小型断路器温升试验的不确定度分析

中国检验检测2020年第6期小型断路器温升试验的不确定度分析
颜世灿
(镇江市产品质量监督检验中心，镇江212〇00)
摘要:本文研究了检测实验室测量不确定度的方法。

以小型断路器温升试验项目为例，我们进行了测量不确定度的评定，分析了试验过程中的不确定度来源。

通过建立数学模型，确定了其不确定度的评定方法，并详细计算了测量的不确定度，从而保证了试验测量结果的可靠性。

关键词：测量不确定度;小型断路器;检验检测;温升试验
中图分类号:TB942 文献标识码：A DOI：10. 16428/lO-1469/tb.2020. 06. 021
〇引言
检验检测是确定产品质量的一个重要手段，也 是验证产品性能是否符合国家标准的方法，而测量 不确定度是评定检验检测水平、判定测量结果的质 量的重要指标。

随着国家对产品质量的高度重视、国际贸易与科技交流迫切要求，促使国内外认证认 可机构对检测实验室的测量不确定度提出了越来越 高的要求。

测量不确定度评定方法影响着检测数据 测量结果的准确性，不确定度越小，系统测量精确度 就越高，质量就越好。

低压电器的温升参数是电器 产品质量的一项重要指标，其数值的大小直接影响 产品的质量和生产成本，生产厂家和用户都十分注 意，因此，低压电器温升试验显得尤为重要。

本文依 据GB/T27418-2017《测量不确定度评定与表示》和CNAS-G L05:2016《测量不确定度要求的实施指 南》，以对低压电器产品的温升试验进行测量结果 的不确定度分析为例，探讨对产品进行不确定评定 的方法与计算。

1测量不确定度评定与表示
测量不确定度是与测量结果关联的一个参数，用于表征合理赋予被测量的值的分散性。

它可以用 于“不确定度”方式，也可以是一个标准偏差（或其 给定的倍数）或给定置信度区间的半宽度。

该参量 常由很多分量组成，可以从它的表达式中定义获得 不确定度的不同方法。

测量不确定度的评定步骤如 下:①分析与识别不确定来源;②根据试验项目建立 相应的测量数学模型;③不确定度的分析与计算;④ 测量不确定度汇总和报告。

1.1不确定度来源的分析与识别
对检测和校准结果测量不确定度来源的分析与 识别应从测量方法、测量系统和测量程序上作详细 的研究，来源主要来自以下十个方面:①对被测量的 定义不完善;②实现被测量的定义的方法不理想;③ 取样的代表性不够全面;④对环境条件的测量与控 制不完善;⑤对模拟仪器的读数存在人为偏差;⑥测 量仪器的分辨率不够;⑦赋予计量标准的值不准;⑧ 引用于数据计算的参量不准;⑨测量方法和程序的 近似性和假定性;⑩在表面上看完全相同的情况下，被测量重复观测值的变化。

1.2建立数学模型
实际试验测量中，被测量y和所有《个输人量 ^，义2,…，总之间的函数关系，一般可以写成：y = /(芩,尤2,…，z…)，数学模型的具体形式跟试验方法、被测量等有关。

安捷伦34972A的准确度、T型 热电偶的准确度、试验电流测量的准确性、仪表读数 的分辨力、数据修约的误差及检测人员读数因素。

本试验过程严格遵守GB/T 10963. 1-2005温升测 量的规范要求,为规范化测量。

所以，不确定度的来 源应包括:测量重复性引起的Ul;安捷伦34972A引起的u2;T型热电偶准确度等级引起的u3;试验电流 测量准确性引起的u4;仪表读数分辨力引起的《5;数据修约引起的《6。

U j=u]+u l+u l+u24+u25+ u\
2不确定度的分析及其计算
本试验采用热电偶和数据采集器组成系统进行 测量电器产品的试验温度。

以一小型断路器（额定 电流63A)为试品，试验从冷态开始通电，经2h升温
—67 —
后进人温升稳定状态。

安捷伦34972A 数据采集/ 开关单元每5min 采集并存储一次温度数据。

为了 取得较理想数据，热电偶采取胶粘法固定，6人进行 了 6次独立测试，其中进线端子温升数据见表1。

表1
进线端子温升数据
次数1234
5
6
平均值进线端温升32. 132.232.232.432.332.5
32. 23
图1 A 类评定流程
图2 B 类评定流程
2.1 A 类不确定度的分析和计算
由温度测量重复性引起的不确定度分量归于A 类不确定度。

它是通过独立重复观测6次而得的实 验标准差。

合成样本标准差（A 类不确定度）为：（/! 核查次数，/^ = 6),按图1评定流程，计算如下：
1 ('-又)2
uA (X )
=
I 。

一,------ - 0. 060A ：
W 7l X (/i
-
l )
2.2 B 类不确定度的分析及其计算
按图2B 类评定流程计算过程如下：
2.2.1安捷伦34972A 引起的不确定度根据 其技术指标可知，当安捷伦34972A 采用热电偶传 感器测量温度时，其转换准确度为0.05T 。

在缺乏 其它信息的情况下
，一
般估计为均匀分布是较为合
理的，即f c = 3。

则《2为：
u2 =
0. 05
»= 0. 029K
2.2.2
T 型热电偶引起的不确定度
根据其技术指标可知，T 型热电偶的准确度等 级为±1尺，在缺乏其它信息的情况下，一般估计为 均勻分布是较为合理的，即A = 3。

