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電能表計量標準測量不確定度評定研究

發布時間:2012-03-16 14:52所屬分類:電力瀏覽:1加入收藏

通過對電能表計量標準測量不確定度分析,來理解計量標準測量不確定度評定方法與各項誤差源的解析,并利用數理統計及試驗方法對計量標準測量不確定

1 對電能表計量標準測量概述
1.1對電能表定期檢定的目的
建立電能計量質量管理體系,防止發生致使檢定、校準結果失效的調整,定期實施期間核查和數據比對,適時建立包括計量標準測量不確定度評定以及分析檢定數據的統計技術規范,并達到按規定進行量值傳遞和標準溯源。隨國際論壇尋求以最佳方式估計被測量的值,引入電能表計量標準測量不確定度評定。電能表計量標準測量不確定度愈小,測量結果的質量愈高,愈接近真值,可信程度愈高。隨著電能計量系統的日益完善,為保證量傳溯源的準確性,通過考評各計量單位檢出電能表計量標準測量結果,要求計量工作能將這一新的概念正確熟練地應用到實際測量工作中。
1.2對電能表計量標準測量重復性要求
電能表計量標準測量重復性是計量標準的主要特征之一。它是指在相同測量條件下,重復測量同一個被測量,計量標準提供相近示值的能力。通常用測量結果的分散性來定量地表示,即用單次測量結果yn的實驗標準差s(yn)來表示。如果測得的重復性小于或等于新建計量標準時測得的重復性,則表明計量標準的重復性已滿足要求。當測得的重復性大于新建計量標準時測得的重復性,則應重新對測量結果的不確定度進行評定,當評定得到的測量不確定度仍符合要求,判為重復性符合要求,否則判為重復性不符合要求。但應注意測得的重復性數據不能有較大的突變,在任何情況下重復性的突變都是應該尋找原因并將其消除的。重復性所引入的不確定度,只是測量結果的不確定度中的一個分量。因此從原則上來說,對重復性本身并無要求,只要最終得到的測量結果的擴展不確定度滿足要求即可。

1.3測量依據
測量依據有JJG596-1999《電子式電能表檢定規程》,JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》《計量標準考核講義》《JJG597—2005交流電能表檢定裝置檢定規程》。
1.4 測量環境條件
任何測量儀器都是在一定的環境條件下使用的,電能表的檢定條件已由國家標準明確規定,實際測量時的環境溫度20℃,相對濕度46%。符合標準要求。
1.5 測量所需標準儀表及被測對象
標定用儀表一般至少比被測儀表高出一個精度等級,本次標定用儀表為0.05級CL317型三相電能表裝置校驗儀,編號2004180,由深圳科陸制造。被測量對象為0.2級單相電能表計量裝置,編號01440 深圳科陸制造。
1.6 測試過程
由被測電能表計量標準的輸出脈沖與表裝置校驗儀的標準脈沖比較,進行采樣積分并通過誤差處理器計算,直接讀出被測電能表計量標準在該功率時的測量結果。
2 數學模型
為了更科學地對測量結果進行評價,對此建立一個數學模型。其數學模型為:
其中Y為電能表計量標準示值誤差(%);
為被測電能表計量標準示值誤差(%),
為三相電能表裝置校驗儀計量標準的電能示值(%)。
3 對測量結果的不確定度評定
3.1 不確定度的來源
標準不確定度 的來源主要有兩方面,在重復性條件下由被測電能表計量標準測量重復性引起的不確定度分量 ,采用A類評定方法;電能表計量標準的誤差引起的不確定度分量 ,采用B類評定方法。
3.1.1標準不確定度分量 的評定及校驗過程
該不確定度分量主要是由于被測電能表標準裝置的重復性試驗引起的,可以通過連續測量得到測量列,采用A類方法進行評定。
我們選擇一臺重復性好的0.05級CL317型三相電能表裝置校驗儀,連續三個月用該校驗儀對1臺0.2級新建電能表標準裝置在基本量程220V、5A,在cosΦ=1.0下進行檢定,每組測量取12次測量數據得到電能示值誤差見表一:
 
表一  一臺被檢電能表標準裝置示值誤差表
  5月份測量 6月份測量 7月份測量





(%)
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
標準偏差s(yn)% 0.0048
4.8×10-3
0.0052
5.2×10-3
0.0030
3.0×10-3
 
合并樣本標準差
自由度 
3.1.2標準不確定度 的評定
該不確定度分量主要是單相電能表計量標準的最大允許誤差引起的,
其誤差值為0.2%,矩形分布 ,自由度
3.2合成標準不確定度 的計算
合成標準不確定度

