电能表计量标准测量不确定度评定研究

电能计量标准测量不确定度评定研究 电能表计量标准测量不确定度评定研究 摘要:通过对电能表计量标准测量不确定度分析，来理解计量标准测量不确定度评定与各项误差源的解析，并利用数理统计及试验方法对计量标准测量不确定度进行计算和评定。 关键词:电能表计量标准;测量不确定度;评定 1 对电能表计量标准测量概述 1.1对电能表定期检定的目的 建立电能计量质量管理体系，防止发生致使检定、校准结果失效的调整，定期实施期间核查和数据比对，适时建立包括计量标准测量不确定度评定以及分析检定数据的统计技术规范，并达到按进行量值传递和标准溯源。随国际论坛寻求以最佳方式估计被测量的值，引入电能表计量标准测量不确定度评定。电能表计量标准测量不确定度愈小，测量结果的质量愈高，愈接近真值，可信程度愈高。随着电能计量系统的日益完善，为保证量传溯源的准确性，通过考评各计量单位检出电能表计量标准测量结果，要求计量工作能将这一新的概念正确熟练地应用到实际测量工作中。 1.2对电能表计量标准测量重复性要求 电能表计量标准测量重复性是计量标准的主要特征之一。它是指在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，计量标准提供相近示值的能力。通常用测量结果的分散性来定量地表示，即用单次测量结果yn的实验标准差s(yn)来表示。如果测得的重复性小于或等于新建计量标准时测得的重复性，则表明计量标准的重复性已满足要 求。当测得的重复性大于新建计量标准时测得的重复性，则应重新对测量结果的不确定度进行评定，当评定得到的测量不确定度仍符合要求，判为重复性符合要求，否则判为重复性不符合要求。但应注意测得的重复性数据不能有较大的突变，在任何情况下重复性的突变都是应该寻找原因并将其消除的。重复性所引入的不确定度，只是测量结果的不确定度中的一个分量。因此从原则上来说，对重复性本身并无要求，只要最终得到的测量结果的扩展不确定度满足要求即可。 1.3测量依据 测量依据有jjg596-1999《电子式电能表检定规程》，jjf1059-1999《测量不确定度评定与表示》《计量标准考核讲义》《jjg597—2005交流电能表检定装置检定规程》。 1.4 测量环境条件 任何测量仪器都是在一定的环境条件下使用的，电能表的检定条件已由国家标准明确规定，实际测量时的环境温度20?，相对湿度46%。符合标准要求。 1.5 测量所需标准仪表及被测对象 标定用仪表一般至少比被测仪表高出一个精度等级，本次标定用仪表为0.05级cl317型三相电能表装置校验仪，编号2004180，由深圳科陆制造。被测量对象为0.2级单相电能表计量装置，编号01440 深圳科陆制造。 1.6 测试过程 由被测电能表计量标准的输出脉冲与表装置校验仪的标准脉冲比较，进行采样积分并通过误差处理器计算，直接读出被测电能表计量标准在该功率时的测量结果。 2 数学模型 为了更科学地对测量结果进行，对此建立一个数学模型。其数学模型为:， 其中y为电能表计量标准示值误差(%); 为被测电能表计量标准示值误差(%)， 为三相电能表装置校验仪计量标准的电能示值(%)。 3 对测量结果的不确定度评定 3.1 不确定度的来源 标准不确定度的来源主要有两方面，在重复性条件下由被测电能表计量标准测量重复性引起的不确定度分量，采用a类评定方法;电能表计量标准的误差引起的不确定度分量，采用b类评定方法。 3.1.1标准不确定度分量的评定及校验过程 该不确定度分量主要是由于被测电能表标准装置的重复性试验引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用a类方法进行评定。 我们选择一台重复性好的0.05级cl317型三相电能表装置校验仪，连续三个月用该校验仪对1台0.2级新建电能表标准装置在基本量程220v、5a，在cosφ,1.0下进行检定，每组测量取12次测量数据得到电能示值误差见表一: 表一一台被检电能表标准装置示值误差表 5月份测量 6月份测量 7月份测量 被 检 电 能 值 (%) 1 -0.0207 +0.0018 -0.0147 2 -0.0207 +0.0016 -0.0149 3 -0.0207 0.000 -0.0145 4 -0.0213 +0.0004 -0.0145 5 -0.0213 +0.0002 -0.0209 6 -0.0108 -0.0088 -0.0209 7 -0.0114 -0.0088 -0.0204 8 -0.0115 -0.0088 -0.0204 9 -0.0124 -0.0088 -0.0213 10 -0.0115 -0.0100 -0.0207 11 -0.0113 +0.0023 -0.0209 12 -0.0118 +0.0007 -0.0209 平均值 -0.0154 -0.0032 -0.0118 标准偏差s(yn)% 0.0048 4.8×10-3 0.0052 5.2×10-3 0.0030 3.0×10-3 合并样本标准差 自由度 3.1.2标准不确定度的评定 该不确定度分量主要是单相电能表计量标准的最大允许误差引起 的， 其误差值为0.2%，矩形分布，，自由度 3.2合成标准不确定度的计算 合成标准不确定度 3.3合成标准不确定度的有效自由度 3.4 合成标准不确定度评定 3.4.1 灵敏系数 数学模型，灵敏系数 c,1 3.4.2 合成不确定度汇总，见表二。 