接地导通电阻测试仪测量结果不确定度评定分析

接地导通电阻测试仪测量结果不确定度评定分析

黎丛焕

深圳市中测计量检测技术有限公司       广东省深圳市        518102

摘要：为提升接地导通电阻测试仪的使用性能，更好地完成测量交流电网供电的电器设备电阻功能，本文对接地导通电阻测试仪测量结果不确定度评定展开分析，探讨测量不确定度及误差定义、测量原理与测量不确定度分类，在明确测量依据、测量环境、测量方法的基础上通过构建数学模型来实现测量不确定度的确定、合成标准不确定度以及扩展不确定度的评定，为相关项目的开展提供参考。

关键词：接地导通电阻测试仪；不确定度评定；误差

引言：接地导通电阻测试仪在通信、化工、铁路等领域中得到广泛应用，其中对其不确定度的评定是整个环节中的关键工作。不确定度不仅可以有效对测量水平进行评定，还可是判断测量结果精确程度的重要指标。不确定度越小，测量结果的精确性也就越高。在测量金属壳体与设备引出安全接地端电阻的时候，应有效通过不确定度评定来提升数值可靠性，并强化不同测量结果之间的对比性。

一、测量不确定度与误差分析

（一）测量不确定度

不确定度就是度量测量结果存在的被测量估计值可能误差的过程，同时进一步对被测量值分散性及测量结果关联参数进行讨论。结合当前的实际情况来看，测量不确定度主要可以分为标准不确定度与扩展不确定度。

（二）误差

误差就是被测量单位数据与真实数据之间的差值，考虑到真实数据往往存在一定的不确定性，因此也会将误差的存在划入到理想范畴中。当前，误差主要可以分为随机误差及系统误差两大类。

（三）测量原理

在实际进行测量的过程中，需要对电气设备电源或保护接地端子的电压降进行测量，将测量结果同电流的实际结果确定阻抗。在后续的操作中，大多借助集成化仪器确定实际电阻值。考虑到大多数情况其电气设备的接地电阻为低值电阻，进而也可以保证其量级可以和接触电阻及引线电阻数值保持同一水平。在这样的情况下，如何对其接触电阻及引线电阻对测量数据的影响进行处理成为需要解决的问题。

（四）测量不确定度分类

结合当前对不确定度的研究来看，其主要可以划分为以下几类，分别是不确定度A类评定、不确定度的B类评定以及合成标准不确定度。而站在数学模型构建的角度上来说，造成不确定度的因素主要包括重复性、测量时间、操作误差、环境温度、接触电阻与引线电阻、测试电流以及读数精确度等。

二、测量依据

本次试验对接地导通电阻测试仪测量结果不确定度的评定以JJG 984—2004《接地导通电阻测试仪检定规程》为依据，通过间接测量法测定装置的电阻值。

三、测量环境

本次试验的环境温度为温度(23±5)℃，相对湿度为40%～75%，同时还要进一步关注到对电源电压变化的控制，保证其可以稳定处于电源额定电压±10%的范围内。

四、测量方法

本次试验选用LK2678BX型接地导通电阻测试仪为被测对象，其具体的测量范围分别是交流电流25A的1～200mΩ以及交流电流为10A的1～600mΩ，同时确定准确度等级为5级。与此同时，确定总体的测量范围是0～600mΩ，电流范围为0～60A，测试过程中需要将电阻的最大允许误差控制在±0.1%，电流的最大允许误差为±0.15%，并选用专门的接地导通电阻测量仪检定装置。在通过标准电阻器法进行测量的时候，需要确保与JJG 984—2004《接地导通电阻测试仪》中的相关规定相适应[1]。具体测量方法为对基本电流量程中的100mΩ点进行测量，每一个具体点位进行5次重复的测量，进而根据得出的具体测量值完成不确定度评定。