则u 3为：
lx , = — = 0. 571K
73
2.2.3试验电流测量引起的不确定度 在本次试验中测得的最高温升值为32. 5尺，根 据电流表校准证书可知，电流测量准确度为± 1,
则
由此影响所造成的温升误差限为：32.5 x 1% x 2
=± 0. 65。

其置信区间半宽度为0. 65K ,
所以〜为：
«4 = = 〇• 375/C
V 3
2.2.4仪表读数分辨力和数据修约引起的不 确定度
考虑到检测仪表所示数据的位数为五位小数， 其分辨力为0.00001。

则由分辨力和数据修约带来 的不确定度u 5和u 6可忽略不计。

2.3合成不确定度的分析及其计算
由于h 、u 2、u 3、u 4、u 5、w 6相互独立，互不相关， 故合成标准不确定度4可按式(3)得出：U f = +
u \ + U 3 + u 4 + U 5 +
U6 〇• 69尺
2.4扩展不确定度的分析及其计算
取扩展因子& = 2,则为：
U
x u T = 2 x 0.69 = 1.38K
2.5测量不确定度汇总和报告
该小型断路器温升测量不确定度如表2所示， 测量结果最终表示方式为：
r = t ±" = (32.3 ±1.38)尺（i = 2，p = 0.95)
其中，U 由合成不确定度= 0.69A ：，
使用包
含因子A ： = 2而得。

表 2
小型断路器温升测量不确定度
符号
来源类型概率分布包含因子标准不确
定度灵敏系数
u \
测量重复性A t
1
0.0601U 2安捷伦34972A B 均匀0.029
1u 3
T 型热电偶B 均匀芯
0.5771u 4
试验电流B 均匀730. 3751U 5仪表分辨率B 均匀7301U 6
数据修约B 均匀
7301ll'Y 温度测量合成t /0.69/u
温度测量
扩展
t
2
1.38
/
3结语
本文介绍类不确定度的计算方法，并以小型断
路器产品的温升试验项目为例来评定测量不确定 度，分析了给定条件下的所有的重要不确定度分量， 可以得到比较准确的测量不确定数据，从而保证了 小型断路器的温升检验检测结果（下转第59页）
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68 —
2采用测温架进行火焰温度测量
GB/T 19216. 11-2003中要求对耐火试验用火 源进行验证，即在标准规定的流量下测量火焰温度 是否符合标准规定。

火焰温度的测量是电线电缆耐 火试验的关键步骤，试验时的火焰温度是否符合标 准要求对试验结果有着至关重要的影响。

按照GB/ T 19216. 11-2003中的要求，应使用两根1.5mm矿 物绝缘不锈钢K型热电偶进行火焰温度的测量，热 电偶测量位置:两个热电偶分别放置在距离喷灯水 平中心线125±25mm的位置,热电偶与喷灯水平距 离为45mm、垂直距离70mm;要求持续测量温度lOmin,每30s记录一次数据，10m in内平均值应在 750〗°尤范围内，且两个热电偶读数平均值的最大差 值不超过401,视为火源通过验证。

标准中规定的 热电偶的测量位置是抽象的空间位置，且测量时长 为lOmin，如果在测量火焰温度时采用人工手持热 电偶进行测量，则至少需要2~3人进行操作，而且 在测量过程中热电偶很难保持在同一位置，容易产 生位置偏移，造成火焰温度测量不准确。

图2测温架
因此,根据标准给出的距离尺寸定制了测温架。

在测量火焰温度时，测温架通过卡扣固定在喷灯上 方，热电偶插人测温架两端的测量孔中进行火焰温 度的测量。

通过测温架可以保证热电偶的测量位置 符合标准要求，且位置不会发生偏移,既方便快捷节
(上接第68页）
数据的可靠性。

本文这种计算测量不确定的例子,可以给其他检测机构评定测量不确定度起到一定的 参考作用。

参考文献
[1]施昌彦，刘风.测量不确定度评定与表示指南[M].北
京:中国计量出版社,2003省人力，又减少了人为操作过程中产生的误差。

3对试样两端进行固定
耐火试验是模拟电线电缆在在着火情况下线路 运行能力的验证。

在整个试验过程中，火焰应持续 覆盖在试样表面。

但由于电缆材料在受热时易发生 热变形，在试验过程中电缆会因受热而弯曲或拱起 (尤其是电线和小截面电缆），偏离原放置位置，离 开火焰覆盖区域，无法对电缆的耐火性能进行客观 正确的判定，造成试验失败。

图3耐火试验时照片
为此，在放置试样时应对试样进行固定，即在试 样两端火焰没有覆盖的位置用铜丝进行固定（不宜 捆扎过紧），防止试样弯曲变形脱离火焰覆盖范围，增加检验结果的准确性。

4结论
通过以上改进，减少或避免了客观因素对耐火 电线电缆的线路完整性试验的干扰，提高了火焰的 稳定性及火焰温度测量的精准度，对电线电缆的内 火性能判定更加准确。

参考文献
[1] GB/T 19216. 11-2003《在火焰条件下电缆或光缆的线
路完整性试验第I I部分:试验装置--火焰温度不低
于750t的单独供火》[S].
[2] GB/T 19216. 21-2003《在火焰条件下电缆或光缆的线
路完整性试验第21部分：试验步骤和要求--额定电
压0.6/lkV及以下电缆》[S].
[2]张英男.低压电器检测设备的选择和测量不确定度
[J].数字技术与应用,2010(8)
[3] UF 1059. 1-2012测量不确定度评定与表示[S].北
京：中国质检出版社，2012
[4]邱军，陈建兵.低压电器质量检验及其不确定度分析
[J].上海计量测试,2006(2)
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59 —。