标准电阻自动检定装置测量值的不确定度评定

李瑞坚等：标准电阻自动检定装置　量值的不确定度评定　标准电阻自动检定装置测量值的不确定度评定　李瑞坚摘蔡小宏　（中国空１９技术研究院西安分院，陕西西安７１０１００）　要：本文采用同标称值替代法，按照ＪＪＦ１０３３—２００８（计量标准考核规范》、ＪＪＦ１０５９．１—２０１２｛测量不确定度评定与表示》及相关计量检定程序和计量技术　规范的要求，应用测量不确定度理论，对标准电阻自动检定系统测量值的不确定度进行定量分析。　关键词：标准电阻；自动检定系统；测量不确定度　中图分类号：ＴＭ９３４．１　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：４７０．４０１７　Ｔｈｅ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｉｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｒｅｓｉｓｔｏｒ　Ａｕｔｏ——Ｖｅｒｉｆｙｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｌｉ　Ｒｕｉｊｉａｎ　Ｃａｉ　Ｘｉａｏｈｏｎｇ　１　引言　定参数，用户还可以自定义默认的参数没置并修改限值。　直流标准电阻是电磁学计量的重要参数，一直以来　标准电阻的检定主要通过人工手动完成，包括电阻的接　线、浸油、通道转换，以及记数、检定数据处理等，不但耗　时长，劳动强度大，而且在人工处理检定数据的过程中，　经常出现错误，工作效率低下。因而这种检定方法迫切　需要被淘汰，取而代之的是由计算机及其外部设备组成　的直流标准电阻自动检定系统。自动检定系统除标准电　阻的接线，浸油等必须由人工进行操作以外，其他检定环　（４）实现检定结果自动处理功能。软件将采集的测　试结果以数据和图表的形式显示，并且实现实时不确定　度分析、绘图、历史数据存入、数据回归分析等检定过程　的自动化处理。　（５）实现数据统一管理功能。数据库记录了所有的　数据信息和工作日志，可以方便的查询以往的检定记录。　自动检定系统使得检定过程中的各方面信息，如检　定人员、检定数据、检定报告、检定系统日志等信息能进　行统一协调管理。　节全部由系统自动完成，具有快速、准确的特点，很大程　度上减轻了检定人员的劳动轻度、提高了工作效率。　本文以检定二等标准电阻的标准电阻自动检定系统　ｌ计算机１．．　．．Ｉ打印机　▲　’　ＩＥＥＥ－４８８　作为研究对象，按照ＪＪＦｌ０３３—２００８《计量标准考核规　范》、Ｊ．１Ｆ１０５９．１—２０１２（￣量不确定度评定与表示》及相关　计量检定程序和计量技术规范的要求，应用测量不确定　度理论，对该系统的测量值的不确定度进行定量分析。　２标准电阻自动检定系统介绍　本文以标准电阻自动检定系统为研究对象。该系统　软件基于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台，硬件由计算机、打印机、ＢＺ３一　：　Ｈ　１：　　奇　，　ｆ　电源　』　，　，　ｆ　、　精密直流　准电阻及被测电阻）　ｌ’Ｉ　桥　图１标准电阻自动检定系统构成　等标准电阻、６２４２Ａ自动电阻电桥、四端矩阵扫描开关、　量程扩展器、精密直流电源等构成。配套设备由恒温油　槽、测温电桥、铂电阻温度计等构成，如图１所示。　该标准电阻自动检定系统具有以下功能：　（１）实现检定过程的全自动化，无需对系统进行人工　硬件调整。所有的检定操作都可以通过计算机上的参数　设置（自动或手动）来实现。　２．１检定过程和方法　（１）检定准备　提前打开恒温油槽，设定油槽额定转速使油槽内机　油温度按规定时间达到检定规定的（２０±０．００１）ｃＩｃ。检　定前将连接好测试线的标准和被检标准电阻器置于恒温　（２）实现整个｛见４量量程内四线测量，采用自动电流换　油槽中恒温两小时，将测温电桥、６２４２电阻电桥、四端矩　阵扫描开关、量程扩展器、精密电源等用相应的串口线、　向消除反向热电势并能实现内置自动校准。　检查无误接通电源。　（３）实现检定参数自定义功能。