低频电压计量保证方案的设计分析

    低频电压是工业企业中广泛涉及的一项计量参数,常见的计量仪器有电子管毫伏表和晶体管毫伏表,测量基本误差在±2·5%左右,频响在2MHz以内。我国大陆地区目前常用误差限为±0·5%~±1%范围的交流电压标准源作计量标准器。低频电压计量保证方案(计量保证方案英文缩写为MAP)由广州铁路(集团)公司中心计量所主持研究,得到中国计量科学研究院无线电处的大力支持和指导。投资2·5万元, 1994年1月开始立项研究, 1995年5月完成设计方案,制订技术规范并开始实施。实施五年来,取得明显社会效益。

    1　传递标准和核查标准开发

    计量保证方案(MAP)实质上是解决一个重复性问题,它把测量看成为一个过程,目的是维持测量过程的偏差和不确定度在允许的范围内。经验告诉我们,测量过程的偏差和不确定度都是跟随时空和其它测量条件而变化的,只有当测量处于统计控制状态下,测量的偏差和不确定度的评估才是最客观并具有预测特性的。为使测量处于统计控制状态下,在传统量传的基础上:①利用一个“传递标准”,实现主持实验室对参加实验室的测量过程的量传,确定主持实验室对参加实验室量值传递过程的不确定度和参加实验室测量过程的偏差;②引入一个“核查标准”,对参加实验室的测量过程实现统计控制,以便获得参加实验室对其下级量传时的不确定度信息,并长期监督其值不超过允许界限,维持主持实验室量传下来的准确度水平具有良好的重复性。据此可以将各不确定度分量合成并计算扩展不确定度U,在低频电压MAP,此U客观地反映了参加实验室对低频电压表的计量检定结果(按检定规程要求给出误差的估计值)的分散性。

    从以上分析可知,开发一项MAP,首先要物色或开发“传递标准”和“核查标准”。这两项标准的开发与整个方案的选定有关。

    1·1　传递标准开发

    我们从以下几个方面着手研究:

    (1)在美国NBS (现改为NIST)进行MAP量传,可以有三种方法可供选择:①研制“标准物质”(SRMS)传递媒介;②研制或选用“传递标准”进行量传;③类似质量MAP,将“工作标准”送上级实验室校准,即参加实验室的“工作标准”兼作“传递标准”使用。显然,“①”适合于象化学、生物、医学和环保等领域;“③”适合于“工作标准”不易受运输影响的情况;目前国内的低频电压标准均为电子仪器,较易受运输影响而变值,加上体积和重量都较大,因此选用第“②”种方法是合适的。

    (2)“传递标准”可以研制,也可以选用成品的仪器。专门研制一台(或一套)传递标准可能更符合使用的要求,但造价会是很高的。幸好目前进口的数字万用表准确度高,稳定性好,结构紧凑运输影响小,价格也相宜,尤其当主持实验室的“参考标准”和参加实验室的“工作标准”均为源式标准时,数字表被选作“传递标准”是十分适合的。