數字多用表標準裝置校準結果不確定度評定

許城霞+方舟

摘 要：近幾年測量不確定度的評定應用得越來越廣泛，包括測量儀器的計量校準、實驗室認可、質量管理及建標復查等領域的應用。為了準確地描述測量結果，定時校準非常必要。該文就數字多用表標準裝置對高精度儀表測量不確定度進行分析，找出不確定度的影響因素，并對其進行評估，給出電流、電壓、電阻的合成及擴展不確定度，如實反映了測量的準確性。

關鍵詞：測量不確定度 標準裝置 數字多用表

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0039-03

數字多用表標準裝置主要用于檢定/校準低精度等級的數字多用表，為了保證量值傳遞的準確可靠，為了縮短量值傳遞的時間，滿足科研和生產的實際需要，更好地為科研生產服務，遂建立該項測量標準。該項測量標準可用于檢定/校準在相應測量范圍內且精度低于其不確定度的數字多用表的交直流電壓、交直流電流、直流電阻等5項功能參數。

1 測量標準的組成和工作原理

該標準裝置由1臺34401A數字萬用表，1臺YS87B可程控多功能標準源，以及1臺ZX84直流電阻箱組成。YS87B可程控多功能標準源輸出精度可達5位半，穩定性好，可直接用于四位半多用表及四位半以下的數字多用表的校準和檢定。通過HP34401A數字多用表的監視測量，該標準裝置可實現五位半及以下數字萬用表的計量/檢定工作。

1.1 測量方法

該標準裝置按其原理，依據檢定規程規定的方法進行測量，對于高精度表，用HP34401A表和YS87B可程控多功能標準源（或ZX直流電阻箱）進行比對校準。

1.2 輸出量

根據計量/檢定線路，對34401A數字多用表進行評定，YS87B給出評定點信號，34401A進行測量給出標準值。

1.3 環境條件

校準實驗室溫度為18 ℃～22 ℃，濕度為45%RH～65%RH。

2 數學模型

2.1 建立數學模型

，式中為測量結果，為標準值。

2.2 方差和靈敏系數

靈敏系數：c=1； 方差：。

2.3 不確定度來源

不確定度來源包括YS87B和34401A的不確定度影響因素，對高精度多用表由于采用對比校準法，YS87B的源數據僅供參考，其精度由數字表控制，僅考慮YS87B短期穩定性對測量結果的影響，評定主要的不確定度來源如下。

（1）34401A的分辨力引入的不確定度分量。

（2）34401A的年變化量引入的不確定度分量。

（3）上級檢定引入的不確定度分量。

（4）YS87B短期穩定性引入的不確定度分量。

3 不確定度評定

3.1 直流電壓

評定10 V量程10 V點。

（1）3440A的10 V量程分辨力為10 μV，并經檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，則 μV。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差為±0.005%，即10 V允差為±0.5 mV，并經檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，則μV。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為60μV，包含概率95%，故μV。

（4）通過對YS87B信號源進行短期（5 min）穩定性測量，測量6次，得YS87B信號源10V輸出電壓5 min內的最大值為 10.000 04 V，最小值為10.000 00，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標準不確定度：

μV

由于各分量獨立不相關，則標準裝置的直流電壓合成標準不確定度為：

μV

擴展不確定度，取包含因子， μV。

相對擴展不確定度。

3.2 直流電流

評定100 mA量程100 mA點。

（1）34401A的100 mA量程分辨力為100 μA，并經檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，μA。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差限為：±70μA，并經檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，μA。

（3）由上級檢定引入的不確定度分量為0.1μA，包含概率為95%，故 μA。

（4）通過對YS87B信號源進行短期（5 min）穩定性測量，測量6次，得YS87B信號源100 mA輸出電流5 min內的最大值為100.000 4 mA，最小值100.000 2 mA，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標準不確定度：

μA

由于各分量獨立不相關，則標準裝置的直流電流合成標準不確定度為：

μA

擴展不確定度，取包含因子， μA。

相對擴展不確定度。

3.3 交流電壓

評定10 V量程10 V/50 Hz點。

（1）3 4401A的10 V量程分辨力為10 μV，并經檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，則2.89μV。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的允許誤差為±（0.007～0.05）%，即10 V允差為±5 mV，并經檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，則μV。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為4 650 μV，包含概率95%，故μV。

（4）通過對YS87B信號源進行短期（5min）穩定性測量，測量6次，得YS87B信號源10 V輸出電壓5 min內的最大值為V，最小值為，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標準不確定度：

μV

由于各分量獨立不相關，則標準裝置的交流電壓合成標準不確定度為：

≈3706.82μV

擴展不確定度，取包含因子， 7413.64μV。

相對擴展不確定度。

3.4 交流電流

評定100 mA量程100 mA/50 Hz點。

（1）34401 A的10 mA量程分辨力為1μA，并經檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子， μA。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差限為： ±60μA，并經檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，μA。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為87μA，包含概率為95%，故μA。

（4）通過對YS87B信號源進行短期（5 min）穩定性測量，測量6次，得YS87B信號源10 mA輸出電流5 min內的最大值為 mA，最小值mA，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標準不確定度：

μA

由于各分量獨立不相關，則標準裝置的交流電流合成標準不確定度為：

μA

擴展不確定度，取包含因子， μA。

相對擴展不確定度。

3.5 直流電阻

評定10 kΩ量程10 kΩ點。

（1）34 401 A的10 KΩ量程分辨力為10 mΩ，并經檢定合格，按B類不確定度評定，視為均勻分布，包含因子，mΩ。

（2）由34401A的說明書得知，34401A的年度允許誤差限為： ±6Ω，并經檢定合格，按B類評定，視為均勻分布，包含因子，mΩ。

（3）由上級部門檢定引入的不確定度分量為60 mΩ，包含概率為95%，故mΩ。

（4）通過對YS87B信號源進行短期（5 min）穩定性測量，測量6次，得YS87B信號源10 kΩ輸出電阻5 min內的最大值為=10.0000 05 kΩ，最小值KΩ，按A類評定，用極差法計算，查表得，其標準不確定度：

mΩ

由于各分量獨立不相關，則標準裝置的電阻合成標準不確定度為：

mΩ

擴展不確定度，取包含因子， mΩ。

相對擴展不確定度。

同理可得DCI不確定度：3～10 A：；ACI不確定度：3～10 A：。

4 結語

該標準裝置可實現五位半及以下數字萬用表的計量/檢定工作，通過數學模型的建立，結合上述分析和計算得到該數字多用表標準裝置的直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、電阻各項參數的擴展不確定度。綜合儀表的測量范圍，我們可評定該數字多用表標準裝置的相對擴展不確定度，見表6，從而在實際應用中如實反映測量結果的準確性。

參考文獻

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