导体直流电阻测量不确定度评定

２０１４年第５期　文章编号：１００５—３３８７（２０１４）０５—００２６—２７　导体直流电阻测量不确定度评定　郭学桃　（山西省产品质量监督检验研究院，太原０３００１２）　摘要：在阐述试验方法、建立测量模型的基础上，分析了导体电阻不确定度的来源，运用相对不确定度的计算方法，对　导体直流电阻的不确定度进行了评定。　关键词：直流电阻；不确定度；包含因子；包含概率　中图分类号：ＴＭ９３４．１２　文献标识码：Ａ　０　引言　验在带有空调装置的检测室内进行。　进行评定不确定度．是实验室检测人员应当掌　握的一基本技能。本文以导体直流电阻的不确定度　评定为例．依据ＪＪＦ１０５９．１—２０１２（测量不确定度评　定与表示》中相对不确定度的计算方法，先分别计　算各输入量的相对标准不确定度，再进行合成、扩　展。计算出输出量的相对扩展不确定度，最后计算输　出量的测量不确定度。这种方法与ＪＪＦ１０５９．１—　２０１２中４．４．１关于不确定度传播律即合成不确定　度的计算方法相比，省去了对各输入量的灵敏系数　及相关系数的计算。极大地方便了检测人员对测量　不确定度的评定，对检测人员开展类似的不确定度　评定具有一定的参考意义。　ｌ　导体直流电阻的试验方法　本实验室参加了２０１４年上海电缆研究所检测　中心组织的电线电缆产品一铝导体直流电阻试验的　能力验证计划。根据本次能力验证计划作业指导书　要求，需要采用ＧＢ／Ｔ３０４８．４—２００７《电线电缆电性　能试验方法第４部分：导体直流电阻试验》来测试　样品，并换算至２０℃每公里的导体直流电阻值，同　时提供包含概率为９５％时（　＝２）的不确定度值。　试验的具体要求：试样应在温度为１５—２５ｃＩ＝和　空气湿度为８５％的试验环境中放置足够长的时间　（通常放置２４小时即可），在试样放置和试验过程　中．环境温度变化不大于±１℃。使用最小刻度为　０．１ｃＩ＝的温度计测量环境温度。每次测量用不同方　向的电流分别对试样进行试验，每个样品进行两次　测量，试验结果取平均值。本实验室使用的测量设　备有：ＰＣ３６Ｃ直流电阻测量仪、温度计和钢卷尺，试　一２６—　２测量模型　按照ＧＢ／Ｔ３０４８．４—２００７。型式试验时，温度为　２０￣Ｃ每公里长度的导体直流电阻值的计算公式为：　Ｒ２０＝ＩＯ００Ｒ　／｛［１＋。２０（ｔ－２０）］×￡｝　式中，　为２０￣Ｃ时每公里长度的电阻值，ＤＶｋｍ；　为ｆ℃时　长的电缆的实测电阻值，Ｑ；口加为导体材　料２０℃的电阻温度系数，１／％；ｔ为测量时的导体温度，　以环境温度代替，℃；　为试样的测量长度，ｍ。　依据本次能力验证计划作业指导书规定，电阻　温度系数０　。取０．００４０３（１／ｏＣ），导体温度精确至小　数后一位数字。　３测量不确定度来源分析　依据前述导体直流电阻的试验方法及测量模　型，结合检测经验，分析导体直流电阻测量不确定度　来源主要有：　１）由导体直流电阻测量的重复性引入的不确　定度（属Ａ类评定）。　２）由温度测量引入的不确定度，包括温度计校　准引入的不确定度和以环境温度代替试样温度引入　的不确定度（属Ｂ类评定）。　３）由电阻值测量引入的不确定度（属Ｂ类评定）。　４）由长度测量引人的不确定度，包括测长系统　校准引入的不确定度和因试样不完全拉直而引入的　不确定度（属Ｂ类评定）。　４测量不确定度评定　４．１　Ａ类不确定度评定　