五、数学模型的构建

在进行性不确定度评定的过程中，需要先构建相应的数学模型。其中，RN表示的是接地导通电阻测量仪检定装置示值，而Rx表示的则是被检接地导通电阻测试仪示值。在这样的情况下，可以将二者之间的误差表示为△R=RX-RN。将各个数值输入到数学模型中之后，需要保证各数值之间的独立性，避免数值之间受到相互影响。基于此，可以确定不确定度的公式为u2(△R)=c12·u2(Rx)+c22·u2(RN)。值得注意的是，还可以将其中的灵敏度系数表示为C1=α△R/αRX=1；C2=α△R/αRN=-1。

六、测量不确定度的确定

本次试验在基本电流量程（25A）中选取100mΩ点并进行重复性测量。在实际开展测量操作的时候，相关人员需要保证每一次测量都应重新接线，在保证设备处于零位状态的基础上才可以进行测量。具体的测量数据如表1所示。

表 1 测量数据

结合上表中的数据来看，对10次测量的平均值进行计算，得出99.89mΩ。

在对输入量Rx的并雀星都u(Rx)进行评定的过程中，主要分为两个环节进行，即考虑到其标准不确定度受到被测接地导通电阻测试仪测量重复性及读数精确度两部分影响，因此在评定的时候也需要从上述两部分入手。

首先，针对由测量重复性引起的标准不确定度本次试验采用连续测量的方法进行，并通过A类方法完成评定[2]。在此过程中，还需要关注到由读数所引起的误差已经纳入到重复性条件中，因此不需要进行另外的计算。通过计算得出单次测量的标准差为0.099mΩ。

其次，针对被检仪器精确度引起的不确定度进行测量，可以采用B类不确定度评定方法进行评定。在分辨率为0.1mΩ的条件下，对100mΩ被检仪器的精确度不确定度进行计算，得出约为0.029mΩ。值得注意的是，由于精确度引发的不确定度分量已经包括了重复性分量，因此在计算过程中容易出现重复计算的问题。因此可以只选择二者之间较大的数值进行计算，通常重复性分量要明显大于精确度不确定度分量，因此选用重复性分量进行计算。

而在对在对输入量RN的并雀星都u(RN)进行评定的过程中，可以采用B类方法进行评定。在准确度等级为0.1级的情况下，得出测量允许误差为(±0.1%×100mΩ)=±0.1mΩ。因此，可以看作其在区间内实现均匀分布，进而其对应的标准不确定度计算为0.058mΩ.

七、合成标准不确定度

结合上述计算结果来看，标准不确定度汇总如表 2 所示。

表 2 标准不确定数值汇总

结合上表内容并根据公式u2(△R)=c12·u2(Rx)+c22·u2(RN)可知，输入量RX、RN二者之间具备独立性，同时不会受到对方影响。在c1=1，c2=-1的情况下，合成标准不确定度uC约为0.12mΩ。

八、扩展不确定度的评定

本次试验中采用的是等级为0.1级的标准电阻器作为标准器，在对准确度等级为5级的接地导通电阻测试仪进行评定的过程，确定交流电流为25A，包含因子k=2，100mΩ点电阻测量结果的扩展不确定度为U=0.3mΩ（k=2）。

总的来说，本次试验在对接地导通电阻测试仪进行不确定度评定的时候，选用的方式为间接测量方式。当前，模拟大功率标准电阻的方法在基层计量检定机构得到了十分广泛的应用，选取重复性作为引发其不确定度的主要因素，并进行测量。在这样的情况下，为提升测量的准确性与可靠性，需要在当前基础上进一步提升标准器准确度以及相关人员的操作与读数能力。

结语：综上所述，本次试验通过选择接地导通电阻测试仪的电流值和电阻点完成不确定度评定，同时根据试验操作对其具体的评定流程及不确度评定方法加以阐述。通过对相关数据的获取与计算可以提升整体不确定度评定的准确性，进而在后续发展过程中，也可以将该方法应用于类似设备的检定、校准以及不确定评估中，进而确保可以提供一定的参考价值。

参考文献：

[1]李联军,杨关月,魏文华.测量不确定度评定与表示简介[J].现代养生,2019(12):66-67.

[2]]董刚.接地导通电阻测试仪测量不确定度评估[J].工业计量,2017,27(05):47-48.