電學計量的誤差分析及不確定度理論探究分析

劉佳+齊幫明+柴儉+張浩

摘 要：在電學檢定和電學校準過程中，很多技術因素都會導致電學計量工作出現誤差，同樣在對不確定度進行分析計算時，由于計算失誤也會導致誤差產生。因此，針對這一情況，本文主要對我國電學計量過程中存在的誤差進行分析及對其不確定度理論進行探究。

關鍵詞：電學計量；誤差分析；不確定度理論

【Abstract】In electrical and electrical test school registration process， many technical factors can cause electrical metrology errors， also in the analysis and calculation of the uncertainty due to miscalculation will lead to errors generated. Therefore， the response to this situation， this paper， the error of the electrical metering process exists to explore and analyze its theoretical uncertainty.

【Key words】electricity metering；error analysis； Uncertainty Theory

隨著經濟社會的不斷發展，電學計量過程中所采用的測量硬件與軟件都在不斷升級，而且技術人員對測量結果的準確性也提出了更高的要求。因此，在電學計量過程中，及時發現測量系統中存在的誤差和減小誤差至關重要。電學計量工作由于其具有靈敏度高及準確度高等特點，因此在實際計量過程中會受到諸多不利因素的干擾和影響，從而導致測量結果出現誤差。對此，物理學家海森伯結合量子力學理論提出了一種不確定關系理論，其在電學計量過程中廣為使用。

1.電學計量的誤差分析

一般而言，電學計量中存在的誤差被稱為確定性誤差，這種系統誤差是按照一定的變化規律出現的。因此，在電學計量中可通過誤差恒值以及規律分布的誤差，針對計量結果進行分析。在電學計量中，如果不能針對電學計量中存在的誤差進行及時分析，則會對計量校準或檢定結果產生嚴重影響。這種確定性誤差與一般的電學計量偶然性誤差不同，其很難被電學計量人員發現，而且很難利用數據發現誤差、排除誤差。所以，偶然性誤差會對計量檢定結果造成很大影響。確定性誤差可以反映電學測量過程中的不確定度。在對測量不確定度進行評定時，技術人員只需結合數據測量結果就可對事物的優劣情況進行評定。所以，電學計量的精確度對電能計量產品的質量及國家經濟效益的提升具有重要的意義。特別是在市場經濟不斷發展的時代，我國對外貿易經濟也受到電學計量測量精度的影響[1]。因此，電學計量誤差分析及不確定度理論探究，成為近年來相關領域學者高度重視的內容。

通過上述分析，本文發現系統誤差主要分為人為誤差及儀器誤差和測量裝置誤差、環境誤差、元件誤差、電路等因素導致的誤差；具體因素不同，誤差形式也不同。其中人為因素誤差主要分為操作誤差及人員誤差和溫度等外界環境誤差、計量讀數誤差等；儀器誤差一般又分為間隔采樣誤差及標準量具誤差和顯示特性誤差等；測量裝置誤差主要分為試驗設備誤差及靈敏度誤差兩種；具體到環境因素，其主要包括電流熱效應及磁場因素和電路、電場穩定性等因素；至于元件因素主要包括穩定性因素及線性因素和非線性因素等；電路因素誤差分為直角誤差及交流電路中的相角和模等因素導致的誤差。

2.電學計量的不確定度理論探究

目前國內關于不確定度評定的理論研究主要分為動態測量不確定度評定方法以及靜態不確定度評定方法兩種。其中，對不確定度進行評定，首先需建立有關的數學模型，然后對不確定度的具體來源進行分析，最后針對不確定度進行科學評定，其中分為A類和B類兩種，然后在此基礎上對不確定度進行合成，與此同時需擴展不確定；除此之外，還需出具不確定度報告。如下流程所示：

電學計量的不確定度理論分析圖解

結合上述圖示，在實際應用過程中，首先需建立滿足不確定度評定的數學模型，即通過電能計量中被測變量Y與影響量Xi，建立二者之間的函數關系式[2]：

按照上述公式，在測量過程中不能重復與遺漏數據，將所有電學計量過程中可能對不確定度造成影響的相關輸入變量X代入上述數據模型中，從而根據實際情況建立新的數據模型。再通過輸入變量X的值獲得最佳參數值x，通過輸入變量Y的值獲得最佳參數值y，由此可得到新的數學關系式：

在上述計量模型中，xi的不確定度決定了被測量的不確定度。因此，對電學計量的不確定度分析，首先需針對x的不確定度進行評定。

在對不確度進行評定過程中，由于存在很多影響因素會導致電學計量結果準確性受到影響。因此，標準不確定度分量即是評定每個不確定度來源的標準偏差，通?？刹捎米兞縰來表示。而在合成不確定度時，可采用uc（y）表示電學計量中被測量估計值的標準不確定度，其主要由輸入量的不確定度合成。而擴展不確定度通?？刹捎胾來表示，即通過合成標準不確定度的倍數，表示電學計量不確定度，即將上述合成標準擴大k倍，從而獲得測量的不確定度，最終得到如下計算公式：

在上述公式中，k通常為3或2，其主要由電學計量中被測量的效益、重要性及風險因素所決定。

最后，在出具不確定度報告時，測量不確定度采用合成標準不確定度U=kuc表示，因此需將自由度和uc已知；當采用擴展不確定度表示測量不確定度時，需將u c、p、v以及k已知，從而將更加詳細的信息展示在不確定度報告中，提高測量結果的實用價值。

結束語

綜上所述，通過對不確定度的評定理論研究發現，電學計量過程中測量不確定度的評定應用十分重要。由于電學計量結果在很大程度上與不確定度評定方式及理論存在很大關系。因此，在電學計量過程中，不僅需要提高測量硬件與軟件的技術精準度，更要科學應用不確定度評定方法和理論，從而減小測量過程中的誤差，防止受到不良因素影響，以此提高電學計量的科學性。

參考文獻：

[1]肖婷婷.電學計量的誤差分析及不確定度理論研究[J].科技信息，2013，16：480-481.

[2]王洋.探討電學計量的誤差分析及不確定度理論研究[J].科技與企業，2015，08：200.