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基于自動控制軟件的應用及測量不確定度評定
發布時間：2017-09-01
一、引言
本文通過自主研發的上位機自動控制軟件、位置控制器、CCD數字攝像系統以及連接有高壓發生器的靜電放電板組成的非接觸式靜電測試儀校準裝置，實現了自動控制軟件在高電壓計量領域中的應用，同時實現距離調整的精細化和快速化，達到讀取數據時安全、便捷的目的，并對測量不確定度進行了分析。
二、基于自動控制軟件的非接觸式靜電測試儀校準裝置
由于在本檢測系統中，連接有高壓發生器的靜電放電板部分位置固定，那么本校準裝置主要研究點就在于如何安全、精確、高效地對固定有被檢靜電測試儀部分裝置進行控制。
通過上位機上的操作軟件，發送控制指令給位置控制器，控制器直接驅動位置驅動平臺上的步進電機動作，進而對測桿位置進行定值調節或微調，達到靜電測試儀校準時需要的測試距離。同時，CCD數字攝像頭將采集到的實時圖像傳輸到計算機進行顯示，操作人員通過計算機記錄測試數據，工作原理如圖1所示。
三、測量不確定度的分析與計算
1.測量方法
參照JJF1517-2015《非接觸式靜電電壓測量儀校準規范》，采用直接比較法得到被測高壓靜電電壓表電壓示值誤差。
2.測量模型
被檢靜電測試儀的示值為Vx，標準數字萬用表對
<CTSM> 圖1 校準平臺原理框圖</CTSM>應的電壓值為Vn，則被檢靜電測試儀的示值誤差δ可以表示為δ=Vx-Vn。
3.方差
方差為
4.測量不確定度評定
選擇SIMCO生產的型號為FMX-003的靜電測試儀作為被測對象，對其示值誤差的測量不確定度的各個分量進行分析和評定。
(1)被檢靜電測試儀引入的標準不確定度u(Vx)
①測量重復性引入的標準不確定度u(Vx1)
對FMX-003進行10次獨立測量，讀得10個顯示值Vi，測得值如表1所示。
<CTSM> 表1 重復性測量數據表</CTSM>
則其最佳估計值
，由貝塞爾公式可以計算出Vi的單次測量的實驗標準偏差為
②被檢靜電測試儀分辨力引入的標準不確定度u(Vx2)
被測靜電測試儀電壓讀數分辨力為0.1kV，則其半區間為其一半，即為0.05kV，不確定度按均勻分布計算，則由該分量引入的標準不確定度為
由于u(Vx2)<s(Vi)，應認為已被包含在重復性標準差之中而略去不計。
③u(Vx1)、u(Vx2)合成的標準不確定度u(Vx)
u(Vx)=u(Vx1)=0.032kV，k=2
(2)標準器引入的標準不確定度u(Vn)
①直流標準電阻分壓器引入的標準不確定度u(Vn1)
直流標準電阻分壓器分壓比為100000∶10，準確度等級為0.1級，按均勻分布計算，由此直流標準電阻分壓器分壓比準確度引入的標準不確定度為
②數字多用表直流電壓準確度引入的標準不確定度u(Vn2)
直流標準電阻分壓器低壓端數字多用表直流電壓最大允許誤差為±0.01%，按均勻分布計算，由數字多用表直流電壓引入的標準不確定度為
③環境溫度、濕度引入的不確定度
根據所參考規程要求，因實驗室溫度、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。
④定值調節或微調等位置控制導致的不確定度
該標準器水平位置控制引入的測量不確定度，可以通過考察靜電放電板與被校靜電測試儀之間的距離，與靜電電壓測量值的關系來評估。實驗中取2.5cm(設置點)、2.4cm與2.6cm 3個距離點，多次測量靜電電壓值保持為10.0kV不變。故定值調節或微調等位置控制引入的測量不確定度可以忽略不計。
⑤u(Vn1)、u(Vn2)合成的標準不確定度u(Vn)
(3)合成標準不確定度uc
則合成標準不確定度為uc=0.033kV，k=2。
可見，測量不確定度的主要分量是由被檢靜電測試儀測量重復性引入。
(4)擴展不確定度U
取包含因子k=2，那么擴展不確定度為U=2×0.033kV=0.07kV，k=2。
5.檢定條件的驗證
檢定應滿足的條件是:由標準器及其他條件引起的擴展不確定度應小于等于被檢靜電測試儀最大允許誤差絕對值的三分之一。現被檢FMX-003型靜電測試儀的最大允許誤差為Δ=±1kV，即其絕對值的三分之一為1kV×1/3=0.33kV，示值誤差的測量不確定度為U=0.07kV，即U=0.07kV<│Δ│/3=0.33kV，符合檢定要求。
四、校準完成后的數據處理
根據本單位對于校準證書格式的要求，我們將上位機讀取的數據直接記錄在電子原始記錄模板中，然后自動生成標準的校準證書并打印，大大提高了檢測人員的工作效率。
