谐波不确定度分析

关于EMC测量中谐波试验的不确定度分析

摘要:

EMC测试中有一项要求检测设备电源端子谐波的测试（2次~40次），在CISPR16-4-1:2005明确了测量不确定度的要求，但没有给出范例。本文将分析并力求列出测量过程中的各主要的不确定度分量，并做出评定。在分析评定过程中，依据JJF 1059-1999《测量不确定度的评定与表达》对检测实验室应用不确定度的几项规定作了简化，如没有给出自由度、计算合成不确定度时，没有考虑相关性以及取k为2等，文中不再另指出。

关键词：
谐波测试 不确定度

分析：
1、 谐波发射测量方法
EUT工作时产生的电流失真经过数据采集注入到电网，通过数据采集卡、软件进行分析测量。如图1所示。




图1、谐波测量系统连接图
通过对谐波发射测试过程的了解，主要影响不确定度的因子有两部分，一部分是电源供电偏差的影响，另一部分属于分析仪偏差的影响。

2、不确定度来源u(X)
① 测量人员重复性引起的不确定度，属于A类不确定度，正态分布，可通过计算平均值的实验标准差s（ ）得到。根据经验得到，使用同一测试布置、同一样品时，3次谐波的离散性是最大的。10次测量3次谐波的数据如下表所示：

测量测次数 3次谐波分量占限值的百分比 测量测次数 3次谐波分量占限值的百分比
1 14.0% 6 13.8%
2 13.8% 7 13.7%
3 13.8% 8 14.1%
4 13.7% 9 14.2%
5 13.7% 10 14.3%
10次测量的最佳评估值为：
=13.9%
样本方差
=0.22%
则平均值的实验标准差
=0.148%
则由测量人员重复性引起的不确定度 =0.148%

② 电源稳定性：根据标准IEC61000-4-7《电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则》，发射评估的测量配置规定“试验电压应在所选电压的±2%之内维持长时间稳定，频率在所选频率的±0.5%之内维持长时间稳定”，则电源造成的误差应在±2.5之内，属于B类不确定度，可能估计为矩形概率分布，则
=1.443%
③ 电源电压畸变：由于电源中存在有限的正弦失真，电源电压的畸变也会对测试产生影响。在IEC61000-4-7中规定，差得最大允许误差0.9%（3次谐波），属于B类不确定度，可能估计为矩形概率分布，则
=0.520%
④ 分析仪的准确度：根据标准IEC61000-4-7查得最大允许误差为±5%，属于B类不确定度，可能估计为正态概率分布，则
=2.500%
⑤ 负载效应：根据标准IEC61000-4-7中发射评估的测量配置，“在发射试验期间，由仪器电压表部分的负载效应和设置的人工中性网路引入的EUT电流测量误差，不应该

超过幅哦。05%。” 属于B类不确定度，可能估计为矩形概率分布，则
=0.029%
⑥ 电缆连接线的衰减修正引起的不确定度。因所用的信号线很短（1m），根据经验，
小于3m一般不考虑其衰减，因此相应的其引起的不确定度也可不考虑。
⑦ 测量环境带来的不确定度。包括环境温湿度和环境噪声电平的影响。根据谐波测试操作说明，在15℃~35℃（30℃时湿度不超过95%）温度范围内，其测量误差影响很小。根据经验所得，谐波大小与功率成正比，只要EUT进入到一个稳定的工作状态，功率可以稳定。经过测量，实验室环境电平很小，对测量结果基本没有影响，也可忽略。
4、计算合成标准不确定度
不确定度分量列表
输入量 概率分布 包含因子 ci ciu(xi)
(%)
测量人员重复性u1 正态分布 1 1 0.148
电源稳定性u2 矩形分布
1 1.443
电源电压畸变u3 矩形分布
1 0.520
分析仪的准确度u4 正态分布 2 1 2.500
负载效应u5 矩形分布
1 0.029

=3.06%
5、计算扩展不确定度
取k=2，则扩展不确定度 =6.12%
6、检测结果表述和评定
在谐波发射测试中，测量结果不确定度为 =6.12%（k=2）。