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基于自動(dòng)控制軟件的應(yīng)用及測(cè)量不確定度評(píng)定
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
一、引言
本文通過(guò)自主研發(fā)的上位機(jī)自動(dòng)控制軟件、位置控制器、CCD數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)以及連接有高壓發(fā)生器的靜電放電板組成的非接觸式靜電測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制軟件在高電壓計(jì)量領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)距離調(diào)整的精細(xì)化和快速化，達(dá)到讀取數(shù)據(jù)時(shí)安全、便捷的目的，并對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行了分析。
二、基于自動(dòng)控制軟件的非接觸式靜電測(cè)試儀校準(zhǔn)裝置
由于在本檢測(cè)系統(tǒng)中，連接有高壓發(fā)生器的靜電放電板部分位置固定，那么本校準(zhǔn)裝置主要研究點(diǎn)就在于如何安全、精確、高效地對(duì)固定有被檢靜電測(cè)試儀部分裝置進(jìn)行控制。
通過(guò)上位機(jī)上的操作軟件，發(fā)送控制指令給位置控制器，控制器直接驅(qū)動(dòng)位置驅(qū)動(dòng)平臺(tái)上的步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作，進(jìn)而對(duì)測(cè)桿位置進(jìn)行定值調(diào)節(jié)或微調(diào)，達(dá)到靜電測(cè)試儀校準(zhǔn)時(shí)需要的測(cè)試距離。同時(shí)，CCD數(shù)字?jǐn)z像頭將采集到的實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，工作原理如圖1所示。
三、測(cè)量不確定度的分析與計(jì)算
1.測(cè)量方法
參照J(rèn)JF1517-2015《非接觸式靜電電壓測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范》，采用直接比較法得到被測(cè)高壓靜電電壓表電壓示值誤差。
2.測(cè)量模型
被檢靜電測(cè)試儀的示值為Vx，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)
<CTSM> 圖1 校準(zhǔn)平臺(tái)原理框圖</CTSM>應(yīng)的電壓值為Vn，則被檢靜電測(cè)試儀的示值誤差δ可以表示為δ=Vx-Vn。
3.方差
方差為
4.測(cè)量不確定度評(píng)定
選擇SIMCO生產(chǎn)的型號(hào)為FMX-003的靜電測(cè)試儀作為被測(cè)對(duì)象，對(duì)其示值誤差的測(cè)量不確定度的各個(gè)分量進(jìn)行分析和評(píng)定。
(1)被檢靜電測(cè)試儀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vx)
①測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vx1)
對(duì)FMX-003進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量，讀得10個(gè)顯示值Vi，測(cè)得值如表1所示。
<CTSM> 表1 重復(fù)性測(cè)量數(shù)據(jù)表</CTSM>
則其最佳估計(jì)值
，由貝塞爾公式可以計(jì)算出Vi的單次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為
②被檢靜電測(cè)試儀分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vx2)
被測(cè)靜電測(cè)試儀電壓讀數(shù)分辨力為0.1kV，則其半?yún)^(qū)間為其一半，即為0.05kV，不確定度按均勻分布計(jì)算，則由該分量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
由于u(Vx2)<s(Vi)，應(yīng)認(rèn)為已被包含在重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差之中而略去不計(jì)。
③u(Vx1)、u(Vx2)合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vx)
u(Vx)=u(Vx1)=0.032kV，k=2
(2)標(biāo)準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vn)
①直流標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vn1)
直流標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓器分壓比為100000∶10，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.1級(jí)，按均勻分布計(jì)算，由此直流標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓器分壓比準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
②數(shù)字多用表直流電壓準(zhǔn)確度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vn2)
直流標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓器低壓端數(shù)字多用表直流電壓最大允許誤差為±0.01%，按均勻分布計(jì)算，由數(shù)字多用表直流電壓引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
③環(huán)境溫度、濕度引入的不確定度
根據(jù)所參考規(guī)程要求，因?qū)嶒?yàn)室溫度、濕度分別滿足(20±2)℃、≤80%RH的條件，故溫度和濕度的影響可以忽略不計(jì)。
④定值調(diào)節(jié)或微調(diào)等位置控制導(dǎo)致的不確定度
該標(biāo)準(zhǔn)器水平位置控制引入的測(cè)量不確定度，可以通過(guò)考察靜電放電板與被校靜電測(cè)試儀之間的距離，與靜電電壓測(cè)量值的關(guān)系來(lái)評(píng)估。實(shí)驗(yàn)中取2.5cm(設(shè)置點(diǎn))、2.4cm與2.6cm 3個(gè)距離點(diǎn)，多次測(cè)量靜電電壓值保持為10.0kV不變。故定值調(diào)節(jié)或微調(diào)等位置控制引入的測(cè)量不確定度可以忽略不計(jì)。
⑤u(Vn1)、u(Vn2)合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Vn)
(3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc
則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uc=0.033kV，k=2。
可見(jiàn)，測(cè)量不確定度的主要分量是由被檢靜電測(cè)試儀測(cè)量重復(fù)性引入。
(4)擴(kuò)展不確定度U
取包含因子k=2，那么擴(kuò)展不確定度為U=2×0.033kV=0.07kV，k=2。
5.檢定條件的驗(yàn)證
檢定應(yīng)滿足的條件是:由標(biāo)準(zhǔn)器及其他條件引起的擴(kuò)展不確定度應(yīng)小于等于被檢靜電測(cè)試儀最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一。現(xiàn)被檢FMX-003型靜電測(cè)試儀的最大允許誤差為Δ=±1kV，即其絕對(duì)值的三分之一為1kV×1/3=0.33kV，示值誤差的測(cè)量不確定度為U=0.07kV，即U=0.07kV<│Δ│/3=0.33kV，符合檢定要求。
四、校準(zhǔn)完成后的數(shù)據(jù)處理
根據(jù)本單位對(duì)于校準(zhǔn)證書格式的要求，我們將上位機(jī)讀取的數(shù)據(jù)直接記錄在電子原始記錄模板中，然后自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)證書并打印，大大提高了檢測(cè)人員的工作效率。
