绝缘电阻表示值误差测量值的不确定度评定

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　　摘 要：本文选用准确度等级为0.2级的绝缘电阻表检定装置，对准确度等级10级工作用模拟指示的绝缘电阻表基本误差进行检定，建立了数学模型，分析了输入量标准不确定度的来源，从标准电阻器的极限误差、上级检定标准电阻器的傳递误差、标准电阻器年变化、温度变化、湿度变化等几个方面对绝缘电阻表示值误差测量不确定度进行评估，得出合成不确定度和扩展不确定度。
　　关键词：绝缘电阻表;示值误差;不确定度
　　中图分类号：TM934.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）02-0136-03
　　Said Insulation Resistance Value Error Measurement Uncertainty Evaluation
　　Abstract： In this paper， the basic errors of the insulation resistor meter with the analog indication for the accuracy level 10 were checked by using the verification device of the insulation resistor meter with the accuracy level 0.2. The mathematical model was established. The source of the standard uncertainty of the input quantity was analyzed. From the limit error of the standard resistor， the transfer error of the standard resistor of the higher level verification， the annual variation of the standard resistor and the temperature variation， the standard resistor was checked. The uncertainty of measurement of insulation resistance indication error was evaluated from chemical and humidity changes， and the synthetic uncertainty and extended uncertainty were obtained.
　　Keywords： insulation resistance meter;indication error;uncertainty
　　绝缘电阻表是一种专门用来测量最大电阻值、绝缘电阻吸收比和极化数值的电子装置，可以对变压器、互感器、电动机、电力电缆及避雷针等电子设施的电阻进行精确测量，以保证其实施的安全性。准确测定设备的绝缘电阻值对验证设备绝缘性能防止事故的发生具有非常重要的意义。因此，要对绝缘电阻表检定结果的测量不确定度进行分析，找出影响测量结果的各种因素，以期为优化测量方法及评定测量结果质量提供科学依据。本文主要选用准确度等级为0.2级的绝缘电阻表检定装置，对准确度等级10级工作用模拟指示的ZC25-3型绝缘电阻表10MΩ点为例进行基本误差的检定。
　　1 测量概况
　　1.1 测量依据
　　《绝缘电阻表（兆欧表）检定规程》（JJG 622—1997）[1]。
　　1.2 环境条件
　　温度（23±5）℃，相对湿度40%～60%。
　　1.3 测量标准
　　绝缘电阻表检定装置。型号：ZX119-8;出厂编号：02538;测量范围：U：0～5 000V;R：102～1011Ω;准确度等级：0.2级。
　　1.4 被测对象
　　绝缘电阻表（10级）。型号：ZC25-3;出厂编号：0104021;测量范围：0～500MΩ;准确度等级：10级。
　　1.5 测量过程
　　采用符合法进行测量，即用绝缘电阻表检定装置（标准电阻器）与被检绝缘电阻表并接，启动恒速器，调节标准电阻器的电阻值，使被检绝缘电阻表的指针指在带数字的刻度线上进行基本误差的检定[2]。
　　2 数学模型
　　绝缘电阻表在测量点的示值误差的计算公式为：
　　[Δ=RX-RN]                          （1）
　　式中，[RX]表示被检绝缘电阻表的标称值;[RN]表示在标准电阻器上读取的绝缘电阻的实际值。
　　3 方差和灵敏系数
　　由以下公式（2）得出公式（3）：
　　[u2cy=?f/?xi2u2xi]                      （2）
　　[u2c=u2Δ=c2RXu2RX+c2RNu2RN]       （3）
　　其中灵敏系数为：
　　[cRX=?Δ/?RX=1]                           （4）
　　[cRN=?Δ/?RN=-1]                           （5） 　　故方差为：
　　[u2c=u2Δ=u2RX+u2RN]                  （6）
　　4 輸入量标准不确定度评定
　　输入量标准不确定度[urN]主要来源于两方面。第一，标准装置的不确定度[uRN]，包括标准电阻器的极限误差带来的不确定度[uRN1]、上级检定标准电阻器的传递误差[uRN2]、标准电阻器年变化引入的不确定度[uRN3]、温度变化带来的不确定度[uRN4]、湿度变化带来的不确定度[uRN5];第二，被检绝缘电阻表带来的不确定度[uRX]，包括测量结果的重复性带来的不确定度[uRX1]、数据化整引入的不确定度[uRX2][3]。
