1 對(duì)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量概述
1.1對(duì)電能表定期檢定的目的
建立電能計(jì)量質(zhì)量管理體系,防止發(fā)生致使檢定、校準(zhǔn)結(jié)果失效的調(diào)整,定期實(shí)施期間核查和數(shù)據(jù)比對(duì),適時(shí)建立包括計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量不確定度評(píng)定以及分析檢定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)技術(shù)規(guī)范,并達(dá)到按規(guī)定進(jìn)行量值傳遞和標(biāo)準(zhǔn)溯源。隨國(guó)際論壇尋求以最佳方式估計(jì)被測(cè)量的值,引入電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量不確定度評(píng)定。電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量不確定度愈小,測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量愈高,愈接近真值,可信程度愈高。隨著電能計(jì)量系統(tǒng)的日益完善,為保證量傳溯源的準(zhǔn)確性,通過(guò)考評(píng)各計(jì)量單位檢出電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果,要求計(jì)量工作能將這一新的概念正確熟練地應(yīng)用到實(shí)際測(cè)量工作中。
1.2對(duì)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量重復(fù)性要求
電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量重復(fù)性是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要特征之一。它是指在相同測(cè)量條件下,重復(fù)測(cè)量同一個(gè)被測(cè)量,計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)提供相近示值的能力。通常用測(cè)量結(jié)果的分散性來(lái)定量地表示,即用單次測(cè)量結(jié)果yn的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s(yn)來(lái)表示。如果測(cè)得的重復(fù)性小于或等于新建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)測(cè)得的重復(fù)性,則表明計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性已滿足要求。當(dāng)測(cè)得的重復(fù)性大于新建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)測(cè)得的重復(fù)性,則應(yīng)重新對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定,當(dāng)評(píng)定得到的測(cè)量不確定度仍符合要求,判為重復(fù)性符合要求,否則判為重復(fù)性不符合要求。但應(yīng)注意測(cè)得的重復(fù)性數(shù)據(jù)不能有較大的突變,在任何情況下重復(fù)性的突變都是應(yīng)該尋找原因并將其消除的。重復(fù)性所引入的不確定度,只是測(cè)量結(jié)果的不確定度中的一個(gè)分量。因此從原則上來(lái)說(shuō),對(duì)重復(fù)性本身并無(wú)要求,只要最終得到的測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度滿足要求即可。
1.3測(cè)量依據(jù)
測(cè)量依據(jù)有JJG596-1999《電子式電能表檢定規(guī)程》,JJF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核講義》《JJG597—2005交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》。
1.4 測(cè)量環(huán)境條件
任何測(cè)量?jī)x器都是在一定的環(huán)境條件下使用的,電能表的檢定條件已由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定,實(shí)際測(cè)量時(shí)的環(huán)境溫度20℃,相對(duì)濕度46%。符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.5 測(cè)量所需標(biāo)準(zhǔn)儀表及被測(cè)對(duì)象
標(biāo)定用儀表一般至少比被測(cè)儀表高出一個(gè)精度等級(jí),本次標(biāo)定用儀表為0.05級(jí)CL317型三相電能表裝置校驗(yàn)儀,編號(hào)2004180,由深圳科陸制造。被測(cè)量對(duì)象為0.2級(jí)單相電能表計(jì)量裝置,編號(hào)01440 深圳科陸制造。
1.6 測(cè)試過(guò)程
由被測(cè)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的輸出脈沖與表裝置校驗(yàn)儀的標(biāo)準(zhǔn)脈沖比較,進(jìn)行采樣積分并通過(guò)誤差處理器計(jì)算,直接讀出被測(cè)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在該功率時(shí)的測(cè)量結(jié)果。
2 數(shù)學(xué)模型
為了更科學(xué)地對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià),對(duì)此建立一個(gè)數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型為:

,
其中
Y為電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)示值誤差(%);

為被測(cè)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)示值誤差(%),

為三相電能表裝置校驗(yàn)儀計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的電能示值(%)。
3 對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定
3.1 不確定度的來(lái)源
標(biāo)準(zhǔn)不確定度

的來(lái)源主要有兩方面,在重復(fù)性條件下由被測(cè)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量

,采用A類評(píng)定方法;電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差引起的不確定度分量

,采用B類評(píng)定方法。
3.1.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

的評(píng)定及校驗(yàn)過(guò)程
該不確定度分量主要是由于被測(cè)電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置的重復(fù)性試驗(yàn)引起的,可以通過(guò)連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列,采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。
我們選擇一臺(tái)重復(fù)性好的0.05級(jí)CL317型三相電能表裝置校驗(yàn)儀,連續(xù)三個(gè)月用該校驗(yàn)儀對(duì)1臺(tái)0.2級(jí)新建電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置在基本量程220V、5A,在
cosΦ=1.0下進(jìn)行檢定,每組測(cè)量取12次測(cè)量數(shù)據(jù)得到電能示值誤差見(jiàn)表一:
表一 一臺(tái)被檢電能表標(biāo)準(zhǔn)裝置示值誤差表
|
5月份測(cè)量 |
6月份測(cè)量 |
7月份測(cè)量 |
被
檢
電
能
值
(%) |
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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)差

自由度

3.1.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度

的評(píng)定
該不確定度分量主要是單相電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度
的計(jì)算
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
3.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效自由度
3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
3.4.1 靈敏系數(shù)
數(shù)學(xué)模型

