直流稳压电源测量标准不确定度评定

直流稳压电源测量标准不确定度评定

于利

北京曙光航空电气有限责任公司 北京市 101300

摘要：直流稳压电源主要用于为电子线路、仪器仪表等装置提供直流电压，其性能的好坏直接影响了电气设备或控制系统的有效运行，所以定期对直流稳压电源进行检定/校准是十分有必要的。本文介绍了直流稳压电源测量标准不确定度的评定，为评定直流稳压电源新建测量标准的不确定度提供借鉴。

关键词：直流稳压电源；测量标准；不确定度

引言

目前检定/校准直流稳压电源的有效依据是《JJF 1597—2016直流稳定电源校准规范》和《JJG（军工）77—2015直流稳压电源计量检定规程》。两个计量技术规范内容均提及了测量标准的不确定度应不大于被检直流稳压电源最大允许误差绝对值（MPEV）或允许范围的1/3。所以只有明确测量标准的不确定度，方可确定该测量标准能否有效对直流电源进行量传。本文将《JJG（军工）77—2015直流稳压电源计量检定规程》作为检定依据，对不同检定项目对应的测量标准不确定度进行评定。

1直流电源测量标准及检定连线图

1.1 测量标准

a）直流数字电压表;b）直流电流表;c）交流(数字)电压表或高频毫伏表;d）示波器；e）交流调压器；f）负载电阻。

1.2 检定连线图

被检

直流稳压电源

调压器

A

负载电阻

直流数字电压表

示波器、交流数字电压表或高频毫伏表

交流电压表

图1 检定直流稳压电源连线图

2检定项目

除外观及附件完好性、工作正常性以外，还包括负载调整率、电源电压调整率、输出电压短期稳定性、纹波电压、电压表电流表示值误差等项目。

3测量标准不确定度评定

3.1 电压/电流表示值误差检定项目测量标准不确定度u的评定

3.1.1 数学模型

检定直流电源电压/电流表示值误差时，采用的是标准表直接测量法，数学模型可用公式1表示：

∆Y=Y_t-Y₀ 公式1

式中：∆Y——被检直流电源输出电压/电流值的示值误差；

Y_t——被检直流电源输出电压/电流值的示值；

Y₀——标准电压/电流表读取被检直流电源输出量的标准值。

3.1.2 不确定度来源

a）标准表示值误差引入的不确定度u₁；

b）标准表测量重复性引入的不确定度u₂；

c）标准表分辨力引入的不确定度u₃。

注：当u₃小于u₂时，u₃可不重复计入。

3.1.3 不确定度评定

a）u₁按B类进行评定。查询标准表的技术指标可知其最大允许误差绝对值（MPEV），则分散区间的半宽度a=MPEV且为均匀分布，包含因子k= ，故u₁=a/k；

b）u₂按A类进行评定，标准表对直流电源多次重复测量所得的数据，用贝塞尔公式计算出实验标准偏差s（x）：

公式2

式中：x_i——标准表第i次测量值；

x——标准表多次测量值的平均值；

n——重复测量的次数，此处n=10。

检定时取单次测量结果，故u₂=s（x）。

c）根据标准表技术说明书可知其分辨力为δ，对u₃按B类进行评定，其区间半宽度a=δ，为均匀分布，包含因子k= ，则u₃=a/k。

3.1.4 合成标准不确定度u_c和扩展标准不确定度U

以上各项独立不相关，

U=ku_c （k=2）

3.2 负载调整率检定项目测量标准不确定度u_L的评定

3.2.1 数学模型

直流稳压电源输出的各参数测量采用直接测量法，按公式3表示。

Y=X公式3

式中：Y——标准表的示值；

X——直流稳压电源的输出值。

3.2.2 不确定度来源

a）标准电压表在测量负载调整率时示值误差引入的不确定度u_L1；

b）标准电压表在测量负载调整率时测量重复性引入的不确定度u_L2；

c）标准电压表在测量负载调整率时分辨力引入的不确定度u_L3。

注：当u_L3小于u_L2时，u_L3可不重复计入。

3.2.3 不确定度评定

直流电源负载调整率的测量结果，取决于标准电压表对直流电源输出电压值两次测量结果引入的不确定度。

