标准电感器示值的测量不确定度评定-电力电子网

[摘要]文章主要论述了标准电感器示值的检定方法及其测量不确定度的分析与评定。
[关键词]精密RLC数字电桥；示值误差；检定方法；自由度；测量不确定度

随着时代的进步，科技的交流与发展，测量不确定度的评定与表示方法日趋统一和完善。目前，在我国推行的ISO／TEC导则25 (1990) (已修订为ISO17025)《校准和检测实验室能力的通用要求》和ISO9001《质量体系设计开发、生产、安装和服务的质量保证模式》中，对测量结果的不确定度明确指出，校准实验室出具的每份证书或报告都应包括有关测量结果不确定度评定的说明；在检测实验室出具的检测报告中，必要时应予以说明。

1 测量目的

对示值为0．1mH，设计要求其允许误差极限在±0．2％的标准电感器进行测量，以确定其示值是否满足使用要求。

2 测量方法

依据JJC726—91标准电感器检定规程，使用精密RLC数字电桥对标准电感器进行直接测量。

测量系统按图1连接，测试数据直接读取精密RLC数字电桥的显示值，重复独立观测10次，数据见表1。

3 所用的测量仪器

精密RLC数字电桥，其测量标准电感器的最大允许误差为±0．02％。此仪表经检定为合格，并且在有效期内。

4 测量不确定度的来源

影响精密RLC数字电桥测量结果的不确定度来源主要有以下因素：
(1)各种随机因素影响使读数不重复。
(2)精密RLC数字电桥不准确。

5 实测记录~`MCSQ=--http://www.cn-pe.cn7?Y 9@ci;

注：(1)因为当环境温度在l5℃ ～25℃时，精密RLC数字电桥的温度系数影响可忽略，所以选择在温度(23±1)℃ 、相对湿度50％环境中进行测试。

(2)为了保证测量结果的准确性，在测量时标准电感器周围50cm距离内(尤其在标准电感器的轴向)不得有磁场或金属物质(特别是铁磁物质)存在。

6 标准不确定度的评定

(1)示值测量的标准不确定度u(Lx )
①示值测量的重复性给出的标准不确定度分量u(L x1)
由测试数据计算得：
测量结果平均值：L=0．1O004mH
实验标准差：．s(L)=0．O00005mH
标准不确定度：u(L x1)=0．O00002mH
自由度v(Lx1 )=n一1=10—1=9
②示值测量的分辨力引入的标准不确定度分量“(Lx2)因精密RLC数字电桥是数字式测量仪表，在测量0．1mH时的分辩力为0．00001mH，属均匀分布，则后=√3。
设读数变化区间的半宽为分辨力的一半，则a=0．00001mH／2=0．000005mH因此，标准不确定度u(L 2)=a／k=0．000003mH
自由度u(L x2)=∞因为以上两个分量独立，且互不相关，因此：
(L )=“ (L 1)+“ (L 2)=((0．000002) +(0．OOOOO3) ](mH) =1．3×10一 (mH)
得u(L )=0．000004mH
v ff(L )=u (L )／[u (L 1)／v(L 1)+“ (Lx2)／ (L 2)]=(0．OOOOO4) ／[(0．OOOOO2) ／9+(0．000003) ／∞]：144

(2)精密RLC数字电桥的标准不确定度u(L ，)
① 精密RLC数字电桥不准引入的标准不确定度分量“(L“)

    根据其技术指标，得知精密RLC数字电桥其测量标准电感器的最大允许误差为±0．02％，则e =±0．0002mH，属于正态分布，包含因子 1=3，因此：标准不确定度为
u(L 1)=e1／k1=0．0002mH／3=0．00007mH自由度 (L 1)=∞

    ②精密RLC数字电桥的传递引入的标准不确定度分量u(L 2)
    根据量值传递要求，得e2=(1／3)e ，属于正态分布，包含因子 2=3，因此：标准不确定度为u(Lr2)=e2／k2=0．0002mH／9=0．00002mH
自由度v(L 2)=∞
因为以上两个分量独立，且互不相关，因此：
u (Ly)=u (L 1)+u (L 2)：
[(0．00007) +(0．00002) ](mH) =5．0 X 10一 (mH)
得u(L )=0．00007mH
ff(L )=“ (L )／[“ (L“)／ (L 1)+“ (L、2)／v(L 2)]= (0．00007) ／[(0．00007) ／∞ +(0．00002) ／∞]=∞

7 合成标准不确定度的评定

    u =C (L )×u (L )+C (L )×u (L，)=[(0．OOOOO4) +(0．OOOO7) ](mH) =4．9×10一 (mH)
得u =0．00007mH

8 有效自由度

    vff= ／[u (L )／v(L )+u (L、)／v(L )]=(0．oooo7) ／[(0．00OOO4) ／144+(0．oooo7) ／∞]=1．4×10

9 扩展不确定度

    根据要求取置信概率为95％，由1％f查t分布表得t95(v。ff)，即 =t95(v。ff)=1．96 因此，
U = Jj}X “ =1．96 X 0．00007mH =0．0001 mH相对扩展不确定度为U l：0．01％

1O 结论

    此标准电感器的测量结果，即标准电感器的校准值L 为0．10004mH，相对扩展不确定度 l为0．01％( =1．96，P=95％ )。满足检定要求。标准电感器的标称值与校准值之差即示值误差为一0．00004mH，在最大允许误差±0．0002范围内。因此检定合格，满足使用要求。