用户可以灵活制定检　通讯线或电源线连接好，收稿日期：２０１４—０４—０８　《计量与测ａｔ＂技术　１４羊第４１基第８期　（２）检定过程　３．４标准不确定度的Ａ类评定　首先根据被检电阻器阻值大小设置不同的测量参数　如检定电流、采样时间、采样次数等。检定开始后，计算　Ａ类标准不确定度主要来源于测量的重复性，引线　热接触电势、供电电压变化、电磁干扰对钡４量结果的影响　一机控制扫描开关开始工作，并从电阻电桥上读取相关数　据。计算机在对测量线路进行有无开路、短路、接反等检　查后，开始送测量信号给扫描开关，扫描开关送出相应的　检定电流至标准及被检电阻器。检定过程中，计算机始　终通过读取测温电桥的数据来控制油槽温度。计算机控　制扫描开关及电阻电桥，完成对标准电阻和被检电阻的　逐一测量。然后依次进行下一电阻值的检定。全部电阻　包括在连续测量列的离散性中，故不再分析其影响。用　套一等标准电阻器检定一套二等标准电阻器，在相同　的测量条件下对被检定电阻器测量１Ｏ次，每次取１Ｏ个　测量结果平均值作检定结果。按贝塞尔公式ｓ（　）＝　，计算标准偏差　量结果贼１：　表１　１ｎ电阻重复性测量数据（检定电流０．１Ａ）　值测量完成后，在计算机上可完成检定数据的处理。　２．２测量原理　（１）测量ｉｎ（含）以上标准电阻时采用同标称值替代　法，６２４２Ａ自动电桥同时测量电阻标准器足和被检电阻　，则被检电阻器Ｒ　的电阻值为：　Ｒｘ＝Ｒ　＋（Ａ　一　）　（１）　式中：Ａ　一测量　时测量仪器的示值；Ａ　一测量　时测量仪器的示值。　（２）测量０．１Ｑ、０．０１Ｑ、０．００１￣２三组标准电阻时采用　过渡传递法，采用的过渡标准器为１Ｑ标准电阻，测量被　测电阻　时精密直流电源输出大电流直接加至被测电　阻上，测量１Ｑ标准电阻时精密直流电源输出电流通过　量程扩展器按照１０：１、１００：１、１０００：１的比例系数衰减后　加至１Ｑ标准器上，则被检电阻器　的电阻值为：　Ｒ　＝【Ｒ　＋（Ａ　一Ａ　）ｊ／Ｃ　（２）　３不确定度分析　本文以该标准电阻自动检定装置检定ｌＱ标准电阻　器为例进行测量值的不确定度分析。　３．１检定依据　检定依据：（（ＪＪＧ１６６—１９９３直流电阻器检定规程》。　３．２检定方法　将标准电阻和被检电阻同时置于恒温油槽中，并连　接至６２４２Ａ自动电阻电桥，电桥可直接测出被测电阻实　际值，并在计算机上显示。　３．３测量模型　△Ｒｘ＝　一尺　＋△　＋△　＋　Ｇ＋ＡＲｐ＋ｚ３Ｒ　（３）　式中：ＡＲ　一被检电阻器示值误差；　一被检电阻器实测值；　Ｒ日一被检电阻值给定值；　ＡＲ　一标准电阻器年稳定性误差；　ＡＲＤ一自动电桥误差；　ＡＲＧ一标准装置灵敏度误差；　ＡＲ　一负载效应误差；　ＡＲ　一温度控制变化误差。　由表１知１Ｑ标准电阻由重复性引起的不确定度分　量为：０．１０Ｘ　１０－¨。　３．５标准不确定度的Ｂ类评定　用于不同于观测列的统计分析来评定的标准不确定　度称为Ｂ类标准不确定度，它是根据许多已知的信息　进行评定。　（１）标准电阻器引入的不确定度分量／２，　按照直流标准电阻器检定系统标准的要求，传递二　等标准电阻器时需选用一等标准电阻器做标准，一等枥　准电阻器的不确定度由上级技术机构检定时在证书中期　定，按照检定规程的规定，一等标准电阻器的技术指标女【　表２。　表２一等标准电阻器的技术指标　表３标准电阻器引入的不确定度分量　标准电阻器具有稳定度指标，因此，标准电阻器引／＾　的不确定度分量ｕ　由两部分组成，即标准电阻器本身　不确定度（上级技术机构给出）和标准电阻器的年稳是　度，假设年稳定度三角分布取包含因子ｋ＝√６，传递不　定度取包含因子ｋ＝３则标准电阻器引入的不确定度　式（４）合成。其计算结果见表３。　（４　李瑞坚等：标准电阻自动捡定装置痢量值的不确定度评定　（２）自动电桥’狈４量误差引入的不确定度分量　Ｄ　此项分量由自动电桥技术指标计算，查自动电桥技　术指标为Ｏ．２　ｘ　１０～，假设其为正态分布，取包含因子ｋ　２．５８，则由此引人的不确定度分量ＵＤ见表４。　