,靈敏系數(shù) c=1
3.4.2 合成不確定度匯總,見(jiàn)表二。
表二 合成不確定度匯總表
標(biāo)準(zhǔn)不確定度 |
不確定度來(lái)源 |
c |
 |
|c|  |
 |


 |
測(cè)量重復(fù)性引起的
標(biāo)準(zhǔn)裝置引起的 |
1 |
0.115%
0.0044%
0.115% |
0.115% |
50 |
3.5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定
取置信概率
p=95%,有效自由度

,查
t分布表得到

,擴(kuò)展不確定度

。
4 電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)檢定后的一級(jí)數(shù)值傳遞及驗(yàn)證
我們用已經(jīng)檢定過(guò)的電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)(經(jīng)過(guò)了數(shù)值傳遞)對(duì)其它電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢定,試驗(yàn)采用多臺(tái)(套)比對(duì)法。共有七個(gè)實(shí)驗(yàn)室的七臺(tái)0.2級(jí)單相電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)參加比對(duì),對(duì)同一穩(wěn)定的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢定。y
n為被計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核得到的測(cè)量結(jié)果,而多臺(tái)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)得到的測(cè)量結(jié)果的平均值為

,驗(yàn)證其結(jié)果是否符合

式中U為被計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核的擴(kuò)展不確定度。
其數(shù)據(jù)如下:
表三 七臺(tái)被檢電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表
試驗(yàn)臺(tái)
測(cè)量
時(shí)間 |
第一臺(tái)(y1)% |
第二臺(tái)
(y2)% |
第三臺(tái)
(y3)% |
第四臺(tái)
(y4)% |
第五臺(tái)
(y5)% |
第六臺(tái)
(y6)% |
第七臺(tái)
(y7)% |
平均值( )% |
5月份測(cè)量 |
0.0048 |
0.0047 |
0.0046 |
0.0049 |
0.0050 |
0.0045 |
0.00426 |
0.00468 |
6月份測(cè)量 |
0.0052 |
0.0051 |
0.0050 |
0.0047 |
0.0048 |
0.0049 |
0.00382 |
0.00479 |
7月份測(cè)量 |
0.0030 |
0.0029 |
0.0027 |
0.0028 |
0.0025 |
0.0026 |
0.00327 |
0.00282 |
分析驗(yàn)證如下:
4.1 共有七個(gè)實(shí)驗(yàn)室的同等級(jí)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)參加檢定,故
n=7;
4.2 一臺(tái)0.05級(jí)的電能表裝置校驗(yàn)儀對(duì)0.2級(jí)的電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì),其擴(kuò)展不確定度為 U
95=0.23%;
4.3 在正態(tài)分布情況下,對(duì)應(yīng)于95%置信概率的包含因子為2.01,擴(kuò)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(fù)載下,5月測(cè)量七臺(tái)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),其均值

,則-0.04212≤y
n≤0.05148 ,由測(cè)試結(jié)果可知y
1—y
7 均在要求范圍內(nèi),合格。
4.5.2 在220V 5A
cosΦ=1.0 負(fù)載下6月測(cè)量七臺(tái)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),其均值

,則-0.04201≤y
n≤0.05159,由測(cè)試結(jié)果可知y
1—y
7 均在要求范圍內(nèi),合格。
4.5.3 在220V 5A
cosΦ=1.0 負(fù)載下7月測(cè)量七臺(tái)電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),其均值

,則-0.04398≤y
n≤0.04962,由測(cè)試結(jié)果可知y
1—y
7 均在要求范圍內(nèi),合格。
4.6 綜上,七個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)測(cè)結(jié)果符合要求,合格。
經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證,新建電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)符合要求,可以開(kāi)展1.0級(jí)及以下單相安裝式電能表的檢定。
結(jié)束語(yǔ)
我們建立電能計(jì)量質(zhì)量管理體系,定期實(shí)施期間核查和數(shù)據(jù)比對(duì),適時(shí)建立包括計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度評(píng)定以及分析檢定數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)技術(shù)規(guī)范,并達(dá)到按規(guī)定進(jìn)行量值傳遞和標(biāo)準(zhǔn)溯源。電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度是建立在誤差理論基礎(chǔ)上的一個(gè)新概念,在傳統(tǒng)誤差理論中,總想確定“真值”,而真值卻又難以確定,導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果帶有不確定性。隨國(guó)際論壇尋求以最佳方式估計(jì)被測(cè)量的值,引入電能表計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度評(píng)定。不確定度愈小,測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量愈高,愈接近真值,可信程度愈高。
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[2]《JJG596—1999電子式電能表檢定規(guī)程》國(guó)家質(zhì)監(jiān)局發(fā)布2000-03-15實(shí)施.
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[4]《JJG597—2005交流電能表檢定裝置檢定規(guī)程》國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局發(fā)布2006-06-20實(shí)施.
[5]《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核講義》全國(guó)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)量檢定人員考核委員會(huì)組編2008-3.
[6]《營(yíng)銷安全風(fēng)險(xiǎn)防范工作手冊(cè)(試行)》國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)銷部 中國(guó)電力出版社2009-2-9.
[7]《國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表框圖匯編》中國(guó)計(jì)量出版社 2009-7.