淺談測(cè)量不確定度在低壓電器檢測(cè)中的運(yùn)用

【摘要】低壓電器在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中會(huì)受到內(nèi)外部多種因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量的精準(zhǔn)度不高。測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤差進(jìn)行評(píng)定的指標(biāo)，能夠?qū)Φ蛪弘娖鳈z測(cè)結(jié)果的實(shí)際情況進(jìn)行反映，進(jìn)一步提升低壓電器檢測(cè)精度。本文主要對(duì)低壓電器檢測(cè)中測(cè)量不確定度的應(yīng)用展開(kāi)具體的研究與探討，在認(rèn)知與掌握測(cè)量不確定度相關(guān)理論、原理與應(yīng)用內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究測(cè)量不確定度的評(píng)價(jià)方法，為低壓電器檢測(cè)工作精確度與可靠性的提升提供助力與支撐。

【關(guān)鍵詞】測(cè)量不確定度；低壓電氣；檢測(cè)；短路

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.048

The Application of Measurement Uncertainty in Low Voltage Electrical Apparatus Testing

HU Yong

（Zunyi Product Quality Inspection and Testing Institute， Zunyi 563000， China）

Abstract： Low voltage apparatus will be affected by various internal and external factors in the actual detection process， resulting in low measurement accuracy. Measurement uncertainty is an index to evaluate the error of measurement results， which can reflect the actual situation of the detection results of low-voltage apparatus and further improve the detection accuracy of low-voltage apparatus. This paper mainly carries out specific research and discussion on the application of Measurement uncertainty in the detection of lowvoltage apparatus. On the basis of recognizing and mastering the relevant theory， principle and application connotation of Measurement uncertainty， it further studies the evaluation method of Measurement uncertainty to provide assistance and support for the improvement of the accuracy and reliability of low-voltage apparatus detection.

Key words： measurement uncertainty； low voltage electrical； detection； short circuit

為了能夠?qū)Φ蛪弘娖鳈z測(cè)的品質(zhì)與技術(shù)水平進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量不確定度作為重要參數(shù)和指標(biāo)，能夠?qū)ζ錂z測(cè)結(jié)果進(jìn)行衡量和評(píng)價(jià)。同時(shí)運(yùn)用測(cè)量不確定度不僅能夠?qū)z測(cè)結(jié)果參數(shù)進(jìn)行評(píng)定、檢測(cè)報(bào)告品質(zhì)進(jìn)行反映，而且也能夠?yàn)闄z測(cè)技術(shù)的提升提供很大幫助。在測(cè)量結(jié)果或者技術(shù)水平比較時(shí)，通過(guò)測(cè)量不確定度的檢測(cè)數(shù)值與參考值進(jìn)行比較，或者同一實(shí)驗(yàn)室的環(huán)比、不同實(shí)驗(yàn)室的同比等等，都能夠?qū)Ρ瘸鰡?wèn)題所在，進(jìn)而為低壓檢測(cè)技術(shù)與品質(zhì)的提升提供支撐與幫助。

1.1測(cè)量不確定度的概念

所謂的測(cè)量不確定度，通俗來(lái)講就是在測(cè)量誤差存在的基礎(chǔ)上被測(cè)量值不能肯定的程度。測(cè)量不確定度也能夠?qū)Y(jié)果可信賴(lài)的程度進(jìn)行直觀反映，是與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的重要參數(shù)。測(cè)量不確定的參量一般是由很多分量組成，測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量指標(biāo)越小時(shí)，該結(jié)果與被測(cè)量的真值越近，水平與質(zhì)量就越高，準(zhǔn)確度與使用價(jià)值也就越高；而當(dāng)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量指標(biāo)越大時(shí)，其使用價(jià)值與應(yīng)用水平也越低。運(yùn)用測(cè)量不確定度能夠?qū)y(cè)量的測(cè)量結(jié)果的可靠性進(jìn)行評(píng)定，也促進(jìn)測(cè)量結(jié)果之間可比性的增加，有利于提升測(cè)量的品質(zhì)與水平[1]。

1.2測(cè)量不確定度的原理及應(yīng)用價(jià)值

從直觀角度來(lái)看測(cè)量不確定度，其就是對(duì)測(cè)量結(jié)果不肯定程度、懷疑程度或者測(cè)量結(jié)果有效性與可信性的反應(yīng)，是對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行定量說(shuō)明的參數(shù)。由于人的認(rèn)知有限、測(cè)量的不完善、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量環(huán)境以及計(jì)量性能等多因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在較大的分散性，每次檢測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)都不一致，但是會(huì)以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域當(dāng)中，如同數(shù)值集合中有多個(gè)子集一樣。