a）u_L1采用B类评定。根据直流数字电压表的技术说明书可知其MPEV，分散区间的半宽度a=MPEV且为均匀分布，包含因子k= ，则u_L1=a/k；

b）按公式2分别计算出直流电源满载时和空载时标准电压表多次重复测量的试验标准差s（U_m）和s（U_n），因检定时取单次测量结果，故标准电压表在直流电压满载和空载输出时测量重复性引入的标准不确定度分别为u_L2m=s（U

_m），u_L2n=s（U_n）；

c）u_L3按B类进行评定，其区间半宽度a=δ（δ可通过技术说明书查知）为均匀分布，包含因子k= ，则u_L3=a/k。

3.2.4 合成标准不确定度u_cL和扩展标准不确定度U_L

以上各项独立不相关，

U_L=ku_cL （k=2）

3.3 电源电压调整率检定项目测量标准不确定度u_D的评定

电源电压调整率的测量方法同直流电源负载调整率的方法一致，均采用直接测量法。电源电压调整率的测量结果，取决于标准电压表对直流电源输出电压值两次测量结果引入的不确定度。故u_D的数学模型、不确定度来源、评定过程及计算方法和u_L是一致的。

3.4 输出电压短期稳定性检定项目测量标准不确定度u_S的评定

3.4.1 数学模型

标准电压表对被检直流稳压电源输出的额定电压值直接进行测量，其数学模型可用公式3进行表示。

3.4.2 不确定度来源

a）标准电压表示值误差引入的不确定度u_S1；

b）标准电压表测量重复性引入的不确定度u_S2；

c）标准电压表分辨力引入的不确定度u_S3。

注：当u_S3小于u_S2时，u_S3可不重复计入。

3.4.3 不确定度评定

a）u_S1=a/k，其中a为标准表的MPEV，k=_；

b）u_S2=s（U₃），s（U₃）为标准表多次重复测量按公式2计算得出；

c）u_S3=a/k，其中a等于标准表分辨力δ，k= 。

3.4.4 合成标准不确定度u_cS和扩展标准不确定度U_S

以上各项独立不相关，

U_S=ku_cS （k=2）

3.5 纹波电压检定项目测量标准不确定度u_γ的评定

3.5.1 数学模型

被检直流稳压电源在输出额定值时，根据直流电源说明书的要求，可用示波器读取纹波电压的峰峰值，用交流数字电压表或高频毫伏表读取纹波电压的有效值。测量方法均为直接测量法，标准表（示波器、交流数字电压表或高频毫伏表）的示值即为被检电源的输出值，故其数学模型可用公式3进行表示。

3.5.2 不确定度来源

a）标准表示值误差引入的不确定度u_γ1；

b）标准表测量重复性引入的不确定度u_γ2；

c）标准表分辨力引入的不确定度u_γ3。

3.5.3 不确定度评定

_a）u_γ1=a/k，其中a为标准表的MPEV，k=_；

_b）u_γ2=s（U_γ），s（U_γ）为标准表多次重复测量按公式2计算得出；

c）u_γ3=a/k，其中a等于标准表分辨力δ，k=_。

3.5.4 合成标准不确定度u_cγ扩展标准不确定度U_γ

以上各项独立不相关，

U_γ=ku_cγ （k=2）

参考文献：

[1]全国电磁计量技术委员会，《JJF 1597—2016直流稳定电源校准规范》.中国质检出版社.2017

[2]国防科技工业电学一级计量站，《JJG（军工）77—2015直流稳压电源计量检定规程》.国家国防科技工业局.2015

[3]国防科技工业第一计量测试研究中心，《JJF（军工）3-2012 国防军工计量标准器具技术报告编写要求》.国家国防科技工业局.2012

[4]江苏省计量科学研究院，《JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示》.中国质检出版社.2013

作者简介：于利（1983-10），男，满族，籍贯：北京市，当前职务：主任，当前职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：计量检测