试析电位差直流电位差计示值误差测量不确定度评定

摘 要：在科学技术和电力生产中，进行着大量的测量工作，用以认识事物。

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测量结果的质量如何，要用不确定度来说明。不确定度愈小，测量结果质量愈高，水平愈高，其使用价值也愈高；不确定度愈大，测量结果的质量就低，水平愈低，其使用价值也愈低。
关键词：电位差计；测量不确定度；评定
Abstract : in science and technology and power production, a great deal of surveying work, used to know things. The measurement results of the quality how, to use uncertainty to illustrate. Uncertainty of measurement result of aller, higher the quality, level is higher, its use value is also higher; uncertainty of measurement results in more big, quality is low, level is low, its use value is also lower.
Key words: potential difference meter; measurement uncertainty; evaluation
为进一步完善测量不确定度评定工作，本文结合工作中的实际情况，依据G123-2004《直流电位差计检定规程》编写了《直流电位差计示值误差不确定度评定》。该文是我对G1059-1999《测量度不确定度评定与表示》规程的理解说明和实际运作的方法。

一、概述:

1 测量依据：G123-2004《直流电位差计检定规程》
2 测量方法：采用补偿测量法，即将已知电动势去补偿未知电动势，从而确立未知电动势的数值。

3 测量标准：标准电位差计检定装置。

4 环境条件：实验室温度（20+）℃，相对湿度（45~75）%。
5 被测对象：UJ25型直流电位差计，测试点：第一盘（0.1V）第一点，设备编号：025。

6、 评定结果的使用：符合上述条件的测量结果，一般可直接使用不确定度的评定结果。

二、数学模型：⊿U=UX- UN

式中：⊿U—被检电位差计示值误差；
UX—被检电位差计示值，V；
UN—标准电位差计示值，V；

三、方差与传播系数

依照方差公式：uc2（y）=∑（f/＆xi）2u2(xi)
由（1）式得方差：
uc2=C2(UX)·u2(UX)+C2（UN）·u2（UN）
灵敏度系数：
C（UX）=（⊿U）/UX=-1

四、输入量的标准不确定度评定

1 被检电位差计示值引入的不确定度u（UX）

1.1 由检流计灵敏度误差给的不确定度分量u（UX1）

测量0.1V示值时，在检定装置中，把检流计灵敏度调节至5×10-6×105μV=0.5μV，在此区间，示值以等概率任取一值，按半宽0.25μV计算，故：
u（UX1）=0.25/=0.14μV
自由度为：（UX1）→∞

1.2 由电源相对变化引入的不确定度分量u（UX2）

测量0.1V示值时，由检定装置电源相对变化所引起的最大允许误差为5×10-6×105μV=0.5μV，属均匀分布，故：
u（UX2）=0.5/=0.29μV
自由度为：
（UX2）→∞

1.3 由电流回路内接触电阻变差引入的不确定度分量u（UX3）。

测量0.1V示值时，由检定装置电流回路内接触电阻变差所引起的最大允许误差为5×10-6×105μV=0.5μV，属均匀分布，故：
u（UX2）=0.5/=0.29μV
自由度为： （UX3）→∞
1.4 由电压回路开关热电势变化引入的不确定度分量u（UX4）。测量0.1V示值时，由电压回路开关热电势变化引入的最大允许误差为5×10-6×105μV=0.5μV，属均匀分布，故：
u（UX2）=0.5/=0.29μV
自由度为： （UX4）→∞
1.5 由装置中任何两个部件的绝缘引入的不确定度分量u（UX5）。测量0.1V示值时，装置中任何两个部件的绝缘引入的最大允许误差为5×10-6×105μV=0.5μV，属均匀分布，故：
u（UX2）=0.5/=0.29μV
自由度为： （UX5）→∞

1.6 由检定环境温、湿度引入的不确定度分量u（UX5）

在检定过程中，由温度、湿度影响所带来的最大允许误差为5×10-6×105μV=0.5μV，属均匀分布，故：
u（UX2）=0.5/=0.29μV
自由度为： （UX6）→∞

1.7 标准装置测量重复性引入的标准不确定度分量u（UX7）

用标准电位差计检定装置对被检的0.0电位差计第一盘（0.1V），第一点示值，在重复性条件下，进行6次测量，测得数据如下：


算得单次的实验标准差为：1
2
Si===0.16uV
检定结果取一次测量值，故
u（UX7）=Si=0.16μV
自由度为： （UX7）=n-1=5
以上七项公式得：
U2（UX）=U2（UX1）+ U2（UX2）= U2（UX3）+ U2（UX4）+ U2（UX5）+ U2（UX6）
+ U2（UX7）=0.142+0.292+0.292+0.292+0.292+0.162=0.446（μV）2
u（UX）=0.68μV
自由度为：（UX）=U4（UX）

2、 标准电位差计引入的不确定度u（UN）

2.1 由标准器实测值引入的不确定度分量u（UN1）

标准器证书给出，标准的电位差计修正值测量不确定度为

1.4×10-5，属正态分布，固定检定0.1V时。

u（UN1）=

1.4×10-5×105/3=0.47 uV

自由度为： （UN1）→∞

2.2 由标准器年稳定性给出的不确定度分量u（UN2）

根据标准器历年检定证书的数据分析，标准电位差计示值的年最大变化为10×10-5，作均匀分布处理，故检定0.1V时。
u（UN2）=

1.0×10-5×105/=0.58 uV

估计其相对不确定度为10%，故自由度为：
（UN2）=0.5×（10%）2=50
以上两项合成得：
u2（UN）= u2（UN1）+ u2（UN2）
=0.472+0.582
=0.56（uV）2
u2（UN）=0.75μV
自由度为：（un）=u4（un）/｛〔u4（un1）/（un1）〕+〔u4（un2）/（un2）〕｝
=0.752/( 4+4)=161

五、合成不确定度：

uc2=c2（UX）- U2（UX）+ c2（UN）·U2（UN）
=（1×0.68）2+（-1×0.75）2
=

1.024（uV）2

UC=

1.01Μv

六、扩展不确定度

Tp（eff）=t95（∞）查t分布表得有效自由度为1.96
U95=tp（eff）×UC
=

1.96×01

=

2.0μV

相对扩展不确定度U95rel= ×100%=0.0020%

七、测量不确定度的报告与表示

0.0高电势直流电位差计示值误差的测量结果相对扩展不确定度为：
U95rel=0.0020%
（p=95%、K=2，eff）→∞
结语：通过以上测量数据表明，不确定度与计量科学技术密切相关，它用来表明基准标准，检定测试的水平，作为量值溯源的依据，并用来表明测量设备的质量。。不确定度过大，会因测量不能满足需要而需再投入，造成浪费；不确定度评价过小，会对电力计量造成危害，因此测量不确定度必须正确的进行评定。以满足开展检定和校准的需要，保证量值的准确可靠。

参考文献：《测量度不确定度评定与表示》
G123-2004《直流电位差计检定规程》