电学计量的不确定度理论与误差分析

电学计量的不确定度理论与误差分析

李伟健,刘艺涵,万祎

中车长春轨道客车股份有限公司  吉林省  长春市 130000

摘要：在测量过程中，很多因素都会导致测量的结果产生偏差，产生这种误差的原因很多，不能彻底消除。所以，在电学计量中，只有用科学的方法进行测量和校正，才能使计量结果受到最小的影响。文章对电学计量中出现的各种误差进行了细致的总结，希望能够让工作人员更好地理解测量方法，在使用和校验过程中尽可能地降低系统的误差；对电学计量的不确定度理论、特点及适用性做了详细的阐述，为降低计量误差、提高计量准确度等方面提供理论基础，使计量更加准确科学，为科技发展作出更大的贡献。

关键词：电学计量　不确定度　误差　分析

前言：所谓的系统误差，就是根据特定的规则改变，也就是所谓的固定误差。这种偏差通常是有规律的，可以在测量和校验过程中加以解决。然而，若不能及时检测出这些误差，就将不能进行测量和校正，从而对电学计量的效果产生较大的影响。在电力测量中，经常会根据测量的不精确性，将系统的误差表达出来，并根据系统的误差程度来判断其好坏。由于世界各国的经济融合，目前世界各国所使用的计量方法都以电学计量为基础，其精确度与公司的经济利益有很大的关系，还有，我们产品的进出口的经济效益。由于电学计量在贸易活动中的重要作用，所以各国电学计量工作者对电学计量精度进行了科学而又准确的研究。电学计量中的不确定度和误差的分析是相关学者目前和今后一段时期内所要研究和努力的方向。

1、系统误差的分析

目前，由于人为因素、方法因素、元件因素等因素的存在，所以电学计量中存在着许多不确定因素。线路特点、仪器差异、仪器设备、以及周围环境等方面得到了大家广泛的认可。人为因素：是由于工作人员的差异，如读数误差、操作误差、人的微小的干扰等。方法因素：是由于在运行中选用了多种检验手段，导致了计量系统的误差。元件因素：是由于器件的稳定性、线性和非线性等特性的差异，导致了计量的系统精度。线路特点：通常情况下，线路可划分成 AC和 DC，使用的线路的电学计量偏差对其的作用也是不同的。仪器差异：由于使用的仪表不同，计量值也会有所差别。周围环境：由于维度的经度、磁场、电场以及在一些设备中，重力等原因，温度和湿度的差异也会对一些仪表产生一定的作用，另外，电流热效应和电路稳定性也会对计量的精度产生一定的影响。仪器设备：仪器在进行电学计量时，由于仪器不同而造成计量值不同。以上几个方面的影响是目前电学计量的主要问题，也是目前电学计量系统的主要问题。

2、不确定度论

2.1度量不确定度的定义

实际上，对于仪表的不确定度，它主要是指仪表的不精确性。即是计量器具所能呈现的各种不同的量度。测量不确定度是一种与测定结果紧密相关的参量，它可以描述被测数据的弥散性。但此方法要根据实测数据来判断。不确定度的程度直接影响着测试结果的有效性，并影响其决策。另外，由于不能保证其精度，所以也会对最大容许偏差和最大示值偏差产生一定的影响。电学计量中不确定度的运用有：首先是测量装置的电流阻抗的示值偏差；第二是测量电阻器的电压，第三是测量电阻器的显示误差；第四是电压测试器的显示误差；第五是测量漏电的电压和电流。

2.2计量不确定的研究进展

为了解决由误差观念引起的争议，以及由于经济一体化，对计量的需求越来越大，所以建立一个统一的国际性评价体系是当务之急。该评价体系的实行，可以防止同一区域内同类商品的计量标准有差别而造成的损害。在此背景下，计量不确定度的发展成为一项新的、具有普遍性的标准。

2.3不确定因素的评价和分析

目前，我国用的不稳定的评价方法主要有静态和动态两种，前者是常规的，以统计学为依据，而后者是以新的模式、新的学说为依据，是一种全新的研究思路。不稳定评价的方法是建立一个数学模式-对不确定的源进行评估- A或 B级评估-综合不确定-延伸的不确定度-得到不可靠的报表。

