[高压标准电容器示值误差的测量不确定度评定]误差与不确定度的区别
时间：2019-04-17 03:39:53 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】 以高压标准电容器测量结果不确定度评定为例，在提出数学模型的基础上，对各不确定度分量的来源及影响进行了详细分析和评定，并给出了有效自由度和扩展不确定度概念。由于有关高压电器方面的测量结果不确定度评定目前尚无标准，所以这一分析将有助于这方面信息和经验的交流，并促进同类实验室间的相互合作与研究。
【关键词】： 标准电容器 ，不确定度分量， 评定
【 abstract 】
High voltage capacitor measurement results in standard uncertainty as an example, the proposed based on mathematical model, the uncertainty of the source and the impact on the detailed analysis and evaluation, and gives the effective freedom and expanded uncertainty concept. Due to the high voltage apparatus areas of measurement results of the uncertainty at present there is no standard, so this analysis will help this information and experience of the exchange, and promote similar laboratory of mutual cooperation and research.
【 key words 】 : standard capacitor, uncertainty, and evaluation
中图分类号：O141.4文献标识码：A 文章编号：
一、测量标准
1．建立测量标准的目的、意义和用途
标准电容器是保存和传递电容量的实物标准。电容测试仪、电容电桥、RLC测试仪等仪器是我厂检验电容器质量的主要计量器具，广泛应用于生产和科研部门，为保证量值的准确可靠，解决量值溯源和传递问题，建立计量标准—标准电容箱标准器是十分必要的。
标准电容箱标准器是校准电容测试仪、电容电桥、RLC测试仪的电容量测量不确定度的一套标准器具。
2．测量标准的组成和工作原理
测量标准由SB2020精密十进位电容箱组成。SB2020精密十进位电容箱采用进口材料、特殊工艺加工制作的精密标准电容器，并经过老化处理、严格筛选，具有电容值准确性高，稳定性好，介质损耗小，容量随温度和频率变化小的特点，用于对电容测试仪、电容电桥、RLC测试仪的直接校准，测量工作原理如下图所示：
3．检定方法和检定依据
检定方法为直接检定法，检定依据为GJB/J5412-2005宽量程数字RLC测量仪检定规程。
二、测量标准性能
SB2020精密十进位电容箱主要技术指标：
电容值范围： 100pF～111.111uF
电容箱精度：±0.05%（100pF～1.0uF：1000Hz, 1uF～100uF: 100Hz）
温度系数：±5×10-5/℃
扩展不确定度：
置信概率P=95%，扩展因子tP =1.96，标准电容箱的扩展不确定度U为0.038%。
三、校准（检定）环境条件
项目名称 要 求 实际情况
四、测量标准不确定度的评定
1. 输出量
在实际检定时,标准电容箱标准器的输出量为标准器的有效C值。
2．数学模型
Y = Cei
Cei—— C 标准的实际有效C值
3. 不确定度来源
3.1 标准电容箱实际输出有效C值的不准确
3.2 Cei年稳定度引入的不确定度
3.3 温度变化引入的不确定度
3.4重复测量引入的不确定度
4. 标准不确定度评定
4.1 标准电容箱输出的Cei不准确所引入的不确定度分量u1
采用B类评定方法评定，视为正态分布，取包含因子K=2， a由上级计量检定部门检定证书中给出的扩展不确定度为0.02%
u1=0.02%/2=0.01%
数据来源于上级校准证书，认为u1很可靠，其自由度为ν1→∞
4.2 Cei年稳定度引入的不确定度分量u2
由SB2020技术说明书给出其年稳定度为5×10-4，按B类方法评定，视为均匀分布，取包含因子K=1.73，则
u2=5×10-4/1.73=2.89×10-4=0.03%
不可靠度为10%，自由度ν2=50
4.3 温度变化引入的不确定度分量u3
温度是影响标准电容器量值的重要因素,由技术说明书得知,标准电容量的温度系数为
5×10-5/0C,在实际测量中，温度变化了50C，按B类方法评定，视为均匀分布，取包含因子K=1.73，则
u3=5×10-5×5/1.73=1.44×10-4=0.014%
不可靠度为10%，自由度ν3=50
4.4 重复测量引入的不确定度分量u4
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
测量值（uF） 0.1000 0.0999 0.0999 0.0999 0.0999 0.0999 0.1000 0.1000 0.1001 0.0999
由于电容测试仪的测量不重复引入的标准不确定度，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。选择重复性较好的4263B型RLC测试仪对SB2020输出为0.1uF时，在短时间内重复观测10次，得到测量列：
按下式计算出单次实验标准偏差：
=5.3×10-5uF
实验标准偏差相对值：
sn（）/0.1001=0.053%
=0.017%
自由度ν4=10-1=9
5. 合成标准不确定度
由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：
= 0.038%
6. 扩展不确定度
有效自由度νeff =
由νeff =∞，查t分布临界值表得：当置信概率P=95%，t P=1.96，则
U= t P·uc =1.96×0.038%=0.074%
五、测量标准重复性
选择重复性较好的4263B型RLC测试对SB2020输出为0.1uF时，在短时间内重复观测10次，得到测量列：
按下式计算出单次实验标准偏差：
=0.000020uF
实验标准偏差相对值：
sn（x）/0.100=0.020%
结论：用10次测量的实验标准偏差相对值来表征标准器的重复性，标准器的重复性小于合成标准不确定度的三分之二，符合要求。
六、测量标准稳定性
选择重复性较好的4263B型RLC测试仪对SB2020输出为0.1uF时，每隔一个月测量一次，每次取10个数据，共测5次，（即n=10，m=5），进行测量标准的稳定性测量，测量数据如下：
实验标准偏差相对值：sm/0.100=0.036%
结论：用5次抽查测量的实验标准偏差相对值来表征标准器输出的稳定性，标准器的稳定性小于合成标准不确定度，符合要求。
七、测量标准不确定度的验证
本电容标准器送上级计量检定技术机构检定，给出检定值Y0，本标准器的示值Y与其检定证书中给出的检定结果Y0进行比较，其偏差相对值应小于本检定装置的扩展不确定度U。
本检定装置
示值Y 检定证书测量值Y0 本标准扩展
不确定度U
1000nF 1000.20nF 0.02% 0.074%
本检定装置的扩展不确定度经验证满足≤U，符合要求。
八、结论
经评定，本标准电容箱标准器的扩展不确定度为0.074%，并经验证满足要求，符合
GJB/J5412-2005宽量程数字RLC测量仪检定规程的要求。可以开展RLC测量仪、LCCG-1、WQJ-1等电容测试仪、电容电桥的检定工作。
九、参考文献
1. SB2020 技术说明书
2. GJB/J5412-2005宽量程数字RLC测量仪检定规程
3. JJG197—79 LCCG—1型高频电感电容测试仪试行检定规程
4.JJG137-86CC-6 型小电容测试仪检定规程
5.JJG138-86CCJ-1C 型精密电容测量仪检定规程
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
