接地电阻表测试结果的不确定度评定分析

接地电阻表测试结果的不确定度评定分析

徐娜

云南送变电工程有限公司云南昆明650216

摘要：接地电阻表在当前通信、化工、铁路、邮电以及电力等领域得到广泛应用。完善对接地电阻表检定工作意义重大，其中尤以不确定度的评定最为关键。基于此，本文笔者结合实际工作经验，对接地电阻表测试结构的不确定度评定展开着重分析；首先阐述了测量不确定度和误差的基本定义，接着分析测量的主要原理，最后重点分析不确定度分量的识别与量化，望借此为相关工作提供参考的依据。

关键词：接地电阻表；测试结果；不确定度；评定分析

引言

不确定度不仅是评定测量水平的重要指标，而且是判断测量结果精确程度的关键依据。不确定度越小，则说明测量结果和被测量真实数值越接近、测量水平也越高、测量质量也越高，其实际应用价值也越高；反之，不确定度越大，则说明测量结果越远离被测量真实数值、测量水平也越低、测量质量也越低，也就越没有使用价值。在检测报告之中，尤其是检测结果与临界值基本相同的时候，一定要提供与之对应的不确定度。这样不仅能够给使用它的人提供帮助，以便进一步评定其可靠性，而且也可以强化不同批次测量结果间的对比性。

1测量不确定度与误差的基本定义

1.1测量不确定度的基本定义

测量不确定度简单来说就是由测量结果提供的被测量估计值可能误差的度量，也就是代表合理赋予被测量值的分散性及测量结果有关联的参数。就当前实际状况而言，测量不确定度主要有扩展不确定度与标准不确定度这两种表示方式；绝大部分状况下，应当以扩展不确定度为主。

1.2误差的基本定义

误差代表被测量单位的结果与真实数值之间的差值。因为真实数值存在一定的不确定性，所以误差本质上属于理想概念的范畴，往往都是无法被确切计算出来的。若是按照特点以及性质来看，系统又可被划分为随机误差以及系统误差这两大类。

2测量原理

在电气设备的电源输入插口中或者保护接地端子中的保护接地连接点和可触碰金属区域二者之间对电压降进行测量；之后，结合电压降与电流的实际结果确定阻抗。然而在进行实际操作的时候，往往借助集成化的仪器就能够直接测量出其实际电阻值。接地电阻一般都是低值电阻，其数值往往不会超过1欧姆，其量级能够和接触电阻以及引线电阻的数值保持一致。基于此，如何消除接触电阻以及引线电阻对测量结果带来的不良影响逐渐成为当前相关部门测量低电阻时应当更多关注的地方。

本次试验使用的标准器主要是型号为JD-1B接地电阻表，仪器的编号为10109，其测量区间为0.01欧姆到1001.11欧姆之间，测量的最小分辨力为1毫欧姆，精确度等级较高且符合相关规定。电流源的频率为50赫兹，空载电压不超过6伏特，产生的额定电流为25±10%；在5到10秒之内，电源输入插口中的可触碰金属部件和保护接地连接点之间的接地电阻为0.05欧姆，这样能够进一步降低接触电阻与引线电阻对最终测量结果造成的不良影响。

本次测量的数学模型主要是：将被测电阻做成四个端钮，其中包括一对电位端钮与一对电流端钮；电阻主要是两个电位引线与两个电流引线交叉点之间的形成的电阻。因为需要借助集成化的仪器，由其提供电流源，所以仪器最终显示的数值就是电阻值。

3不确定度分量的识别与量化

3.1标准不确定度

3.1.1不确定度分类及其来源

不确定度主要能够划分为：（1）不确定度的A类评定；（2）不确定度的B类评定；（3）合成标准不确定度。从数学模型以及测量原理的角度来看，这种方法带来的不确定度主要来自：（1）重复性；（2）测量时间；（3）不同操作人员读数误差；（4）接触电阻与引线电阻；（5）环境温度；（6）试验电流；（7）测试电源；（8）读数精确度。

