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指针式功率表功率值测量结果的不确定度

发布时间：2008-10-24 作者：阮玮武文玲来源：www.jlbjb.com 浏览：3987

华北石油管理局水电厂技术监督所　阮玮　武文玲

　　一、概述

　　1.测量依据:JJG124—1993《电流表、电压表、功率表及电阻表》检定规程。
　　2.测量装置:XF1b型交直流精密电表校验装置。
　　3.测量标准:电位差计:型号UJ41，准确度等级0.01级；
　　标准电阻:型号BZ3，阻值0.1Ω，准确度等级0.01级；
　　简化电位差计:型号UJ15，准确度等级0.05级。
　　4.被测对象:指针式功率表(本文中仅评定其直流部分)
　　型号D51，量程(75～300)V (2.5～5)A，准确度等级0.5级。
　　5.测量过程:上述测量标准是XF1b交直流精密电表校验装置的组成部分。在检定指针式功率表时，用上述测量标准互相配合来测量功率表的示值。首先，用电位差计UJ41将被测表的电压锁定在额定电压下，然后，用简化电位差计UJ15监视此电压值，如果被监视的电压值有变化，随时调节直流电压源，使被监视的电压值保持在额定电压值。最后，调节直流电流源，使指针式功率表指示到某一分度线，用电位差计UJ41测量标准电阻电位端上的电压值。按照欧姆定律，将此电压值除以标准电阻值，即得出电流的实际值。用电流实际值乘以额定电压就是被测功率表在该分度线上的实际值。被测功率表的示值减去实际值即为示值误差。

　　二、数学模型

　　式中:P_X——被测功率表示值；P_N——被测功率表实际值；V_N1——简化电位差计UJ15监视的额定电压值；V_N2——电位差计UJ41上的电压读数(被测表的电流在标准电阻上的电压)；R_N——标准电阻值。

　　检定室环境温度为(20±1)℃，因此标准电阻值由于温度影响的变化对0.5级功率表可以忽略。

　　三、标准不确定度

　　根据数学模型被测功率表示值误差测量结果的不确定度将取决于输入量P_X、V_N1、V_N2、R_N的不确定度。在本文中以测量300V、5A量程上限1500W分度线为例，对四个输入量的标准不确定度进行评定。

　　1.标准不确定度u(P_X)
　　输入量P_X的标准不确定度u(P_X)的来源主要是由被测功率表的测量不重复引起。采用A类方法。考虑到被测表的准确度等级不是很高，并且在重复条件下所得到的测量列的分散性包含了直流电流源、直流电压源的稳定度、调节细度及读数误差所引起的不确定度，故不另作分析。对一台功率表选择300V、5A档在1500W分度线上，连续独立测量10次，得到测量列为1503.3，1503.0，1502.9，1503.7，1504.1，1504.5，1503.8，1503.1，1503.5，1504.2W。则=1503.61
　　单次实验标准差
　　在任意选取3台相同等级、型号、规格的功率表，每台在300V、5A档1500W分度线上，各自在重复性条件下连续测量10次，共得到3组测量列，每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如下:
　　S₁=0.61W S₂=0.58W S₃=0.73W
　　则合并样本标准差S_p为

　　则u(P_X)=S_p=0.621W，自由度ν(P_X)=m(n-1)=36

　　2.标准不确定度u(V_N1)
　　输入量V_N1的标准不确定度u(V_N1)主要由简化电位差计UJ15的误差引起。采用B类方法。
    简化电位差计准确度等级为0.05级，所以在监视300V电压时，最大允许误差为e₂=±0.05%×300V=±0.15V，半宽度a₂=0.15V，在区间内可以认为服从均匀分布，包含因子，则

    估计Δ=u(V_N1)/u(V_N1)=0.1，其自由度ν(V_N1)=50

　　3.标准不确定度u(V_N2)
　　输入量V_N2的标准不确定度u(V_N2)主要由电位差计UJ41的误差引起。采用B类方法。
　　电位差计准确度等级为0.01，所以在测量5A(R为0.1Ω)时，最大允许误差为e₃=±0.01%×5A×0.1Ω=±5×10^-5V，半宽度a₃=5×10^-5V，在区间内可以认为服从均匀分布，包含因子，则

估计Δu(V_N2)/u(V_N2)=0.1，其自由度ν(V_N1)=50

　　4.标准不确定度u(R_N)
　　输入量R_N的标准不确定度u(R_N)主要由标准电阻的误差引起。采用B类方法。
　　标准电阻的准确度等级为0.01级，其最大允许误差为e₄=±0.01%×0.1Ω=±1×10^-5Ω，半宽度a₄=1×10^-5Ω，在区间内可以认为服从均匀分布，包含因子，则

　　估计Δu(V_N2)/u(V_N2)=0.1，其自由度ν(V_N1)=50