在應(yīng)用測(cè)量不確定度來(lái)評(píng)定測(cè)量結(jié)果時(shí)，從根本上來(lái)講，其打破了系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差分類(lèi)方法的局限，對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行了一定的修正，利用一定的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)對(duì)其他誤差進(jìn)行估算。測(cè)量誤差能夠?qū)Y(jié)果的好壞進(jìn)行衡量，但是這種衡量只能夠?qū)y(cè)量結(jié)果的短期質(zhì)量進(jìn)行反映。測(cè)量不確定度能夠衡量測(cè)量結(jié)果的一致性、持續(xù)受控程度等，當(dāng)測(cè)量不確定度越大時(shí)，其測(cè)量能力就越低；當(dāng)測(cè)量不確定度越小時(shí)，其測(cè)量能力就越高，無(wú)論測(cè)量不確定度的數(shù)值有多小，測(cè)量結(jié)果的真值都必須在測(cè)量不確定度范圍當(dāng)中，否則代表測(cè)量的過(guò)程是無(wú)效的。

通過(guò)測(cè)量不確定來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行反映和評(píng)定，對(duì)于測(cè)量結(jié)果的品質(zhì)、檢測(cè)的能力與水平都會(huì)有更為直觀的反映，有利于提升檢測(cè)單位或者檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)技術(shù)與水平，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提升檢測(cè)的品質(zhì)與效率[2]。此外，由于測(cè)量不確定度是表示被測(cè)量之值分散性的一種參數(shù)，在低壓電器檢測(cè)評(píng)定過(guò)程中應(yīng)用測(cè)量不確定度，既要對(duì)不確定度各個(gè)分量的大小進(jìn)行分析，又要在檢測(cè)過(guò)程中對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定程度影響的各種因素進(jìn)行尋找和記錄，驗(yàn)證不確定度的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而增強(qiáng)低壓電器檢測(cè)的時(shí)效性，使得測(cè)量不確定度的作用與價(jià)值能夠更好地發(fā)揮出來(lái)，更好地服務(wù)于低壓電器的檢測(cè)工作。

1.3測(cè)量不確定的評(píng)定方法分析

測(cè)量結(jié)果是測(cè)量不確定度的核心。測(cè)量結(jié)果的不確定度主要與測(cè)量方法、人員、設(shè)備、對(duì)象、環(huán)境等息息相關(guān)，上述這些因素能夠?qū)y(cè)量不確定度的系統(tǒng)影響和隨機(jī)影響有效地反映出來(lái)。在評(píng)定測(cè)量不確定度的方法上，非統(tǒng)計(jì)方法的應(yīng)用更為普遍和廣泛。一般來(lái)講，不確定的評(píng)定是非統(tǒng)計(jì)方法的一種重要模式，該方法是利用校準(zhǔn)證書(shū)數(shù)據(jù)、以往的測(cè)量數(shù)據(jù)以及對(duì)儀器性能經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行估計(jì)，以此得到測(cè)量結(jié)果的不確定度。

測(cè)量不確定度的計(jì)算公式為UB=b/kj，在不確定度的計(jì)算公式中，b代表的誤差源的誤差限，而kj代表的是和誤差限取值概率與誤差分布相關(guān)的因數(shù)。在掌握不確定評(píng)定的方法與公式以后，要將所有標(biāo)準(zhǔn)不確定的分量進(jìn)行合成，得出和測(cè)量結(jié)果相關(guān)的不確定度總值，最終成為合成化的不確定度。

在掌握測(cè)量不確定度相關(guān)概念、原理、應(yīng)用價(jià)值以及評(píng)定方法以后，在進(jìn)行低壓電器檢測(cè)時(shí)，科學(xué)、合理地應(yīng)用測(cè)量不確定度，能夠?qū)Φ蛪弘娖鳈z測(cè)的質(zhì)量、效果以及技術(shù)水平進(jìn)行對(duì)比、校驗(yàn)與反映，這對(duì)于提升低壓電器檢測(cè)效率非常有利。因此，在低壓電器檢測(cè)中應(yīng)用測(cè)量不確定度來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行監(jiān)督與反映，在一定給你程度上能夠大大提升測(cè)量結(jié)果的實(shí)效性。下面對(duì)低壓電器檢測(cè)中測(cè)量不確定度的應(yīng)用方法展開(kāi)具體的探討與研究。