具体来看，对于试验电流与测试电源来说，由于电流、电压的精确度不能通过实际测量获得，同时在仪器进行标定的时候，已经把其精确度转化为读数显示值RX的精确度，这样就能够不用顾及其对最终不确定度的影响；针对环境温度来看，因为不需要对材料的电阻进行测量，只需要对不同部件的连接电阻进行测量，同时需要在稳态状态下试试测试，所以也可以忽略其对测量结果不确定度带来的影响。对于接触电阻与引线电阻而言，这类因素带来的不确定度一般可以通过修正就能够改正，所以也不在本次不确定度考虑的范围之内。由于本次测试使用的接地阻抗测试仪主要是数显式，而不是模拟式仪器，因此也几乎不会出现因读数不准而带来误差。接地电阻一般需要在稳定状况下进行测试，其不会受到测量时间带来的影响，也和电解质强度试验（冷态、潮湿处理后立即测量）以及潮湿预处理后的漏电流（潮湿处理后一小时才进行测量）易受测量时间限制有所不同，所以在评定不确定度的时候也无需考虑测量时间对最终结果带来的影响。而结合实际状况来看，因接地电阻测试具有较好的重复性，所以不用考虑不确定度的A类评定。

总而言之，本次测量接地电阻测量不确定度的主要来自于测量仪器读数误差产生的不确定度。

3.1.2不确定度分量的量化

因为只需要考虑不确定度的B类评定，而且也知道不确定度的主要来源为仪器读数误差带来的不确定度，所以在翻看相关测试仪器的技术资料之后发现，在此量程中，其实际偏差为0.003欧姆，计算的数学模型为2%*读数+0.002，带入具体读数0.05，就能得出最终的偏差数值。根据最终结果来看，偏差的分布较为均匀，涉及因子k为31/2；最后可以得到以下数学计算公式：

U（Rx）=0.003/31/2=0.000173Ω。

其中，U（Rx）就是Rx标准不确定度。虽然在相关仪器上其以数字的形式呈现出来，但实际分辨率主要是0.001Ω，没有超出上述的偏差阈值。也就是说，无需对该分辨率带来的不确定度进行评定。

3.1.3合成标准不确定度

因为只需要考虑不确定度的B类评定，所以根据其计算公式：

UC=（1）

在计算公式（1）中：UC就是合成标准不确定度；而则为不确定度的分量。

再取u（R）=1*u（RX），并带入具体的数值得出其计算结果为0.00173Ω；将置信区间p的数值设为0.95，k设为2，从而计算出扩展不确定度U。具体来看：

U=u（R）*2=0.00173*2=0.00346Ω。

3.2标准不确定度的汇总表

直接使用目标型号的接地阻抗测试仪实施一次测量就能够获取需要的数值，具体情况如下所示：

目标型号接地阻抗测试仪测量数据表

3.3接地电阻表测试结果不确定度评价的最终结果

本次接地电阻表测试，其不确定度评价最终的测试结果为R=0.05Ω±0.00346Ω（其中，p=0.95，k=5）。

结束语

综上所述，当不确定度评定结果过大，则大多数用户会自然而然认为当前现有的测量水平无法满足实际需求，因此更愿意购买价格更昂贵的仪器，从而给单位带来不必要的成本投入，造成资金的浪费。而当不确定度评定结果过小时，会出现过度提高要求从而给产品的加工、生产以及质量带来不利影响的现象，进而给企业带来不必要的经济损失。本文以某一类型的接地电阻为例，对测量过程中不确定度的主要来源及其评定方法展开详细论述，通过分析可知其不确定度主要来自于仪器读数；因此在进行实际测量的过程中，相关部门需要给予仪器读数高度重视。

参考文献：

[1]刘兆平.测量不确定度评定及其在电学计量中的应用研究[D].南昌大学，2009.

[2]凌云清.接地电阻表示值误差测量结果不确定度评定[J].铁道技术监督，2007（03）：37-38.

[3]马孝东.接地电阻表测试结果的不确定度评定[J].科技风，2014（16）：31.