3.3合成標準不確定度的有效自由度

3.4 合成標準不確定度評定
3.4.1 靈敏系數
數學模型 ,靈敏系數 c=1
3.4.2 合成不確定度匯總,見表二。
表二  合成不確定度匯總表
標準不確定度 不確定度來源 c |c|

       
      
 
測量重復性引起的
標準裝置引起的
1 0.115%
    0.0044%
   0.115%
0.115% 50
 
3.5 擴展不確定度的評定
取置信概率p=95%,有效自由度 ,查t分布表得到 ,擴展不確定度
4 電能表計量標準檢定后的一級數值傳遞及驗證
我們用已經檢定過的電能表計量標準(經過了數值傳遞)對其它電能表計量標準進行實驗室檢定,試驗采用多臺(套)比對法。共有七個實驗室的七臺0.2級單相電能表計量標準參加比對,對同一穩定的被測對象進行檢定。yn為被計量標準考核得到的測量結果,而多臺計量標準得到的測量結果的平均值為 ,驗證其結果是否符合

式中U為被計量標準考核的擴展不確定度。
其數據如下:
表三  七臺被檢電能表計量標準數據表
試驗臺
測量
時間
第一臺(y1)% 第二臺
(y2)%
第三臺
(y3)%
第四臺
(y4)%
第五臺
(y5)%
第六臺
(y6)%
第七臺
(y7)%
平均值( )%
5月份測量 0.0048 0.0047 0.0046 0.0049 0.0050 0.0045 0.00426 0.00468
6月份測量 0.0052 0.0051 0.0050 0.0047 0.0048 0.0049 0.00382 0.00479
7月份測量 0.0030 0.0029 0.0027 0.0028 0.0025 0.0026 0.00327 0.00282
 
分析驗證如下:
4.1 共有七個實驗室的同等級電能表計量標準參加檢定,故n=7;
4.2 一臺0.05級的電能表裝置校驗儀對0.2級的電能表計量標準進行比對,其擴展不確定度為 U95=0.23%;
4.3 在正態分布情況下,對應于95%置信概率的包含因子為2.01,擴展不確定度為U=0.23% 。
4.4 則
4.5 若 ,則該電能表合格。
4.5.1 在220V、5A、cosΦ=1.0 負載下,5月測量七臺電能表計量標準,其均值 ,則-0.04212≤yn≤0.05148 ,由測試結果可知y1—y7 均在要求范圍內,合格。
4.5.2 在220V 5A cosΦ=1.0 負載下6月測量七臺電能表計量標準,其均值 ,則-0.04201≤yn≤0.05159,由測試結果可知y1—y7 均在要求范圍內,合格。
4.5.3 在220V 5A cosΦ=1.0 負載下7月測量七臺電能表計量標準,其均值 ,則-0.04398≤yn≤0.04962,由測試結果可知y1—y7 均在要求范圍內,合格。
4.6 綜上,七個實驗室的實測結果符合要求,合格。
經過試驗驗證,新建電能表計量標準符合要求,可以開展1.0級及以下單相安裝式電能表的檢定。
結束語
我們建立電能計量質量管理體系,定期實施期間核查和數據比對,適時建立包括計量標準的不確定度評定以及分析檢定數據的統計技術規范,并達到按規定進行量值傳遞和標準溯源。電能表計量標準的不確定度是建立在誤差理論基礎上的一個新概念,在傳統誤差理論中,總想確定“真值”,而真值卻又難以確定,導致測量結果帶有不確定性。隨國際論壇尋求以最佳方式估計被測量的值,引入電能表計量標準的不確定度評定。不確定度愈小,測量結果的質量愈高,愈接近真值,可信程度愈高。
參考文獻:
[1]《JJF1059-1999測量不確定度評定與表示》國家質監局發布1999-05-01實施.
[2]《JJG596—1999電子式電能表檢定規程》國家質監局發布2000-03-15實施.
[3]《DL/T448-2000電能計量裝置技術管理規程》國家經貿委發布2001-01-01實施.
[4]《JJG597—2005交流電能表檢定裝置檢定規程》國家質監總局發布2006-06-20實施.
[5]《計量標準考核講義》全國計量標準、計量檢定人員考核委員會組編2008-3.
[6]《營銷安全風險防范工作手冊(試行)》國家電網公司經銷部 中國電力出版社2009-2-9.
[7]《國家計量檢定系統表框圖匯編》中國計量出版社 2009-7.

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