醫用電氣設備輸入功率測量不確定度的評定及應用

吳承咸

摘 要：根據GB 9706.1-2007《醫用電氣設備 第1部分：安全通用要求》，在建立數學模型的基礎上，分析了測量輸入功率時的不確定度分量來源，對輸入功率測量的不確定度進行了評定。

關鍵詞：醫用電氣設備;輸入功率;不確定度

輸入功率是醫用電氣設備的一項重要指標。輸入功率過大過小均會影響產品的功能和效果，特別是在輸入功率過大的情況下，嚴重時還會產生安全隱患。作為認可的檢測實驗室，應具備對輸入功率不確定度評估的能力。本文即以醫用電氣設備輸入功率不確定度評定為例，先分別計算出各分量的相對標準不確定度，再進行合成，從而計算出輸出功率的擴展不確定度。

1 測試方法

本次試驗依據GB 9706.1-2007《醫用電氣設備 第1部分：安全通用要求》中輸入功率試驗的要求來測量樣品的輸入功率。試驗是在環境溫度（23±2）℃、濕度（60±15）%下進行的，無外界氣流和熱輻射作用，試驗樣品為一款神經和肌肉刺激器產品，選擇樣品最大功率檔，樣品運行到穩定狀態后測量輸入功率。供電電源為AC220V、50Hz，使用變頻電源供電，測量儀器為8716C交直流數字電參測量儀，試驗在帶有調溫裝置的封閉室內進行。

2 數學模型

本測量結果由交直流數字電參測量儀表頭直接讀取輸入電壓、輸入電流值，通過計算得到輸入功率值，計算公式為：

P=UI

式中：P——被測輸入功率值，VA;

U——交直流數字電參測量儀表頭電壓讀數，V;

I——交直流數字電參測量儀表頭電流讀數，A。

各分量相對獨立時，不確定度傳遞公式為：

3 測量不確定度的主要來源分析

依據前述輸入功率的試驗方法及數學模型，結合經驗分析，測量過程中引入的不確定度的主要來源有：

（1）由測量的重復性引入的不確定度（屬A類評定）;

（2）儀器顯示分辨力引入的不確定度（屬B類評定）;

（3）儀器校準誤差引入的不確定度（屬B類評定）;

（4）供電電源輸出電壓波動引入的不確定度（屬B類評定）。

本次試驗使用變頻電源供電，供電電源輸出電壓波動引入的不確定度可忽略不計。

4 測量不確定度的評定

4.1 不確定度的A類評定

在環境溫度（23±2）℃、濕度（60±15）%、供電電源為AC220V、50Hz條件下，用8716C交直流數字電參測量儀進行10次獨立地重復測試，所得數據見表1。

根據表1計算出輸入電壓、輸入電流、輸入功率的平均值分別為：

U—=220.0V

I—=0.1704A

P—=37.488VA

測量的重復性引入的輸入功率不確定度分量為u1，實際檢測中只進行一次功率測量，將表1的數據代入貝塞爾公式，得：

4.2 不確定度的B類評定

4.2.1 由儀器分辨力引入的不確定度分量u2

8716C交直流數字電參測量儀電壓顯示分辨力為0.1 V，假設為均勻分布，則電壓顯示分辨力的不確定度分量為：

8716C交直流數字電參測量儀電流顯示分辨力為0.001 A，假設均勻分布，則電流顯示分辨力的不確定度分量為：

根據不確定度傳遞公式，計算出由儀器分辨力引入的輸入功率不確定度分量u2：

4.2.2 由儀器校準誤差引入的不確定度分量u3

根據8716C交直流數字電參測量儀的校準證書，在2200 W的功率點，交直流數字電參測量儀的擴展不確定度為1.7 W（k=2）。本例中，輸入功率不足50 VA，不確定度相應減小是顯而易見的，取1.7 W 的1/10作為典型值考慮是合理的，則：

u3=1.7÷2÷10=0.085 VA

4.3 合成標準不確定度

以上各不確定度分量相互獨立不相關，則合成輸入功率標準不確定度u為：

4.4 擴展不確定度

取包含因子k=2，則輸入功率擴展不確定度U為：

U=0.32 VA（k=2）

4.5 標準不確定度一覽表

將以上結果匯總至標準不確定度一覽表，見表2。

5 不確定度的最后報告

將被測量的估計值即輸入功率的平均值修約到其末位與不確定度的末尾一致，得到此次輸入功率測試的最后結果為：

P=37.49VA，U=0.32VA（k=2）

6 結語

根據以上輸入功率測量不確定度的評定實例，可以得出常見的不確定度評定方法（GUM法）一般分成以下幾個步驟：分析不確定度來源并建立測量模型;評定標準不確定度各分量ui;計算合成標準不確定度uc;確定擴展不確定度U;報告測量結果。

醫用電氣設備其他試驗的不確定度評定可參照本文的思路和評定過程推導出對應的結果，此種評定方法在電氣試驗測量不確定度的評定中有著廣泛的應用。

參考文獻：

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[3]李博，李淑紅.家電領域輸入功率測量不確定度的評定及應用[J].現代測量與實驗室管理.2016（4）：30.