2.3.1不稳定因素的评估

经过多年的调查，我国的专家们建议采用最大方差方法对测量的结果进行分析评估。另外，还有学者提出了基于最小二乘法的不确定度评估公式，其计算公式是由一组最小二乘法得到的，并在一定程度上满足了正常的分配，实践证明，该方法能有效地克服 GUM表达式中存在的不足。张海滨等人对不稳定评估模式进行了检验，采用埃奇沃思级数的展开式来表达测量资料的分配关系，并采用蒙特卡罗仿真方法求取实测资料的仿真结果，然后利用仿真结果的标准差对不确定程度进行检验，最后达到检验各类不稳定评价的目的。通过算例，说明该算法能很好地实现电学计量的计量精度。

2.3.2动态性的评估

在近代的误差学说里，动态测量不确定度可以说是不确定的本质，也是它今后的发展。动力学不确定度是一种与传统的基于统计学原理的分析相分离的新的研究方向。但是，由于其发展的时间比较短，该算法无法应用到所有的不确定度问题，只能将其应用到静态和动态不确定的评估中，可以达到更为明显的结果。以一位学者为例子，提出了一种基于不稳定度的数学建模方法来克服其对系统的误差效应。在不稳定度的测定中，要根据评估的需求，构建一个符合评估条件的数学模式，即所建立的相关函数，要求与受测量值 Xi和被测 Y值有很大的联系，由于这位研究者提出的 Y= f (X1、X2、 Xn)，因此，在实际的量测中，要对量值进行全面的理解，以防止发生重复或漏测的情况，为了保证该模型的正确性，也要将对不稳定度的测量结果进行分析。由X输入得到了最优数值x， 由Y得到最优数值y，也就是 y= f （x1... xn）。所以 Xi的不确定度是影响被测仪器不可靠度的一个重要指标，所以评估 X的不确定度非常重要。不稳定因素的分析：以一个与被测不准的相关因素为基础的数学模式。在对被测不确定度进行评估前，应在被测不确定度中加上一个校正，从而使被测设备的最优参数得到准确的判别，并排除了不正常的情况。不确定度评估：各种因素都会对测量的不确定程度产生影响，其中，不确定度分值是衡量不同不确定度的标准差，可用 u来表达。在进行不稳定因素评估时，可以采用多种方法进行评估，但不论采用何种评估法，均应保证各成分均符合该模式的输入。不定性综合：对于被测评估的不确定度，可以采用 uc （y）来表达，该不确定是输入量不确定的综合。由不稳定度的扩大不定性可以决定测量的区间，这是因为它可以包含一个区间。因而，这个不稳定的概念又被称作扩展或区间不确定。广义不确定度是用标准不确定度乘以 U= kuc的形式表达的，这里 k是一个倍率，一般是2-3倍。若所测仪器的重要性、效益及风险都比较高，那么 k的数值为3，反之为2。不稳定报告：当不确定的评估结束后，要将其记录下来。例如：利用综合的不确定度来表达对测量的不确定，要求在报表中提供自由和 uc。若使用不确定度来表达不确定，则应该在本文中使用 uc, p, v; k。总的来说，在不完全性报道中，要充分、全面地反映出不明确的情况，这对于提升成果利用的意义是非常主要的。

结束语:电学计量的不确定度和误差的分析历来备受重视，因此，电学计量的不确定度评估标准是目前电学计量领域一个很有意义的应用。得到了一种呈直线增长的线性分布，从而使计量不确定度的评价和误差的分析更为科学化和精确。

参考文献：

[1] 王平东 . 电学计量检定和测量的系统误差因素分析 [J]. 现代经济信息 ,2017(23):328.

[2] 王亚栋.电学计量检定及测量误差原因的探讨[J].仪器仪表标准化与计量，2019（06）：31-33

[3] 贾立坡.研究电学计量中多功能校准器的校准方案[J].城市建设理论研究（电子版），2019：27

[4] 王子鹏 , 刘畅 . 电学计量系统的误差因素分析 [J]. 中国标准化 ,2017(18):42-43.