表二合成不确定度汇总表 标准不确定度 不确定度来源 c |c| 测量重复性引起的 标准装置引起的 1 0.115% 0.0044% 0.115% 0.115% 50 3.5 扩展不确定度的评定 取置信概率p,95%，有效自由度，查t分布表得到，扩展不确定 。 度 4 电能表计量标准检定后的一级数值传递及验证 我们用已经检定过的电能表计量标准(经过了数值传递)对其它电能表计量标准进行实验室检定，试验采用多台(套)比对法。共有七个实验室的七台0.2级单相电能表计量标准参加比对，对同一稳定的被测对象进行检定。yn为被计量标准考核得到的测量结果，而多台计量标准得到的测量结果的平均值为，验证其结果是否符合 式中u为被计量标准考核的扩展不确定度。 其数据如下: 表三七台被检电能表计量标准数据表 试验台 测量 时间 第一台(y1)% 第二台 (y2)% 第三台 (y3)% 第四台 (y4)% 第五台 (y5)% 第六台 (y6)% 第七台 (y7)% 平均值()% 5月份测量 0.0048 0.0047 0.0046 0.0049 0.0050 0.0045 0.00426 0.00468 6月份测量 0.0052 0.0051 0.0050 0.0047 0.0048 0.0049 0.00382 0.00479 7月份测量 0.0030 0.0029 0.0027 0.0028 0.0025 0.0026 0.00327 0.00282 分析验证如下: 4.1 共有七个实验室的同等级电能表计量标准参加检定，故n=7; 4.2 一台0.05级的电能表装置校验仪对0.2级的电能表计量标准进行比对，其扩展不确定度为 ,95=0.23%; 4.3 在正态分布情况下，对应于95%置信概率的包含因子为2.01，扩展不确定度为u=0.23% 。 4.4 则; 4.5 若，则该电能表合格。 4.5.1 在220v、5a、cosφ=1.0 负载下，5月测量七台电能表计量标准，其均值，则-0.04212?yn?0.05148 ，由测试结果可知y1—y7 均在要求范围内，合格。 4.5.2 在220v 5a cosφ=1.0 负载下6月测量七台电能表计量标准，其均值，则-0.04201?yn?0.05159，由测试结果可知y1—y7 均在要求范围内，合格。 4.5.3 在220v 5a cosφ=1.0 负载下7月测量七台电能表计量标准，其均值，则-0.04398?yn?0.04962，由测试结果可知y1—y7 均在要求范围内，合格。 4.6 综上，七个实验室的实测结果符合要求，合格。 经过试验验证，新建电能表计量标准符合要求，可以开展1.0级及以下单相安装式电能表的检定。 结束语 我们建立电能计量质量管理体系，定期实施期间核查和数据比对，适时建立包括计量标准的不确定度评定以及分析检定数据的统计技术规范，并达到按规定进行量值传递和标准溯源。电能表计量标准的不确定度是建立在误差理论基础上的一个新概念，在传统误差理论中，总想确定“真值”，而真值却又难以确定，导致测量结果带有不确定性。随国际论坛寻求以最佳方式估计被测量的值，引入电能表计量标准的不确定度评定。不确定度愈小，测量结果的质量愈高，愈接近真值，可信程度愈高。 参考文献: [1]《jjf1059-1999测量不确定度评定与表示》国家质监局发布1999-05-01实施. [2]《jjg596—1999电子式电能表检定规程》国家质监局发布2000-03-15实施. [3]《dl/t448-2000电能计量装置技术管理规程》国家经贸委发布2001-01-01实施. [4]《jjg597—2005交流电能表检定装置检定规程》国家质监总局发布2006-06-20实施. [5]《计量标准考核讲义》全国计量标准、计量检定人员考核委员 会组编2008-3. [6]《营销安全风险防范工作手册(试行)》国家电网公司经销部 中国电力出版社2009-2-9. [7]《国家计量检定系统表框图汇编》中国计量出版社 2009-7. 注:文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。