检定电能表的测量不确定度分析与计算

杨莉：捡定电能表的溺量不确定度分析与计算　检定电能表的测量不确定度分析与计算　Ａｎａｌｙｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｉｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｗａｔｔ——Ｈｏｕｒ　Ｍｅｔｅｒ　杨　莉　（都匀供电局，贵州都匀５５８０００）　摘要：本文简要介绍了ｌｂ能表检定装置的不确定度来源和组成，并对０．１级三相电能表检定装置的测量不确定度进行分析计算。　关键词：电能表；不确定度；分析　０序言　差估计值ｕ　，则是根据有关信息来评定的，即通过一个　假定的概率密度函数得到的，此函数基于事件发生的可　信程度，即主观概率或先验概率。　２　电能表检定装置不确定度的分析　电能表是用于电费结算的计量装置，属于国家的强　制检定的设备，必须检定合格后才能安装使用。电能表　的检定必须通过电能表标准装置来实现，电能表标准装　置是精度等级较高、经过更高精度等级标准量传溯源后　不确定度依据其评定方法可分为：Ａ类不确定度，即　用统计方法评定的分量；Ｂ类不确定度，即用其他方法评　定的分量。　２．１　Ａ类不确定度　，，　的标准设备，在电能表的检定中起“参照”作用。　电能表的检定也属于测量活动，在检定过程中存在　多种影响因素，存在不确定度，很多时候检定结果需要用　不确定度来评定。　１测量不确定度　Ａ类不确定度可用统计的方法计算，属于Ａ类不确　定度的误差源有：电压、频率、温度波动；自然误差随负载　功率变化；负载功率因数变化；开关接触电阻变化；外磁　场影响变化等。　在实际测量中，只列出上述影响量，再用贝塞尔公式　１．１测量不确定度由来　测量不确定度是表征合理地赋予被测量值的分散　性，与测量结果相联系的参数。　产生不确定度的原因有：被测量的定义不完整、实现　被测量定义的方法不理想、取样的代表性不够、测量过程　对环境影响的认识不够或对环境的测量与控制不完善、　式中：ｓ一测量结果的试验标准差；　一测量仪器的灵敏性、测量标准或标准物质的不确定度、人　员的主观因素和操作技术等。由此可见，不确定度是由　多个分量组成的，其中一些分量可用测量列结果的统计　分布估算，并用实验标准差表征。另一些分量则可用基　一第ｉ次测量时被检装置的相对误差；　各相对误差　的平均值；　ｎ一重复测量的次数。　算出有限次重复测量的实验标准差Ｓ，依据（（ＪＪＦ１０３３　—于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准差　表征。　２００８计量标准考核规范》，０．０５级及以下装置进行不　少于５次测量，０．０３级及以上装置进行不少于ｌＯ次测　１．２测量不确定度的评定方法　量，每次测量必须从开机初始状态重新调至测量状态。　２．２　Ｂ类不确定度　由于测量不确定度往往由许多原因引起，对这些标　准不确定度可分两类方法确定，Ａ类评定和Ｂ类评定。　Ａ类不确定度评定：用对观测列进行统计分析的方　法来评定标准不确定度。表征Ａ类不确定度分量的估　计方差　，是由一系列重复观测值计算得到的，即为统　Ｂ类标准不确定度是由标准装置的不确定度引起　的，Ｂ类不确定度的误差来源包括以下几个方面：标准电　能表；标准电能表传递误差；导线电压降；电流互感器传　递误差；电流互感器误差；电压互感器传递误差；电压互　感器误差；标准表误差化整引起的不确定度。　计方差估计值ｓ　。标准不确定度　为ｕ　的正平方根值，　故／３，Ａ＝Ｓ。　Ｂ类不确定度评定：用不同于对观测列进行统计分　Ｂ类不确定度由以上各分量合成，在计算时不仅要　考虑各分量的大小，还要考虑各分量的分布类别和灵敏　系数。然后按下式计算：　析的方法来评定标准不确定度。它的不确定度分量的方　《计ｙ－与嘲试技术》２。１３年第４０卷第１２期　√　（厂　——ｕ—　）～　　式中：Ｃｉ一第　项Ｂ类不确定度分量的灵敏系数；　ｔ．Ｚｙｌ一第ｉ项Ｂ类不确定度分量。　一３．２测量方法：检定装置校验电能表是采用标准表法，　即装置输出一定功率给被检表，并对被检表的输出脉冲　进行采样积分，得到的电能值与装置中的标准电能值比　较，得到被检电能表在该功率时的相对测量误差。　３．３建立数学模型　根据测量结果及引入量，可得到电能表测量的数学　模型为：７＝７１＋ｙ２＋７３＋），４　般标准表、电流、电压互感器的误差分布情况为正　态分布，分布系数为３，标准表、电流、电压互感器的传递　误差、导线电压降及标准表误差化整的分布情况为均匀　分布，分布系数为√３。　在Ｂ类不确定度分量中，对未经电压互感器接人的　装置在计算不确定度时不需考虑互感器带来的分量。　２．３合成不确定度　式中：ｙ一被检电能表的相对误差（％）；Ｙｌ一检定装　置测得的相对误差（％）；　一检定装置自身误差引人的　不确定度分量（％）；７３一装置中导线压降引人的不确定　度分量（％）；　一被检表误差化整引人的不确定度分量　（％）。　