正确计算分析钳形电流表测量的不确定度

以Fluke381钳形电流表的381柔性电流钳(释:柔性电流钳有从0.5A到10kA(工业频率范围内)共9个AC电流测量标准型号。每个柔性芯线(长度48cm,80cm,120cm不等)通过护电缆,连接到一个内置处理电路和9V标准电池的机盒)2500A@50Hz校准点为例,测量不确定度进行全面的分析。

当52120A/3kA输出2500A@50Hz校准Fluke381钳形电流表 + i2500柔性电流钳时,假定有5个测量读数,分别为2510A,2512A,2511A,2512A,2510A,大家可以通CNAS-GL05:2011中的下列公式计算出校准实例的A类不确定度。
首先计算出测量读数的平均值为:
Fluke381钳形电流表
 
接着可以得出单次测量读数的标准偏差为:
Fluke381钳形电流表
之后计算出观测列平均值的标准不确定度,也就是A 类不确定度:
Fluke381钳形电流表
通常都按置信度为95%报告扩展不确定度,若要准确报告测量不确定度,需要进行无限多次测量,但这是不现实的,一般情况下都会选择5~10次测量的结果计算测量不确定度。按照CNAS-GL05:2011 3.3.1C,当测量次数较少时,要用学生t 分布确定的安全因子T 对A 类不确定度进行修正,否则它的值可能会低估。本例中自由度v = n-1 = 4,检索学生t 分布表在置信度95%时的t 分布系数为2.78,则安全因子T=2.78/2=1.39,修正后的A 类不确定度为:
 
Fluke381钳形电流表
校准时,来自被检表的分辨力的影响无法用统计的方法去分析,属于B 类不确定度的一个分量,但由于它的数字变化可以认为是从0~9 呈均匀分布,因此可按经验式取分布因子k 为3 ,分辨力的影响取它的半宽度,由于当前量程的分辨力是1A,计算得出:
Fluke381钳形电流表
 
由于重复性测量读数的波动中包括了分辨力的影响,此例中标准偏差为1.6A,远大于分辨力的影响0.29A,因此可以忽略分辨力uB2 的影响。直接引用前面计算的在5522A、52120A、52120A/3kA三个标准器组成的校准装置中的标准器不确定度分量uB1,其置信度水平为99%,因此需要除以2.58 的置信度因子折算为66.7%置信度水平的标准不确定度再与其它B 类不确定度分量合成,
Fluke381钳形电流表

其他B 类不确定度的来源可能还有线圈形状、钳形表放置位置、环境温度等影响,但由于本校准是在标准实验室进行,测试条件比较完善,测试过程比较规范,因此这些因素的影响也可以忽略不计。
故B 类不确定度在各个分量合成后,有:
Fluke381钳形电流表
 
合成标准不确定度为:
Fluke381钳形电流表

按95%置信度报告的扩展不确定度为:
Fluke381钳形电流表
按照扩展不确定度取值与标称值相同的单位量和两位有效数字,则扩展不确定度U = 14A,因此,这台Fluke772 钳形电流表的2500A@50Hz 校准点的最终校准结果为:2500 ± 14 A,k=2。至于其他大电流钳形电流表的测量不确定度分析,只需将文中对应的标准器的不确定度分量代入,其他分量与上面示例类似,在此就不详述了。

本文来自仪器仪表
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