依据检测方法。在相同条件下由同一检测员对　样品进行ｌ０次独立的测量，检测数据见表１。试样　长度　检测平均值为３．２２１ｍ。　裹１　室温　电阻值（ｍｎ）　序号　Ｒ２ｏ（ｆ／／ｋｍ）　（ｏＣ）　正向　反向Ｒ　Ｒ　１　２４．６　３．８９５　３．８９６　３．８９６　１．１８７　２　２４．９　３．８９９　３．８９７　３．８９８　１．１８７　３　２４．９　３．８９９　３．８９７　３．８９８　１．１８７　５　２５．２　３．９０３　３．９０５　３．９ｏ５　１．１８７　５　２５．２　３．９０５　３．９ｏ６　３．９０５　１．１８８　６　２５．２　３．９０５　３．９０３　３．９０５　１．１８７　７　２４．６　３．８９７　３．８９８　３．８９８　１．１８８　８　２５．３　３．９０９　３．９１０　３．９１０　１．１８８　９　２５．４　３．９１２　３．９ｌｌ　３．９１２　１．１８９　１０　２５．６　３．９１６　３．９１８　３．９１７　１．１８９　均值　２５．１　１．１８８　运用贝塞尔公式计算，电阻值尺　。单次测量的　实验标准偏差ｓ为０．０００９／ｋｍ。依据ＧＢ／Ｔ３０４８．４　－２００７，每次检测时要独立测量两次，取平均值作为　检测结果，因此，平均值的标准偏差ｓ（Ｒ∞）＝ｓ／　＝　０．０００６１－／／ｋｍ，平均值的相对标准偏差ｓ　（　∞）＝ｓ　（　∞）／Ｒ如一０．０００５，则由导体直流电阻测量的重复　性引入的相对标准不确定度：　Ｉｔ，（Ｒ２０）＝ｓ，（Ｒ２０）＝０．０００５　４．２　Ｂ类不确定度评定　４．２．１　由温度测量引入的不确定度　４．２．１．１　温度计校准引入的不确定度　根据检测用温度计校准证书，其测试温度ｔ为　２０￣Ｃ，扩展不确定度　加）为０．２￣Ｃ，包含因子ｋ为２，则　２０％时的标准不确定度Ｍ㈣＝Ｕ（２ｏ）／ｋ＝０．１ｃｃ。ｔ＝２０￣Ｃ　时，１＋口２０（ｔ－２ｏ）＝１，分量１＋ａ２０（￡－２ｏ）的标准不确定度：　［１＋　（　＿２０）］　口２０￣ｉｔ（２０）　０．ｏ０ｏ４　其相对标准不确定度：　／／＇ｒ［１＋　（Ｉ－２０）］＝　１＋口２０（ｔ一２０）１／［１＋ａ２０（ｔ－２０）］　＝０．０００４　４．２．１．２由环境温度代替试样温度引入的不　确定度　在测量过程中，不是直接测试试样温度．而是用　环境温度代替试样温度，环境温度因气温、人体温　度、气流流动等因素而波动，监测到的环境温度并不　总是真实地反映试样温度，两者的差异客观存在，因　此应当关注由此引入的不确定度。为尽量保持环境　温度与试样温度的一致，在检测过程中，实验室采取　了多种措施，包括试样在环境中放置足够长的时间：　避开空调风的吹拂，关闭窗户，拉上窗帘，以避免热　辐射和空气对流的影响；减少人员的进出。检测员一　进入检测室即开始检测，以避免人体体温对温度监　测的影响；加载电流密度为０．４Ａ／ｒａｍ　，以避免电流　过大，导体发热等，从而保证了环境温度与试样温度　的接近，因此，由此引入的不确定度可以忽略。　４．２．２　由电阻值测量引入的不确定度　本实验室测量电阻采用ＰＣ３６Ｃ直流电阻测量　仪，查其校准证书，在２ｍｆｔ一２０ｎ的量程范围内，相　对扩展不确定度为０．０３％，包含因子ｋ为２。则依校　准证书，电阻值的相对标准不确定度为０．０３％／２：　０．０００２。查看该产品的说明书。在２０Ｑ以下的量程　范围内，允许的最大误差为０．０５％，即在包含概率　为９５％时包含区间的半宽度为０．０５％．符合均匀分　布．则依产品说明书获得的电阻值的相对标准不确　定度为０．０５％／　＝０．０００３。考虑到校准的可信　度，取电阻值的相对标准不确定度Ｍ枷　＝０．０００２。　４．２．３　由测量长度引入的不确定度　４．２．３．１测长系统校准引入的不确定度　本次长度测量使用量程为４ｍ的钢卷尺。查其　校准证书，２２℃时扩展不确定度为０．４２ｍｍ。包含因　子ｋ为２。则标准不确定度：　．　ｉｔ（￡　＝０．４２ｍｍ／２＝０．０００２ｍ　长度￡测量平均值３．２２１ｍ，由此计算长度的相　对标准不确定度：　／／，，１（￡）　ｔｔ（￡）／Ｌ＝Ｏ．０００１　４．２．３．２　因试样不完全拉直而引入的不确　定度　由于试样较长，以盘绕的方式保存，在测量时，不　能完全的拉直，根据经验有０．５ｍｍ的松动，视为均匀　分布．则导体因松动而产生的相对标准不确定度：　Ｍ，２（Ｌ）＝０．５ｒａｍ／　／３．２２１ｍ＝０．０００１　测量长度时温度达２５℃．由此引起测长工具钢　卷尺的膨胀，但影响较小，可以忽略。　４．３合成标准不确定度及扩展不确定度　在导体直流电阻测试过程中，根据检测知识可　知，各输入量不相关，相关系数为零，则相对合成标　准不确定度：　（冠２０）＝［　（Ｒ２０）＋　１＋　（　一２０）］＋　胁）＋　（工）　＋Ｍ　］　＝０．Ｏｏ０７　（下转第５６页）　一