2.1編制不確定度評(píng)定工作指導(dǎo)書(shū)

在低壓電器檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用測(cè)量不確定度時(shí)，所有檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室必須都是中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)的認(rèn)可，并嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家認(rèn)定的不確定度評(píng)定政策，結(jié)合低壓電器的檢測(cè)要求來(lái)制定差異化、個(gè)性化的評(píng)定步驟、方法與程序。編制社會(huì)眾多領(lǐng)域中各類(lèi)檢測(cè)參數(shù)的不確定度評(píng)定作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，并按照相關(guān)規(guī)定與要求給出不確定度，這能夠?yàn)榈蛪弘娖鞯臋z測(cè)工作提供很大的便利與指導(dǎo)。

2.2明確測(cè)量不確定度的來(lái)源

在檢測(cè)低壓電器過(guò)程中，要對(duì)電器的多個(gè)性能展開(kāi)測(cè)量，如動(dòng)作特性檢測(cè)、耐電流能力測(cè)量、耐壓試驗(yàn)、絕緣電阻的測(cè)量、電器壽命檢測(cè)以及電壓降測(cè)定等。為了能夠?qū)z測(cè)質(zhì)量進(jìn)行有效測(cè)定，運(yùn)用測(cè)量不確定度的方法來(lái)對(duì)電器進(jìn)行測(cè)量和報(bào)告，能夠有效反映檢測(cè)技術(shù)水平的高低、優(yōu)劣。在測(cè)量不確定度的實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要對(duì)低壓電器測(cè)量不確定度的來(lái)源進(jìn)行明確，然后再運(yùn)用各類(lèi)檢測(cè)的系統(tǒng)、程序、內(nèi)容以及方法來(lái)獲取多個(gè)不確定度的來(lái)源，如測(cè)量?jī)x器分辨率不足、數(shù)據(jù)計(jì)量參數(shù)不準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)值模糊、取樣缺乏代表性、被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值發(fā)生變化、被測(cè)量的定義不完善、數(shù)據(jù)存在人為偏差、測(cè)量程序存在近似性、方法存在假定性、環(huán)境條件測(cè)量控制不全面、被測(cè)量定義方法實(shí)現(xiàn)不理想等等。對(duì)各個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)質(zhì)上的不確定性評(píng)價(jià)，結(jié)合低壓電器測(cè)量的實(shí)際情況來(lái)確認(rèn)測(cè)量不確定度[3]。

2.3優(yōu)化測(cè)量不確定度的步驟與流程

在測(cè)量不確定度評(píng)定過(guò)程中，優(yōu)化其步驟與流程是非常必要的。首先要對(duì)測(cè)量不確定度的來(lái)源進(jìn)行分析，在分析過(guò)程中記錄對(duì)測(cè)量結(jié)果有著顯著影響的不確定度分量；對(duì)不確定度分量進(jìn)行評(píng)定標(biāo)注，將給出分量的自由度與數(shù)值；然后對(duì)所有不確定分量的相關(guān)性展開(kāi)分析與討論，對(duì)各個(gè)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行確定；進(jìn)一步求出測(cè)量結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即合成的自由度與不確定度；如果在低壓電器測(cè)量過(guò)程中需要展伸不確定度，那么要將已合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度與所包含因子之乘積作為展伸不確定度。最后將不確定度報(bào)告給出來(lái)，按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定將被測(cè)量的展伸不確定度、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度以及估計(jì)值報(bào)告出來(lái)，記錄所有檢測(cè)的細(xì)節(jié)與流程，并予以詳細(xì)說(shuō)明，為檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的提升提供鋪墊[4]。