＝＝　×ａ　Ｘ　Ｐ　（７）　表４自动电桥测量误差引入的不确定度分量ＵＤ　（３）标准装置灵敏度引入的不确定度分量“ｃ　灵敏度引入的不确定度分量取决于装置的灵敏度和　灵敏度阀，装置的灵敏度越高，测量过程中分辨力越强，　该项不确定度分量就越小。　（５）温度控制不准确引入的不确定度分量／ｄ，　温度的允差对温度测量准确度的要求，是根据温度　误差的大小来确定的。检定二等标准电阻器时，要采用　恒温油槽，控制温度准确要求０．０１￣Ｃ以下，本检定装置　所用油槽实际控温精度为±Ｏ．００１　ｏＣ，为三角分布，在参　考温度范围内不再考虑电阻器的二次项温度系数的情况　下，被检电阻器由于温度所引入的不确定度可按公式（８）　计算，计算结果见表７。　Ｍ　：　‘　表７温度控制引入的不确定度分量ｕ　（８）　在替代法中，由于标准和被检需要进行两次读数，所　以灵敏度引入的不确定度分量／／＇Ｇ可按式（５）计算。　皇里堡整篁　箜堡塑塑　：！！　：！　：　垒！　：！　ｌ　１　１０　Ｏ．０ｏ１　！　：！　０．ｏ４　ｃ＿－ｊ　ｃ　＋ｃ去＝４２ｃｎ　（５）　根据检定规程规定，二等电阻器ｃｘ≤２０　ｘ　１０～，灵　敏度引入的不确定度分量见表５。　表５灵敏度引入的不确定度分量“０　（６）合成标准不确定度　根据以上分析计算，六项标准不确定度分量俱已给　出且各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成标　准不确定度　。，由公式（９）计算，计算结果见表８。　１　１　０．１　０．１４　Ｍ。＝√　ｊ＋　＋　乞＋　＋　；＋　；　表８合成标准不确定度ｕ　（９）　：１　０．５２　（４）负载效应引人的不确定度分量Ⅱ　负载误差是由电阻器的负载效应引起的，按公式（６）　计算。　／Ｚｐ＝７７　Ｘ　Ａｐ　Ｘ　ａ　式中：刁一负载系数；　△ｐ一电阻器承受的功率变化；　电阻器的一次项温度系数。　在检定过程中，负载误差是由被检电阻器和标准电　ａ一皇里堡　１　：！　！　：！　０．１０　０．４４　：！　！　：！　０．ｏ７８　Ｏ．１４　：！　！　：！　０．２　０．０４　（６）　（７）扩展不确定度　在置信概率约９５％的情况下，扩展因子ｋ取２，扩展　不确定度Ｕ＝　，计算结果如表９。　表９扩展不确定度Ｕ　阻器的功率变化所引起的。当　功率不变时，对于　，　４总结　当更高级的标准向其传递时，是在　的检定条件下进行　本文详细叙述了利用标准电阻自动检定系统完成对　的。当Ｒ　作为标准向下传递时，要在被检电阻器的检定　二等标准电阻的检定过程，并完成了对１Ｑ标准电阻测　条件下进行，所以Ｒ　参加的两次测量中，其工作电流（或　量值的不确定度评定的研究，可知该自动检定系统满足　工作电压）是不同的，故会引起负载误差。当每次　检　对二等标准电阻的量值传递要求。　定功率不同时，也会引起负载误差。　参考文献　表６负载效应引入的不确定度分量　［１］ＪＪＧ１６６—１９９３《直流电阻器检定规程》［ｓ］．　皇里堡整　１　一篁壑塑　１　：！！　！　：！　：　１Ｏ　：！　Ｏ．Ｏｌ　！　：１　Ｏ．２　［２］ＪＪＦ１０５９．１—２０１２《测量不确定度评定与表示）Ｉｓ］．　［３］曾令儒主编．电磁学计量第一版．北京：原子能出版社［Ｍ］００２．２　般　≤２℃／ｗ，考虑到　的检定功率远小于　的　检定功率，所以△ｐ＝Ｐ　，负载效应引入的不确定度分量　按公式（７）计算，计算结果见表６。　作者简介：李瑞坚，男，工程师。工作单位：中国空间技术研究院西安分院。　通讯地址：７１０１００西安市航天５０４所工作区北门。　蔡小宏，中国空间技术研究院西安分院（西安７１０１００）。　（上接第８４页）　［３］国家质检总局．直流电阻箱检定规程（ＪＪＧ９８２—２００３）［Ｍ］．北京　中国计量出版社，２０Ｏ３．　［４］国家质检总局．温度巡回检测仪校准规范（ＪＪＦ　１１７１—２００７）［Ｍ］　北京：中国计量出版社，２００７．　［５］国家质检总局．测量不确定度评定与表示（ＪＪＦ　１０５９—２０１２）［Ｍ］　北京：中国计量出版社，０１２．２　作者简介：梁志华，女，工程师。工作单位：重庆市计量质量检测研究院。　通讯地址：４０１１２３重庆市渝北区杨柳北路１号。　张静，重庆市计量质量检测研究院（重庆４０１１２３）。