直流電能表檢定裝置校準結果的不確定度評定分析

國網湖北省電力有限公司營銷服務中心（計量中心） 王 華 呂馥香 武漢輕工大學電氣與電子工程學院 吳敏萱

當前，新能源汽車已成為汽車產業轉型發展的主要方向和促進經濟持續增長的重要引擎，我國新能源汽車及充電設施將進入加速發展新階段。由于直流充電設施功率大、充電時間短，作為計費的直流電能表的需求越來越大。為保證直流電能計量準確可靠，直流電能計量的準確性尤為重要。校準結果的測量不確定度評定是其中一項重要技術指標，本文分析了用直流電能表檢定裝置校準直流標準電能表所得測量結果的不確定度，分為A 類不確定度和B 類不確定度，影響測量結果的不確定度主要有四個因素：測量值重復性引入的不確定度；直流電能表檢定裝置引入的不確定度；數據修約引入的不確定度；分辨力引入的不確定度。本文為直流電能表校準數據的分析提供參考。

1 工作原理

圖1 校準直流標準電能表原理結構圖

直流電能表檢定裝置的測量方法參考JJG1085-2013《標準電能表》及JJG842-2017《電子式直流電能表》檢定規程相關內容進行試驗。試驗參比條件：溫度20℃、相對濕度為58%，用直流電能表檢定裝置校準0.01級直流標準電能表，通過直流電能表檢定裝置與被檢直流標準電能表同時測得的電能值進行比較，計算被檢直流標準電能表的相對誤差[1]。本實驗的接線原理框圖如圖1所示。

2 測量模型與標準不確定度的來源及評定[2]

直流電能表檢定裝置校準直流標準電能表時的校準結果的數學模型：γ=γ1+γ2+γ3+γ4（%）（1），式中γ 為被檢直流標準電能表的測量誤差（%）；γ1為直流電能表檢定裝置校準被檢直流標準電能表得到測量誤差（%）；γ2為直流電能表檢定裝置引入的測量誤差（%）；γ3為被檢直流標準電能表校準結果修約引入的測量誤差（%）；γ4為直流標準電能表檢定裝置分辨力引入的測量誤差。

表1 測量重復性結果

測量不確定度傳播律[2]：由式（1）求得靈敏系數為C1=C2=C3=C4=?γ/?γ1=?γ/?γ2=?γ/?γ3=?γ/?γ4=1。

標準不確定度來源主要有四個方面：測量重復性引入的不確定度分量u(γ1)，用A 類評定方法[3]；直流電能表檢定裝置測量誤差γ2引入的不確定度分量u(γ2)、被檢直流標準電能表誤差修約γ3引入的不確定度分量u(γ3)、分辨力γ4引入的不確定度分量u(γ4)，用B 類評定[3]方法（其中u(γ1)與u(γ4)取最大者）。

表2 平均值的實驗標準差匯總

被檢表測量重復性引入的不確定度分量u(γ1)：在以下量程時，在同一條件下進行10次獨立重復測量，測量結果如表1、表2所示。單次測量的實驗標準差計算公式為，10次測量的平均值的實驗標準差計量公式為。

表3 標準不確定度（%）分析表

直流電能表檢定裝置測量誤差γ2引入的不確定度分量u(γ2)：直流電能表檢定裝置準確度等級0.05級，最大允許誤差為±0.05%,屬于均勻分布,,則。

被檢直流標準電能表誤差修約γ3引入的不確定度分量u(γ3)：校準結果化整間隔是0.001%,因此由校準結果修約引入的不確定度是0.001%,區間的半寬度是0.0005%，屬于均勻分布=0.00029%。

分辨力γ4引起的不確定度分量u(γ4)：直流電能表檢定裝置的分辨力是0.0001%，由分辨力引入的不確定度是0.0001%,區間的半寬度是0.00005%，屬于均勻分布。

合成標準不確定度u(γ0)評定：由u(γ1)、u(γ2)、u(γ3)、u(γ4)合成標準不確定度是uc(γ)：u2c(γ)=u2(γ1)+u2(γ2)+u2(γ3)+u2(γ4)，其中u(γ1)、u(γ4)只取一個且為最大者。

3 擴展不確定度的評定

取包含因子k=2，U=kuc(γ)。

表4 擴展不確定度分析表（標準不確定度單位%）

結論：在參比電壓Un=100V、 參比電流Ib=50A，參比電壓Un=700V、參比電流Ib=300A，參比電壓Un=700V、參比電流Ib=75mV 時，校準結果的不確定度均為U=0.058%，k=2。