數字多用表校準結果不確定度評定

陳光輝

（遵義市產品質量檢驗檢測院，貴州 遵義 563000）

數字多用表是一種測量項目比較多（可以測量交直流電壓電流及電阻），每一個測量項目的測量量程也比較多的多參數、多量程的測量儀表，其校準結果以十進制顯示。按照測量結果的不確定度的評定要求，每一個項目的每一個量程都需要進行不確定度評定[1]，其評定過程非常繁瑣，因此本文僅僅在每一個項目中選擇一個特殊的校準點進行不確定度評定，本文在直流電壓為10 V，直流電流為100 mA，交流電壓為100 mV（1kHz），交流電流為1 A（1kHz），直流電阻為10 MΩ，五個典型的校準點處對它的結果進行不確定度評定。

1 概述

1.1 測量依據：JJF1033-2016《計量標準考核規范》與JJF 1587-2016《數字多用表校準規范》[2]。

1.2 環境條件：溫度：21.2℃濕度：55.7%RH。

1.3 測量標準：TD1880 多功能精密校準器、8588A 標準數字多用表。

1.4 被測對象：8846A 數字多用表。

1.5 測量方法

測量方法的選擇與標準器的選擇息息相關，校準規范JJF1587-2016 中有明確規定：數字多用表的校準裝置其每一個對應的功能，對應量程的最大允許誤差的絕對值或者不確定度都應當小于或等于被校數字多用表的相應功能，相應量程的最大允許誤差絕對值的1/3。倘若多功能精密校準器的最大允許誤差或不確定度合乎前文，那么可以優先選擇標準源法，這樣在操作過程中比較方便快捷，否則選用標準表法。本文中直流電壓的校準使用的是標準表法，其他項目校準使用的是標準源法。

1.5.1 標準表法

按照圖1 連接多功能精密校準器、標準數字多用表和被校數字多用表。調節多功能精密校準器的輸出值，讀取的標準數字多用表的示值就是校準的標準值。

圖1 標準表法示意圖

1.5.2 標準源法

按照圖2 連接多功能精密校準器和被校數字多用表，多功能精密校準器直接輸出的示值為校準結果的標準值。

圖2 標準源法示意圖

本文中使用的多功能精密校準器在直流電壓擋最大允許誤差不滿足在JJF1587-2016 中的要求，而標準數字多用表滿足要求，所以除了校準直流電壓用標準表法外，其他項目用標準源法。

2 測量模型及不確定傳播公式

2.1 測量模型

倘若ZN是標準值，ZX是被校數字多用表的顯示值，由測量標準的使用說明書可以得到，對于標準數字多用表以及多功能精密校準器，當它們在符合校準規范的條件下，由于溫度等其他因素帶來的影響可以忽視不計，所以得到：

考慮到分辨力對校準結果的影響，測量模型可以轉換為：

2.2 不確定度傳播公式[3]

2.3 靈敏系數

3 標準不確定度的評定

在符合校準規范的條件下，對校準點直流電壓10 V，直流電流100 mA，交流電壓100 mV（1kHz），交流電流1 A（1kHz），直流電阻10 MΩ 進行10 次重復性測量，測量結果如表1。

表1 各校準點的重復性試驗數據

3.1 直流電壓（標準表法）

3.1.1 標準不確定度分量μ(ZX)

由重復性試驗數據可以得到測量結果的平均值：

3.1.2 標準不確定分量μ(δZX)

由實驗可得被校數字多用表在直流電壓10 V 點處的分辨力為1×10-5V，倘若在±5×10-6V 區間內為均勻分布，則有：

3.2 直流電流（標準源法）

3.2.1 標準不確定度分量μ(ZX)

3.2.2 標準不確定分量μ(δZX)

由實驗可得被校數字多用表在直流電流100 mA 點處的分辨力為1×10-4mA，倘若它在±5×10-5mA 區間范圍內是均勻分布的，所以：

3.3 交流電壓（標準源法）

3.3.1 標準不確定度μ(ZX)

由重復性試驗數據可以得測量結果的平均值：

3.3.2 標準不確定μ(δZX)

由實驗可知被校數字多用表在交流電壓100 mV（1kHz）點處的分辨力為1×10-4mV，假設它在±5×10-5mV區間范圍內是均勻分布的，因此：

3.3.3 標準不確定度μ(ZN)

標準數字多用表經由上級計量標準校準溯源，校準結果符合標準數字多用的最大允許誤差。而它的使用說明書中給出其在交流電壓100 mV（1kHz）點處的最大允許誤差為：

3.4 交流電流（標準源法）

3.4.1 標準不確定度μ(ZX)

由重復性試驗數據可以得到測量結果的平均值：

3.4.2 標準不確定μ(δZX)

由實驗可知被校數字多用表在交流電流1 A（1kHz）點處的分辨力為1×10-6A，倘若它在±5×10-7A 區間范圍內是均勻分布的，因此：

3.4.3 標準不確定度μ(ZN)

多功能精密校準器經由上級計量標準校準溯源，校準結果符合多功能精密校準器的最大允許誤差。而它在該量程處的最大允許誤差為：

3.5 直流電阻（標準源法)

3.5.1 標準不確定度μ(ZX)

從目前來說，對于無機固態電解質的研究報道較少，主要因為在電解質中的離子遷移比較困難，導致電導率變低，進而限制了在那電池中的使用。提高電導率，是未來無機固態電解質發展的主要方向。

由重復性試驗數據可以得到測量結果的平均值：

3.5.2 標準不確定μ(δZX)

由實驗可知被校數字多用表在電阻10 MΩ 點處的分辨力為1×10-5MΩ，假設它在±5×10-6MΩ 區間范圍內是均勻分布，因此：

3.5.3 標準不確定度μ(ZN)

多功能精密校準器經由上級計量標準校準溯源，校準結果符合多功能精密校準器的最大允許誤差，而它在該量程范圍內的最大允許誤差為：

4 不確定度分量匯總

見表2。

表2 不確定分量匯總表

5 擴展不確定度

依照校準規范JJF1033-2016，在校準時因為分辨力和重復性引入的標準不確定度分量只取大者；擴展不確定度等于兩倍的合成標準不確定度。所以有：

5.1 直流電壓

5.2 直流電流

5.3 交流電壓

5.4 交流電流

5.5 直流電阻

6 結論

本文根據JJF 1587-2016 對數字多用表多用表進行校準，校準方法是標準表法和標準源法；并對校準項目：直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、直流電阻的一個校準點的不確定度進行了詳細的評定。其余的校準點可以按照相同的方法進行評定。