力引入的標準不確定度分量u3

表1 主要技術指標

表2 被測對象分類

表3 重復測量結果

表4 主要標準不確定度匯總表

表5 重復測量結果

當讀數位數足夠時，讀數分辨力可忽略。被測儀器的分辨力會對測量結果的重復性測量有影響。在測量不確定度評定中，當重復性引入的標準不確定度分量大于被測儀器的分辨力所引入的標準不確定度分量時，可以不考慮分辨力所引入的標準不確定度分量。但當重復性引入的不確定度分量小于被測儀器的分辨力所引入的標準不確定度分量時，應該用分辨力引入的標準不確定度分量代替重復性分量。

此次校準的被測儀器是數字多用表8508A，1V測量時其分辨力為0.000001V，由分辨力引入的標準不確定度分量為

所以，應用測量重復性引入的標準不確定度分量u2代替被測儀器分辨力引入的標準不確定度分量u3

3.6.4 由于在規程規定的條件下校準，環境條件、電源穩定度、壓降等的影響可忽略不計。

3.6.5 主要標準不確定度匯總表見表4。

3.6.6 合成標準不確定度計算

經檢驗以上各項標準不確定度分量是互不相關的，所以直流電壓的合成標準不確定度為：

有效 自由度：γeff=∞

3.6.7 擴展不確定度計算

取包含因子k＝2，則：U=k uc(y)≈ 6.1×10-5V

3.6.8 相對擴展不確定計算,見表5

3.7 直流電流標準不確定度評定

測量數字多用表直流電流100mA，同理對測量結果有主要影響的各標準不確定度分量進行評估。

3.7.1 多功能校準源示值誤差引入的標準不確定度分量u1

多功能校準源在100mA輸出時的最大允許誤差范圍為：±(45ppm×100mA +700nΑ)=±0.0045007A，均勻分布，則其標準不確定度為：

3.7.2 測量重復性引入的標準不確定度分量u2

根據實際測量，用多功能校準源對數字多用表直流電流100mA，進行6次等精度測量，數據見表5。

3.7.3 被測儀器分辨力引入的標準不確定度分量u3

100mA測量時其分辨力為0.00001A，由分辨力引入的標準不確定度分量為=2.9×10-6A

所以，應用測量重復性引入的標準不確定度分量u2代替被測儀器分辨力引入的標準不確定度分量u3

3.7.4 由于在規程規定的條件下校準，環境條件、電源穩定度、壓降等的影響可忽略不計。

3.7.5 主要標準不確定度匯總表見表6。

3.7.6 合成標準不確定度計算

經檢驗以上各項標準不確定度分量是互不相關的，所以直流電壓的合成標準不確定度為：uc=[u12+u32]1/2=2.6×10-3A有效自由度：γeff=∞

3.7.7 擴展不確定度計算

取包含因子k＝2，

則：U=kuc(y)≈ 5×10-3A

3.7.8 相對擴展不確定計算Ur= U/100mA =5×10-5A

4 不確定度驗證

檢定或校準結果的驗證一般通過更高一級的計量標準采用傳遞比較法進行驗證。用被考核的計量標準測量一穩定的對象，然后將該被測對象用另一更高級的計量標準進行測量。若用被考核計量標準和高一級計量標準進行測量時的擴展不確定度分別為Ulab和Uref，它們的測量結果分別為ylab和yref,在兩者的包含因子近似相等的前提下應當滿足：

此時應當滿足：|ylab-yref|≤Ulab

測量點：交流電壓1V(60Hz)

同理，直流電壓、交直流電流、直流電阻也均滿足條件。

表6 主要標準不確定度匯總表

表7 不確定度驗證

5 結束語

根據對整套裝置不確定度的評定和驗證結果，該裝置穩定可靠，滿足建標要求， 可為電力經濟發展以及計量監督管理提供公正、準確的檢定、校準數據或結果。

[1]JJF1033-2016《計量標準考核規范》.中國質檢出版社，2017.

[2]葉德培.一級注冊計量師基礎知識及專業實務上下冊.中國質檢出版社，2015.

[3]JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》.中國質檢出版社，2014.