2.4科學(xué)把控檢測(cè)過(guò)程

在檢測(cè)低壓電器的過(guò)程中，檢測(cè)的重要程序之一就是評(píng)定不確定度，而在評(píng)定低壓電器測(cè)量不確定度時(shí)，評(píng)定的前提是先明確測(cè)量不確定度的來(lái)源，然后再按照不同確定度的來(lái)源進(jìn)行分類(lèi)，針對(duì)不同的不確定度來(lái)源采用差異化的評(píng)定方法。在評(píng)定不確定度的過(guò)程中，能夠分析各類(lèi)分量，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響的設(shè)備、環(huán)境、設(shè)施、服務(wù)、供應(yīng)品等因素進(jìn)行確定，再按照檢測(cè)質(zhì)量的影響程度、不確定度分量的大小來(lái)對(duì)各類(lèi)用途的低壓電器進(jìn)行合理分區(qū)、布局，實(shí)施科學(xué)、合理的限制措施。在上述工作的基礎(chǔ)上來(lái)明確監(jiān)測(cè)、記錄以及控制的時(shí)間，最大化地優(yōu)化各類(lèi)檢測(cè)條件，從而對(duì)各項(xiàng)檢測(cè)工作的實(shí)際需求進(jìn)行全面滿足，節(jié)約人力資源，增強(qiáng)人效，提升工作效率[5]。與此同時(shí)，在各項(xiàng)檢測(cè)程序中，檢測(cè)設(shè)備的科學(xué)選購(gòu)、正確配置、參數(shù)校準(zhǔn)與檢定等工作非常重要。當(dāng)檢測(cè)的儀器設(shè)備對(duì)總的不確定度幾乎沒(méi)有影響時(shí)，那么可以將該評(píng)定的結(jié)果當(dāng)作不檢定的依據(jù)，并按照流程或者程序來(lái)進(jìn)行低壓電器的檢測(cè)工作。對(duì)檢測(cè)過(guò)程中的科學(xué)把控，能夠更好地消除不利影響，對(duì)于低壓電器檢測(cè)效率的提升、檢測(cè)品質(zhì)的提高都非常有利。

2.5實(shí)施檢測(cè)質(zhì)量控制

在低壓電器實(shí)施檢測(cè)之前，評(píng)定測(cè)量不確定度是必不可少的步驟和流程，也是檢測(cè)工作得以有效進(jìn)行的重要前提和基礎(chǔ)。評(píng)定低壓電器的測(cè)量不確定度，能夠有效地表達(dá)測(cè)量結(jié)果，使得不確定度的有效位數(shù)得到有效確定，并對(duì)檢測(cè)方法選擇的科學(xué)與否進(jìn)行確定，從而為檢測(cè)質(zhì)量的控制奠定基礎(chǔ)。當(dāng)所選擇的檢測(cè)方法已經(jīng)明確不確定度時(shí)，那么可以按照已知的不確定度來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的各類(lèi)條件達(dá)標(biāo)與否進(jìn)行校驗(yàn)與判斷，判斷其是否符合標(biāo)準(zhǔn)與要求。在低壓電器預(yù)實(shí)驗(yàn)或者確認(rèn)檢測(cè)方法的過(guò)程中，如果獲得的不確定度≤已知的不確定度，那么可以表明該實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)準(zhǔn)、要求相符的；如果獲得的不確定度>已知的不確定度，那么表明該實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件是不達(dá)標(biāo)的，應(yīng)該立即尋找原因，并對(duì)不符合檢測(cè)要求的因素、條件等進(jìn)行改變，一直到符合要求為止。檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量控制、校準(zhǔn)、檢定、核查等工作都要利用不確定度的相關(guān)數(shù)據(jù)才能夠?qū)崿F(xiàn)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量進(jìn)行有效、科學(xué)的判定，為檢測(cè)質(zhì)量的提升提供幫助，同時(shí)對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)水平也更為有利。

綜上所述，目前，不確定度是國(guó)際公認(rèn)的評(píng)定測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的重要參數(shù)。在低壓電器檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)的質(zhì)量和不確定度之間有著密切的聯(lián)系，零不確定度能夠?qū)z測(cè)的精度、質(zhì)量進(jìn)行反映和確定。科學(xué)、合理、有效地運(yùn)用測(cè)量不確定度的評(píng)估方法來(lái)對(duì)可能影響檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量的各類(lèi)因素進(jìn)行評(píng)估和識(shí)別，進(jìn)而全面分析檢測(cè)環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)方法、被檢測(cè)低壓電器的狀態(tài)、性能以及操作人員的業(yè)務(wù)技能，為檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性的提升提供良好保障。在檢測(cè)低壓電器的整個(gè)過(guò)程中，不確定度始終貫穿始終，先明確不確定度的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、來(lái)源、方法及流程，在檢測(cè)過(guò)程中實(shí)施檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量管控，將不確定度作為參考和依據(jù)來(lái)進(jìn)行各類(lèi)不符合檢測(cè)要求的因素進(jìn)行優(yōu)化與改變，從而低壓電器檢測(cè)的質(zhì)量，為操作人員業(yè)務(wù)能力的提升、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)水平的提升提供幫助。

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【作者簡(jiǎn)介】

胡永，男，1984年出生，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)榈蛪弘娖鳈z測(cè)。

（編輯：李鈺雙）