２７—　Ｎ）。说明该设备的运行状态是良好的。　３．５质量控制图分析　质量控制图分析是指通过分析ＱＣ样品检测结　果的变化趋势来反映实验室检测结果的可靠性质量　控制情况，需要实验室在开展日常评定工作的同　时，也对ＱＣ样品评价。建议对于一台仪器能同时　实现多样品评定且影响评定结果可靠性的因素多的　岗位可以采用此方法。另外，虽然有些仪器一次只　能评价一个样品，但影响评价结果准确性的因素比　较多，不易控制，试验周期也比较短，耗材也不贵这　样的情况下，为了控制试验质量，建议实验室也采用　此方法，至于ＱＣ样品试验的频次可根据实验室的　具体情况和评定岗位的实际情况而定。　下面是实验室使用质量控制图分析来进行评定　质量控制的一个应用实例。执行试验方法ＳＨ／Ｔ　０７６３—２ｏ０５的ＢＲＴ球锈蚀试验用于评价汽油机油　的防锈性能。在ＧＦ一３／ＧＦ－４／ＧＦ一５规格汽油机油　中，要求评价值补小于１００。ＢＲＴ球锈蚀试验设备　一次可以同时评价多个样品，而且每个样品都要同　时进行平行试验，最终的试验结果报告平行试验结　果的平均值（平行试验结果之间的偏差也需要控　制），但试验过程中仍然存在不可控因素，为了确保　检测结果的可靠性，实验室使用Ｑｃ样品（由国外权　威机构提供并推荐了置信区间），在每次给用户进　行检测时，同时带上ＱＣ样品，如果ＱＣ样品的评价　结果落在了规定的置信区间内。则实验室认为本次　试验结果是有效的，结果可以为用户提供，否则，查　找原因，重新试验。下图是实验室在近３年内的ＱＣ　（上接第２７页）　取包含因子ｋ为２，对应的包含概率为９５％。则　相对扩展不确定度　（脚）＝ｋ　ｘＵｃｒ（脚）＝０．００１４。为　保证９５％的包含概率，相对扩展不确定度计算结果　的修约只进不舍，故取相对扩展不确定度　脚　为　０．２％。对照标准规定的型式试验时误差不超过　０．５％的要求，本次不确定度评定满足要求。　扩展不确定度　（脚）＝　（脚）×Ｒ加＝　０．００２￣／ｋｍ。　５测量不确定度的报告　本次能力验证电阻值的测量结果：Ｒ　。＝（１．１８８　±Ｏ．０ｏ２）　ｋｍ，ｋ＝２，对应的包含概率为９５％。　６　结语　从测量不确定度的各分量的贡献来看。检测重　～５６一　样品所有评价结果的趋势图。从趋势图可以看出，　评价结果均落在了置信区间内。但在第２５次试验开　始的随后４次试验，评价结果直线下降，基本在第２８　次时为１１５．１，基本接近了ＱＣ样品置信区间的下限　１１４，因此，实验室查找原因，更换了评分光源的专用　灯，换了一只相同型号的新光源，从趋势看，评价结果　上升，随后基本在置信区间上限附近，且ＱＣ样品检　测结果基本保持在一个稳定的水平，表明检测质量控　制比较稳定。说明通过分析ＱＣ样品试验结果变化　趋势可以控制实验室试验结果的质量，是一种有效的　质量控制方法，在实验室可以推广。　＾　、　—，～一　Ｊ　＋试验结果　ｉ控制下限　ｉ控制上限　、　移　试验次数（按照时间捧序）　图１　ＱＣ样品检测结果变化趋势　４结束语　采取合理有效的质量控制手段可监控检测工作　过程。预见到检测中可能出现问题的征兆或及时发　现问题的存在，使实验室可有针对性地采取纠正措　施或预防措施，避免或减少不符合工作的发生，确保　实验室检测结果的可靠性，提高检测实验室的管理　水平．为产品质量控制提供强有力的技术支持。