多功能校準(zhǔn)儀交流電壓示值誤差的
測(cè)量不確定度評(píng)定
1 概述
1.1 測(cè)量依據(jù)：JJG(電子)02003-1988《DO30-C型數(shù)字式
三用表校驗(yàn)儀檢定規(guī)程(試行)》
1.2 測(cè)量環(huán)境條件：環(huán)境溫度(20±0.5)℃，相對(duì)濕度(40~70)%
1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：參考級(jí)數(shù)字多用表，型號(hào)FLUKE8508A，交流電壓測(cè)量范圍20mV~1020V，年最大允許示值誤差±(8×10-5×讀數(shù)+1×10-5×
量程)
1.4 被測(cè)對(duì)象：數(shù)字
多功能校準(zhǔn)儀，型號(hào)FLUKE5500A，輸出值交流10V，頻率60Hz，年最大允許示值誤差±(0.04%×輸出值+600μV)。
1.5 測(cè)量方法：采用直接測(cè)量法，將數(shù)字多用表與被測(cè)
多功能校準(zhǔn)儀直接連接，由數(shù)字多用表直接測(cè)量
多功能校準(zhǔn)儀輸出的交流電壓(整數(shù)值)并讀得相應(yīng)讀數(shù)。將被測(cè)
多功能校準(zhǔn)儀輸出值與數(shù)字多用表讀數(shù)值相減，其差值即為
多功能校準(zhǔn)儀交流輸出電壓的示值誤差。由測(cè)量方法可知，其示值誤差的不確定度主要來源于被測(cè)
多功能校準(zhǔn)儀和測(cè)量用的數(shù)字多用表。
2 數(shù)學(xué)模型
待測(cè)量
多功能校準(zhǔn)儀交流電壓的示值誤差Ev可表示為
Ev=Vx-VN+δVx+δVN
式中Vx——
多功能校準(zhǔn)儀輸出的電壓示值；
VN——數(shù)字多用表測(cè)得的電壓值；
δVx——
多功能校準(zhǔn)儀的基本誤差、年內(nèi)飄移及分辨力等，對(duì)測(cè)量的影響；
δVN——數(shù)字多用表的基本誤差及漂移對(duì)測(cè)量的影響。
3 被測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定
根據(jù)數(shù)學(xué)模型被測(cè)
多功能校準(zhǔn)儀示值誤差的不確定度取決于輸入量Vx、VN、δVx、δVN的不確定度。
3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vx)的評(píng)定(A類)
在輸出10V電壓時(shí)，
多功能校準(zhǔn)儀上的電壓表始終顯示10.0000V，沒有任何數(shù)字發(fā)散，所以u(píng)(Vx)=0。
3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(VN)的評(píng)定(A類)
u(VN)主要來源是由數(shù)字多用表的測(cè)量不重復(fù)性引起的。取一臺(tái)
多功能校準(zhǔn)儀(FLUKE5500A)，選擇輸出10V，在相同溫濕度，在重復(fù)性條件下，用數(shù)字多用表(FLUKE8508A)連續(xù)測(cè)量10次，獲得1組測(cè)量值，見表1。
表1 單次測(cè)量結(jié)果
測(cè)量次數(shù) |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
測(cè)量值(V) |
10.00116 |
10.00117 |
10.00112 |
10.00116 |
10.00110 |
測(cè)量次數(shù) |
x6 |
x7 |
x8 |
x9 |
x10 |
測(cè)量值(V) |
10.00115 |
10.00110 |
10.00121 |
10.00120 |
10.00119 |
單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差用貝塞爾公式計(jì)算如下：
，
由于是單次測(cè)量，即
u(VN)=s=39.2μV
自由度veff=10-1=9
3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δVx)的評(píng)定(B類)
多功能校準(zhǔn)儀的基本誤差(穩(wěn)定度)、年內(nèi)漂移等引起的不確定度已包含在重復(fù)性條件下所得的測(cè)量列的分散性中，故在此只分析輸出分辨力引起的測(cè)量誤差。
多功能校準(zhǔn)儀在輸出10.0000V時(shí)只能顯示到最小100μV的分辨率，因此包含了±50μV的誤差。按均勻分布，取包含因子k=
，則
u(δVx)=a/k=50/
=28.86μV。
估計(jì)|δu(δVx) / u(δVx)|為0.2，則自由度為12。
3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(δVN)的評(píng)定(B類)
根據(jù)數(shù)字多用表(FLUKE8508A)說明書，交流電壓20V
量程的年最大允許誤差e=±(8×10-5×讀數(shù)+1×10-5×
量程)。測(cè)量10V時(shí)，e=±(8×10-5×10V+1×10-5×20V)=0.0010V。按均勻分布，取包含因子k=
，則
u(δVN)=a/k=0.001V/
=57.7μV
估計(jì)|δu(δVN) / u(δVN)|為0.2，則自由度為12。
4 合成不確定度的評(píng)定
4.1 引起Ev不確定度各分量靈敏度系數(shù)分析
數(shù)學(xué)模型 Ev=Vx-VN+δVx+δVN
靈敏系數(shù)
，
，
，
4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總于表2。
表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量匯總表
u(xi) |
不確定度來源 |
標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量
u(xi) |
ci |
|ci|u(xi) |
vi |
u(Vx) |
被測(cè)多功能校準(zhǔn)儀 |
0 |
1 |
0 |
/ |
u(VN) |
數(shù)字多用表讀數(shù)重復(fù)性 |
39.2μV |
-1 |
39.2μV |
9 |
u(δVx) |
多功能校準(zhǔn)儀分辨力 |
28.86μV |
1 |
28.86μV |
12 |
u(δVN) |
數(shù)字多用表的允許誤差 |
57.7μV |
1 |
57.7μV |
12 |
4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算
輸入量Vx、VN、δVx、δVN彼此獨(dú)立不相關(guān)，合成不確定度可按下式得到
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度
5 擴(kuò)展不確定度的確定
取置信概率95%時(shí)，按有效自由度veff=25查t分布表得 k=t(95)=2.06
U95=t95(25)×
=2.06×75.49μV=155.5μV
6 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示
數(shù)字多用表在檢定規(guī)程的測(cè)量條件下，對(duì)
多功能校準(zhǔn)儀輸出值10.00000V的示值誤差Ev的擴(kuò)展不確定度為
U95=155.5μV，veff=25
7.相對(duì)不確定度：Urel=0.00155%
8.
多功能校準(zhǔn)儀交流電壓示值誤差的測(cè)量不確定度表
項(xiàng)目 |
電壓 |
電壓 |
電壓 |
電壓 |
電壓 |
電壓 |
量程 |
（0.01~10）mV |
(10~1000)mV |
(1~10)V |
(10~100)V |
(100~500)V |
(500~1000)V |
Urel |
Urel=0.00169%
|
Urel=0.00161%
|
Urel=0.00155%
|
Urel=0.00150%
|
Urel=0.00145%
|
Urel=0.00141%
|
評(píng)定人： 確認(rèn)： 年 月 日