当各分量是彼此独立时，合成不确定度可按下式计　算：“ｃ＝　２．４扩展不确定度　３．４输人量的标准不确定度的评定　输人量的标准不确定度的来源主要有以下几方面：　不确定度与置信概率有关，对于正态分布，合成不确　定度的置信概率为６８．２７％。但在实际工作中，总希望把　置信概率提高一些，也就是扩大置信概率，扩大置信概率　后的不确定度为扩展不确定度，用公式Ｕ：　“　计算。　即在合成不确定度ｕ　确定后，乘以一个包含因子　，一般　取　＝２。　３实例分析　在重复性条件下由被检电能表和检定装置测量重复　性引起的不确定度分量“（），　）；电能表检定装置自身误　差引入的不确定度分量ｕ（），２）；装置中导线压降引起的　不确定度分量ｕ（　）；被检表误差化整引入的不确定度　分量“（），　）。　（１）检定装置测得的相对误差分量ｔ／，（　）的评定　检定装置测得的相对误差由重复性条件下被测电能　以一台０．１级（装置所配标准电能表为０．０５级）未　经互感器接人的三相电能表检定装置，评定该装置在检　定一块三相四线电能表时的扩展不确定度。　表和检定装置测量重复性引起，采用Ａ类评定方法。　选一台１．０级的三相安装式电能表作为被测对象，　在规程要求的检定点下，按照ＪＪＦ１０３３—２００８中规定的重　复性试验方法，装置在重复性试验条件下对被检表短时　３．１被测对象：１．０级三相电子式电能表　间内独立测量ｌ０次，测量结果及实验标准差见表ｌ：　表１　被试表的相对误差及实验标准差　（２）电能表检定装置自身误差引入的不确定度分量　ｕ（７２）的评定　杨莉：捡定电能表的溺量不确定度分析ｓ计算　在进行比较法测量误差过程中，检定装置自身的误　差对测量结果有影响，检定装置自身误差由装置的最大　误差确定，采用Ｂ类评定方法。查规程，标准电能表在　不同电流、不同功率因数下的误差限及不确定度分量如　表２所示：　表２　数学模型：　＝ｙ１＋ｙ２＋　３＋），４　灵敏系数：Ｃｌ＝ａ　７／０），ｌ＝ｌ，。２＝ａ　７／０　２＝１，Ｃ３＝ａ　７／０７３＝１，０４＝ａｙ／ａｙ４＝ｌ　３．６合成不确定度计算　由于Ａ类和Ｂ类不确定度分量是相互独立的，相关　系数为０，故合成不确定度ＵＣ按下式计算　ｕ　＝√ｕ（７１）　＋　（７２）　＋　（７３）　＋Ⅱ（ｙ４）　３．７扩展不确定度　将ｕ。乘以给定频率ｐ的包含因子　，从而得到扩展　不确定度　＝　。计算扩展不确定度时大多数情况　下，采用Ｐ＝９５％，因而包含因子　９５＝２，　＝２ｕ。。　表４合成标准不确定度及扩展不确定度　（３）装置中导线压降引起的不确定度分量　（７３）的评定　在测量过程中，装置的标准表和被检表之问的电压　导线存在电压降，这个压降也会带来测量不确定度，采用　Ｂ类评定方法。根据量传表和计量检定规程，装置中标　准表和被检表的同相两对电压同名端钮间电位差之和与　输入电压的百分比应不超过装置最大允许误差的１／６，　该分量属于均匀分布，包含因子　＝√３，故：　（ｙ　）＝　０．１／６／，ｆＪ＝Ｏ．００９６２％。　（４）被检表误差化整引入的不确定度分量ｕ（７４）的评定　因为检定证书中给出的测量结果是化整后的测量结　果，因此数据修约将产生不确定度，采用Ｂ类评定方法。　被检表等级为１．０级，数据化整间隔为０．１％，半宽值为　０．０５％，在此区间服从均匀分布，取　＝√３，故：ｕ（７　）＝　０．０５％／ｋ＝０．０２８８７％　４结论　通过对电能表检定装置在检定电能表时不确定度分　析与计算，使我们充分了解检定时各项不确定度的来源，　如何进行Ａ类评定、Ｂ类评定、不确定度的合成及扩展不　确定度的计算，有助于领会不确定度评定的核心，有助于　对计量标准技术报告的编写。　参考文献　将Ｂ类不确定度各分量汇总如下表３：　表３　Ｂ类不确定度各分量汇总表　［１］ＪＪＦ１０５９．１—２０１２测量不确定度评定与表示［Ｓ］．　［２］ＪＪＦ１０３３—２００８计量标准考核规范［Ｓ］．　［３］．１．１６５９６—２０１２电子式交流电能表［ｓ］．　『４］ＪＪｇ５９７—２００５交流电能表检定装置［Ｓ］．　作者简介：杨莉，女，助理工程师。工作单位：贵州省都匀供电局。通讯地址：　５５８０００贵州省黔南布依族苗族自治州都匀市都匀供电局１７３基地计量中心。　收稿日期：２０１３—０７—２４　３．５灵敏系数　（上接第３６页）　配套设备的规定，所以其溯源方式和对法定计量技术机　［１］ｊｊｖｌｏ３３—２００８计量标准考核规范．　［２］ＪＪＦ１０６９—２０１２法定计量技术机构考核规范　作者简介：王彦，男，工程师。工作单位：德阳市计量测试所。通讯地址：　６１８０００四川省德阳市天山南路南三段１３８号。　祖朝晖，德阳市计量测试所（德阳６￣８ｏｏｏ）。　收稿日期：２０１３—０７—２４　构的要求没有差别，只是对于机构的工作用计量器具，则　没有这方面的限制，其溯源方式可以由机构自由选择检　定或者校准的方式。　参考文献