电参数测量仪电压的不确定度评定

电参数测量仪电压的不确定度评定

【摘要】介绍了电参数测量仪的工作原理，以及用交直流标准源检测电参数测量仪电压的测量结果的不确定评定评定方法。

【关键词】电参数测量仪；电压；不确定度

随着测量技术的飞速发展，在生产试验中，人们提高了对电流电压功率的测量精度要求，传统的数字万用表已经不能满足测量的要求，于是选择使用更方便，测量精度更高的电参数测试仪来代替数字式万用表。与广泛使用的万用表相比，使用方便，只需要两个探测表笔，无需档位切换便可自动检测出待测电信号，且精度高，性能稳定，具有广阔的应用前景。电参数测量仪主要用于电压、电流、功率因数、频率等交流电参数的综合测量。它可一机多用，稳定可靠，是数字控制理论与计算机相结合的产物，真正实现了电参数测量的智能化控制。广泛应用于电力、家用电器、电机、电热器具等行业，尤其适用于照明电器及电机电器等制造厂家的生产线，实验室和质量监督检验部门。它具有测试方便，读书直观，适合用任何波形电量测量的特点，是模拟指示电测量仪表和一般数字化电工仪表的理想换代产品。

1.电参数测量仪的工作原理

本文所述电参数测量仪以杭州威博PF1020为例。PF1020电参数测量仪、采用数字同步采样技术、准确测量单相用电设备的电压、电流、功率、功率因数、频率等参数的真有效值。其工作原理如下图1所示。

交流电压（V）、电流（I）信号经高精度的电压互感器（PT）和电流互感器（CT）变换成对应的小信号。为保证采样的同时性，将信号分别输入到采样保持（Ｓ/Ｈ）电路，输入到高精度、快速Ａ/D转换器中，采集结果经CPU存贮在RAM中。根据数字采样原理，在输入信号一个周期波形中采样足够点数N，利用以下公式并调用算法计算电压、电流、功率、功率因素等参数的真有效值：

式中：N为采样点数，Vi、Ii(i=0，1，2，3......，N-1)为i时刻的瞬时电压、电流值。

2.以交直流标准源检测电参数测量仪电压为例，采用标准电压源法测量电压的不确定度评定

2.1 概述

(1)测量依据：JJG（航天）34—1999《交流数字电压表》检定规程。

(2)测量环境条件：环境温度（20±5）℃，相对湿度40%～55%。

(3)测量标准：交直流标准源。测量范围为交流电流40mA～22A，交流电压4～660V，准确度等级为±0.05%。

(4)被测对象：杭州威博单相电参数测量仪，型号：PF1020五窗口同时显示，电压0～450V/0～150V，电流0～20A/0～2A，测试电压精度±（读数的0.25%+量程的0.25%），±（读数的0.25%+量程的0.25%）。

(5)测量过程：采用交直流标准源作为测量标准来测量电参数测量仪的实际值。现以测量电压为代表介绍，调节交直流电源的电压值，即为电参数测量仪的标准值；读出电参数测量仪的读数，即为电参数测量仪的实际值。被测电参数测量仪的标准值与实际值之差为电参数测量仪的示值误差。原理图如图2所示。

2.2 数学模型

电压数学模型：ΔU=Ux-UN

式中，ΔU为被测电参数测量仪电压的示值误差；Ux为被测电参数测量仪电压显示值；UN为交直流标准表电压读数。

3.输入量不确定度评定

测量不确定度应包含以下几个部分：

(1)测量重复性引起的不确定度；

(2)交直流标准源的准确度引起的不确定度；

(3)被检电参数测量仪的读数分辨率引起的不确定度。

3.1 由电参数测量仪的测量重复性引入的标准不确定度分量，采用A类方法进行评定。

U1表示测量重复性引起的不确定度，用实验标准差表示。用LJC2005输出100V的标准直流电压信号给电参数测量仪，取被检表10次读数，测量数据如下表1：

U1的平均值是100.017V

平均值的实验标准差：

S==7.45*10-3

自由度为n-1=10-1=9

3.2 交直流标准源的准确度引起的不确定度，采用B类方法进行评定。

根据交直流标准源的技术指标，准确度为0.05级，满足均匀分布，包含因子：

k=，U2=0.05%*100/=2.89*10-2

3.3 电参数测量仪的读数分辨率引起的不确定度，采用B类方法进行评定。

电参数测量仪的读数分辨率为1*10-3，满足均匀分布，包含因子k=，由读数分辨率引入的不确定度分量为：

U3=1*10-3*0.5/=2.89*10-4

3.4 标准不确定度汇总表(表2)。

以上各分量互不相关，故合成标准不确定度为：

Uc==2.98*10-2

包含因子k=3时，扩展不确定度U=3Uc=8.9*10-2。

参考文献

[1]JJF1059-1999测量不确定度评定与表示.

[2]JJG(航天)34-1999《交流数字电压表》检定规程.

[3]叶德培.测量不确定度理解评定与应用[M].北京:中国计量,2007.