低压电器温升试验的不确定度分析

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简介:低压电器的温升参数是电器产品质量的一项重要指标,其数值的大小直接影响产品的质量和生产成本,生产厂家和用户都十分注意,因此,低压电器温升试验显得尤为重要。本文以低压电器温升检测试验的不确定度评定为例,在 ...
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 低压电器的温升参数是电器产品质量的一项重要指标,其数值的大小直接影响产品的质量和生产成本,生产厂家和用户都十分注意,因此,低压电器温升试验显得尤为重要。本文以低压电器温升检测试验的不确定度评定为例,在温升试验的基础上,分析了检测实验室对产品进行不确定度评定的方法。
     本试验采用热电偶和数据采集器组成系统进行测量电器产品的试验温度。以一塑壳断路器(额定电流1600A)为试品,试验从冷态开始通电,经2h升温后进入温升稳定状态。惠普Agilent 34970A数据采集/开关单元每5min采集并存储一次温度数据。为了取得较理想数据,热电偶采取锡箔纸粘贴方式,试验进行了近7h的试验观察;为了尽量减少不确定因素的干扰,试验在严格的环境条件(密闭房间一恒定温度和风速)下进行的。
1 低压电器温升试验的不确定度分析
     1.1 建立数学模型
     被测量由热电偶测量,数据采集器直接显示温度值,即实测产品温度的输出y为Agilent34970A
显示的读数x ,数学模型

1.2 不确定度来源
     分析不确定度来源时,应从设备、人员、环境、及被测对象多方面考虑。而式(2)很明显未能全面包括所有不确定度的来源,遗漏了Agilent 34970A的准确度、T型热电偶的准确度、试验电流测量的准确性、仪表读数的分辨力、数据修约的误差及检测人员读数因素。而t是通过多次重复测量获得,故我们认为人员
读数因素以及环境原因造成的试品温度波动所引起的不确定度包含在u(t)中,而其它原因引起的不确定
度分量应从式(1)以外加入(灵敏度系数为1)。对由试验方法造成的影响,由于本试验严格按照GB14048.2—2001有关温升测量的规定,视为规范化测量。所以,不确定度的来源应包括:测量重复性引起的U1:Agilent 34970A引起的U2;T型热电偶准确度等级引起的U3;试验电流测量准确性引起的U4;仪表读数分辨力引起的U5 :数据修约引起的U6。

1.3 不确定度的分析及其计算
     1.3.1 A类不确定度的分析和计算由温度测量重复性引起的不确定度分量归于A
类不确定度。它是通过独立重复观测15次而得的实验标准差。合成样本标准差(A类不确定度)为:(k核查次数,k=6)

 


1.3.2 B类不确定度的分析及其计算
     1)A4gilent 34970A引起的不确定度根据其技术指标可知,当Agilent 34970A采用热电偶传感器测量温度时,其转换准确度为0.05℃。在缺乏其它信息的情况下,一般估计为均匀分布是较为合理的,即k=√3。则U2为:

     2)T型热电偶引起的不确定度
根据其技术指标可知,T型热电偶的准确度等级为±1K,在缺乏其它信息的情况下,一般估计为均匀分布是较为合理的,即k=√3。则U3为

     3)试验电流测量引起的不确定度
     根据电器在电流作用下发热温升的公式:

 
     忽略高次项的微小影响,取温升的相对误差,则:

     在本次试验中测得的最高温升值为60K,根据电流表校准证书可知,电流测量准确度为±1,则由此影响所造成的温升误差限为:
     其置信区间半宽度为1.2K,所以U4为:

     4)仪表读数分辨力和数据修约引起的不确定度
     考虑到检测仪表所示数据的位数为五位小数,其分辨力为0.00001。则由分辨力和数据修约带来的不确定度U5和U6可忽略不计。
     1.3.3 合成不确定度的分析及其计算
     由于Ul、U2、U3、U4、U5、U6相互独立,互不相关,故合成标准不确定度Uc(T) 可按式(3)得出:

     1.3.4 扩展不确定度的分析及其计算
     取扩展因子k=2,则U为:

2 测量不确定度汇总和报告
     该塑壳断路器温升测量不确定度如表1所示,测量结果最终表示方式为:
     T=t±U=(55.8±1.8)K (k=2,P=0.95)其中,U由合成不确定度uc(T)=0.9k,使用包含因子k=2而得。



     一个实验室若希望证明自己运作的质量体系,有技术能力,且能出具技术上有效的检测/校准结果,就必须强化测量不确定度评定的工作。随着经济全球化和高科技迅猛的发展,已通过了中国实验室国家认可委员会认可的或正在准备通过认可的检测实验室都应该大力开展不确定度评定工作,以适应当代全球化经济和科学发展的需要。


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