　　4.1 标准装置的不确定度[uRN]
　　4.1.1 标准电阻器的极限误差带来的不确定度[uRN1]。标准电阻器的极限误差为0.2%，属于均匀分布，故标准电阻器的极限误差带来的不确定度为：
　　[uRN1=0.2%/3=1.15×10-3]       （7）
　　自由度为：
　　[vRN1=∞]                          （8）
　　4.1.2 上级检定标准电阻器的传递误差[uRN2]。由检定证书得，检定标准电阻器的准确度为0.05级，属于均匀分布，故上级检定标准电阻器的传递误差为：
　　[uRN2=5×10-4/3=2.89×10-4]              （9）
　　自由度为：
　　[vRN2=∞]                            （10）
　　4.1.3 标准电阻器年变化引入的不确定度[uRN3]。依据标准电阻器历年检定证书，其年变化≤0.05%，属于均匀分布，故标准电阻器年变化引入的不确定度为：
　　[uRN3=0.05%/3=2.89×10-4]          （11）
　　自由度为：
　　[vRN3=∞]                         （12）
　　4.1.4 温度变化带来的不确定度[uRN4]。由经验数据，标准电阻器受温度变化影响引起的误差≤0.1%，属于均匀分布，故温度变化带来的不确定度为：
　　[uRN4=0.1%/3=5.77×10-4]              （13）
　　自由度为：
　　[vRN4=∞]                             （14）
　　4.1.5 湿度变化带来的不确定度[uRN5]。标准电阻器受湿度变化影响引起的误差≤0.1%，属于均匀分布，故湿度变化带来的不确定度为：
　　[uRN5=0.1%/3=5.77×10-4]          （15）
　　自由度为：
　　 [vRN5=∞]                               （16）
　　以上五项合成：
　　[uRN=u2RN1+u2RN2+u2RN3+u2RN4+u2RN5] （17）
　　则[uRN]=1.5×10-3。
　　自由度为：
　　[uRN=∞]                         （18）
　　4.2 被检绝缘电阻表带来的不确定度[uRX]
　　4.2.1 测量结果的重复性带来的不确定度[uRX1]。对ZC25-3型绝缘电阻表的第10MΩ点进行10次等精度测量，测得数据如表1所示。
　　计算得：S=0.023MΩ.
　　测量结果取1次读数，故测量结果的重复性带来的不确定度为：
　　[uRX1=S/10MΩ=0.023MΩ/10MΩ=2.3×10-3]  （19）
　　自由度为：
　　[vRX1=10-1=9]                           （20）
　　4.2.2 数据修约间隔引入的不确定度[uRX2]。依据规程《绝缘电阻表》（JJG 622—97），被检绝缘电阻表的检测结果的数据修约间隔为允许误差限值的1/10，按四舍五入及偶数法则进行处理，属于均匀分布，故数据修约间隔引入的不确定度为： 　　[uRX2=1/20×α%/3=2.89×10-3]           （21）
　　自由度为：
　　[vRX2=∞]                                （22）
　　以上两项合成：
　　[vRX=u2RX1+u2RX2=3.69×10-3]           （23）
　　自由度為：
　　[vRX=u4RX/u4RX1/vRX1+u4RX2/vRX2=59]    （24）
　　5 标准不确定度一览表
　　不确定度分量分析表见表2[4]。
　　6 合成标准不确定度
　　以上各项标准不确定度分量是互不相关的，所以合成不标准不确定度为：
　　[uc=u2RN+u2RX=1.5×10-32+3.7×10-32=3.9×10-3]     （25）
　　[veff=u4c/u4VN/vVN+u4RX/vRX=1 584]         （26）
　　通过计算可得，[uc=3.9×10-3]，[veff≈∞]。
　　7 扩展不确定度
　　取置信概率p=99%，[kp=tpveff=2.58]，则扩展不确定度为：
　　[U99=k·u=2.58×3.9×10-3=1.0×10-2]                （27）
　　8 测量不确定度报告
　　绝缘电阻表示值误差测量值不确定度为（测量点10MΩ）：[U99=1.0×10-2，kp=2.58]。
　　9 结语
　　本文选择准确度等级为0.2级的绝缘电阻表检定装置，以准确度等级10级工作用模拟指示的ZC25-3型绝缘电阻表10MΩ点为例进行基本误差的测量结果不确度评定与分析，以期使绝缘电阻表测量值更加完善，提高对绝缘电阻表测量结果的准确度。
　　参考文献：
　　[1]国家技术监督局.绝缘电阻表（兆欧表）检定规程：JJG 622-1997[S].北京：标准出版社，1997.
　　[2]东北国家计量培训中心.建立计量标准技术报告100例[M].北京：中国计量出版社，1989.
　　[3]陈奕钦.测量不确定度93国际指南应用实例[M].北京：中国计量出版社，1998.
　　[4]肖明耀.误差理论与应用[M].北京：计量出版社，1985.
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