電子秒表示值誤差測量不確定度的評定

于 潔

大同市綜合檢驗檢測中心 山西 大同 037006

1 前言

秒表計時器是電器制造,工業自動化控制、國防實驗室及科研單位立項的計時儀器,它廣泛應用于各種繼電器、電磁開關,控制器、延時器、定時器的時間測試。電子秒表是一種簡單的時間間隔計量器具,電子秒表的準確性是影響著企業產品的性能和質量,因此,大部分市縣級計量檢定機構均建立秒表檢定儀標準裝置,主要用于開展機械和電子秒表的檢定。

2 秒表檢定儀的工作原理及組成部分

SF2002秒表檢定儀,可用于檢定機械秒表、電子秒表,儀器采用全數字控制,整機具有高穩定度、高準精確度的優點。

圖1 秒表檢定儀工作原理示意圖

儀器工作原理:

FPGA內部進行時基信號的選擇,以提供給不同的被檢表不同的時基信號。輸出電路由兩部分組成,分別可以檢定秒表、指針式電秒表、數字式電秒表。使用8個接線柱以實現與被測儀器連接形成回路,待被檢定時間段結束后,將被檢定儀器的時間與標準時間進行比對,根據規程進行誤差分析,得出報告。

3 球鏡頂焦度示值誤差的測量不確定度評定

3.1 概述 在一定環境條件下[溫度(20±5)℃,相對濕度≤80%RH,交流電壓:220(1±10%)V;頻率:50(1±2%)Hz],將準確度優于±(1×10-7×T0+3 ms)的秒表檢定裝置連接秒表夾具,將電子秒表裝在夾具上,設置10s為檢定點,接通電源,按下檢定按鈕,檢定秒表10s間隔與標準裝置10s間隔的示值誤差。

3.2 測量方法 JJG 237-2010《秒表》

JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》

3.3 數學模型

公式中:

△L—測量點的示值誤差,s

Li—測量點的標稱時間間隔,s

Ls—對應測量點的標準時間間隔,s

方差和靈敏系數:

考慮各分量彼此獨立得:

3.4 確定度來源分析

3.4.1 A類標準不確定度uA

(1)由測量重復性引入的標準不確定度uA;

3.4.2 B類標準不確定度uB

(2)由秒表分辨力引入的標準不確定度uB1;

(3)主要由標準器的示值誤差引入的標準不確定度uB2

3.4.3 合成標準不確定度uc

由此得到的頂焦度示值誤差的合成標準不確定uc如 下:

3.5 測量不確定度評定

3.5.1 標準不確定度的評定

(1)A類-測量重復性引起的不確定度uA

將秒表檢定裝置連接秒表夾具,將電子秒表裝在夾具上,設置10s為檢定點,接通電源,按下檢定按鈕,檢定秒表10s間隔與標準裝置10s間隔的示值誤差。以下列數據為例:

10.01 s 10.00 s 10.02 s 10.01 s 10.01 s

10.00 s 10.00 s 10.01 s 10.02 s 10.00 s

10次測量實驗標準差(n=10)為:

則實測值d的A類不確定度uA=0.0025 s

(2)秒表分辨力引入的標準不確定度分量uB1

被檢表在檢定點的分辨力為0.01 s,屬于均勻分布,包含因子k=,該項瞄準誤差主要以均勻分布的方式影響,所以其標準不確定度為:

(3)由標準裝置引入的標準不確定度分量uB2

所用標準裝置檢定電子秒表的MPE=±(1×10-7×To+3ms),當T0=10s時,MPE=±(1×10-7×10s+3ms)≈0.003 s

其標準不確定度為:

3.5.2 合成標準不確定度的評定

3.5.3 擴展不確定度的評定 取k=2,則U=k×uc=2×0.0065s≈0.013s

3.5.4 結論 電子秒表在10s處的最大允許誤差為±0.05s,則:

故檢定方法可行。

3.5.5 檢定或校準結果的驗證 采用傳遞比較法來驗證檢定結果:

若本實驗室的標準器和山西省計量科學研究院計量標準進行測量時的擴展不確定度(U95或k=2時的U,下同)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滿足

經實驗驗證,該秒表檢定儀標準裝置符合國家計量檢定規范的要求,可以開展此項目計量檢定工作。