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基于自动控制软件的应用及测量不确定度评定
发布时间：2017-09-01
一、引言
本文通过自主研发的上位机自动控制软件、位置控制器、CCD数字摄像系统以及连接有高压发生器的静电放电板组成的非接触式静电测试仪校准装置，实现了自动控制软件在高电压计量领域中的应用，同时实现距离调整的精细化和快速化，达到读取数据时安全、便捷的目的，并对测量不确定度进行了分析。
二、基于自动控制软件的非接触式静电测试仪校准装置
由于在本检测系统中，连接有高压发生器的静电放电板部分位置固定，那么本校准装置主要研究点就在于如何安全、精确、高效地对固定有被检静电测试仪部分装置进行控制。
通过上位机上的操作软件，发送控制指令给位置控制器，控制器直接驱动位置驱动平台上的步进电机动作，进而对测杆位置进行定值调节或微调，达到静电测试仪校准时需要的测试距离。同时，CCD数字摄像头将采集到的实时图像传输到计算机进行显示，操作人员通过计算机记录测试数据，工作原理如图1所示。
三、测量不确定度的分析与计算
1.测量方法
参照JJF1517-2015《非接触式静电电压测量仪校准规范》，采用直接比较法得到被测高压静电电压表电压示值误差。
2.测量模型
被检静电测试仪的示值为Vx，标准数字万用表对
<CTSM> 图1 校准平台原理框图</CTSM>应的电压值为Vn，则被检静电测试仪的示值误差δ可以表示为δ=Vx-Vn。
3.方差
方差为
4.测量不确定度评定
选择SIMCO生产的型号为FMX-003的静电测试仪作为被测对象，对其示值误差的测量不确定度的各个分量进行分析和评定。
(1)被检静电测试仪引入的标准不确定度u(Vx)
①测量重复性引入的标准不确定度u(Vx1)
对FMX-003进行10次独立测量，读得10个显示值Vi，测得值如表1所示。
<CTSM> 表1 重复性测量数据表</CTSM>
则其最佳估计值
，由贝塞尔公式可以计算出Vi的单次测量的实验标准偏差为
②被检静电测试仪分辨力引入的标准不确定度u(Vx2)
被测静电测试仪电压读数分辨力为0.1kV，则其半区间为其一半，即为0.05kV，不确定度按均匀分布计算，则由该分量引入的标准不确定度为
由于u(Vx2)<s(Vi)，应认为已被包含在重复性标准差之中而略去不计。
③u(Vx1)、u(Vx2)合成的标准不确定度u(Vx)
u(Vx)=u(Vx1)=0.032kV，k=2
(2)标准器引入的标准不确定度u(Vn)
①直流标准电阻分压器引入的标准不确定度u(Vn1)
直流标准电阻分压器分压比为100000∶10，准确度等级为0.1级，按均匀分布计算，由此直流标准电阻分压器分压比准确度引入的标准不确定度为
②数字多用表直流电压准确度引入的标准不确定度u(Vn2)
直流标准电阻分压器低压端数字多用表直流电压最大允许误差为±0.01%，按均匀分布计算，由数字多用表直流电压引入的标准不确定度为
③环境温度、湿度引入的不确定度
根据所参考规程要求，因实验室温度、湿度分别满足(20±2)℃、≤80%RH的条件，故温度和湿度的影响可以忽略不计。
④定值调节或微调等位置控制导致的不确定度
该标准器水平位置控制引入的测量不确定度，可以通过考察静电放电板与被校静电测试仪之间的距离，与静电电压测量值的关系来评估。实验中取2.5cm(设置点)、2.4cm与2.6cm 3个距离点，多次测量静电电压值保持为10.0kV不变。故定值调节或微调等位置控制引入的测量不确定度可以忽略不计。
⑤u(Vn1)、u(Vn2)合成的标准不确定度u(Vn)
(3)合成标准不确定度uc
则合成标准不确定度为uc=0.033kV，k=2。
可见，测量不确定度的主要分量是由被检静电测试仪测量重复性引入。
(4)扩展不确定度U
取包含因子k=2，那么扩展不确定度为U=2×0.033kV=0.07kV，k=2。
5.检定条件的验证
检定应满足的条件是:由标准器及其他条件引起的扩展不确定度应小于等于被检静电测试仪最大允许误差绝对值的三分之一。现被检FMX-003型静电测试仪的最大允许误差为Δ=±1kV，即其绝对值的三分之一为1kV×1/3=0.33kV，示值误差的测量不确定度为U=0.07kV，即U=0.07kV<│Δ│/3=0.33kV，符合检定要求。
四、校准完成后的数据处理
根据本单位对于校准证书格式的要求，我们将上位机读取的数据直接记录在电子原始记录模板中，然后自动生成标准的校准证书并打印，大大提高了检测人员的工作效率。
