劉福興

（上海寶冶集團有限公司，上海，201900）

0 引言

數(shù)字多用表是一種可以直接測量電壓、電流、電阻或者其它電參量并通過數(shù)字顯示被測量的儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字多用表的功能越來越強大，用途也越來越廣泛，已廣泛用于電工、電子、儀器、儀表和測量領(lǐng)域。按照數(shù)字多用表的技術(shù)特性，必須定期對其進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測量的準(zhǔn)確性，測量的目的是為了得到測量結(jié)果，任何測量都存在缺陷，所有的測量結(jié)果都會或多或少地偏離被測量的真值，因此在給出測量結(jié)果的同時還必須指出所給測量結(jié)果的可靠程度。根據(jù)國標(biāo)JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》中測量不確定度的概念：用來表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。它將測量過程中來自于測量設(shè)備、環(huán)境、人員、測量方法及被測量對象所有的不確定因素的集合作為評定測量結(jié)果的分量，通過分析計算得到被測量的不確定度。

1 數(shù)字多用表的工作原理

數(shù)字多用表是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式，經(jīng)過數(shù)字邏輯電路處理后以數(shù)字的形式加以顯示。數(shù)字多用表中最基本的功能是對直流電壓的測量，其它功能都是通過其內(nèi)部轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成與之成比例的直流電壓進(jìn)行測量。輸入的交流電壓、直流電流、電阻直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓；交流電流先轉(zhuǎn)換成交流電壓，然后轉(zhuǎn)換成直流電壓。所以對數(shù)字多用表的校準(zhǔn)應(yīng)先校準(zhǔn)直流電壓，然后進(jìn)行其它功能的校準(zhǔn)。

2 校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法

2.1 主要校準(zhǔn)項目

數(shù)字多用表主要校準(zhǔn)項目有：外觀檢查、示值誤差。

2.2 校準(zhǔn)方法

2.2.1 校準(zhǔn)裝置

校準(zhǔn)裝置使用多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A進(jìn)行校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)工作原理如圖2所示。

圖1 數(shù)字多用表原理框圖

圖2 數(shù)字多用表校準(zhǔn)工作原理圖

2.2.2 校準(zhǔn)內(nèi)容

（1）外觀檢查

數(shù)字多用表外觀應(yīng)完好，面板各種標(biāo)記清楚，讀數(shù)顯示正常，制造廠家、型號、編號等均有明確標(biāo)記。數(shù)字多用表的附件、連接電纜應(yīng)齊全，接口類型、供電電源電壓、頻率等標(biāo)志要正確無誤。

（2）示值誤差校準(zhǔn)

按圖2示意連接被校表，將多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A與被校數(shù)字多用表對接，由多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A輸出標(biāo)準(zhǔn)信號給被校數(shù)字多用表，在被校表上讀得相應(yīng)的讀數(shù)。

3 測量結(jié)果不確定度評定

3.1 測量不確定度評定程序

圖3 不確定度評定程序

3.2 數(shù)字多用表測量結(jié)果不確定度評定（以直流電壓為例）

3.2.2 數(shù)學(xué)模型

式中δ——數(shù)字多用表各校準(zhǔn)點示值誤差（V）

Vx ——被校數(shù)字多用表各校準(zhǔn)點示值（V）

VN——標(biāo)準(zhǔn)器各校準(zhǔn)點的輸出值（V）

3.2.3 方差及靈敏系數(shù)

依照公式：

根據(jù)數(shù)學(xué)模型，得到方差：()2cuδ=c2（Vx）u2（Vx）+c2（VN）u2（VN）

靈敏系數(shù) ：c（VX）=?δ/ ?( Vx）= 1

c（VN）=?δ/ ?( VN）= -1

3.2.4 不確定度來源

通過分析，數(shù)字多用表在測量過程中所產(chǎn)生的不確定分量主要包括由多功能標(biāo)準(zhǔn)源引入的不確定度分量和由被校數(shù)字多用表引入的不確定度分量兩大部分。下面逐項進(jìn)行分析。

（1） 由多功能標(biāo)準(zhǔn)源的準(zhǔn)確度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確度分量u（VN1）（標(biāo)準(zhǔn)不確定度B類評定）。

（2）由多功能標(biāo)準(zhǔn)源的線性度引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VN2）（標(biāo)準(zhǔn)不確定度 B 類評定）。

（3）由多功能標(biāo)準(zhǔn)源的負(fù)載調(diào)整率引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VN3）（標(biāo)準(zhǔn)不確定度B類評定）。

（4）由被校數(shù)字多用表測量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u（VX1）（標(biāo)準(zhǔn)不確定度 A 類評定 ）。

（5） 由被校數(shù)字多用表的分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u（VX2）（標(biāo)準(zhǔn)不確度B類評定）。

3.2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

選擇1071型數(shù)字多用表作為被校表，10V點進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定。

（1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VN1）的評定

由多功能標(biāo)準(zhǔn)源5700A的準(zhǔn)確度引入的不確定度：u（VN1）, 采用B類評定。

從多功能標(biāo)準(zhǔn)源技術(shù)參數(shù)得到其準(zhǔn)確度為：

（2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VN2）的評定

從5700A的技術(shù)指標(biāo)中可得到DC 10V檔線性度為±(0.3×10-6輸出＋2μV )，屬均勻分布，包含因子k＝3，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

（3）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VN3）的評定

從5700A的技術(shù)指標(biāo)中可得，負(fù)載調(diào)整率為±(0.2×10-6輸出+0.2μV) ，屬均勻分布，包含因子k＝3 ，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

（4）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VX1）的評定:

由被校數(shù)表測量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VX1），對被校數(shù)表1071的10V檔的滿度點，進(jìn)行10次測量，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 測量數(shù)據(jù)表

(5)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（VX2）的評定

由被校數(shù)表1071的分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確度分量u（VX2），1071的技術(shù)指標(biāo)可知：10V檔時的分辨力為100μV，屬均勻分布，半寬為50μV，包含因子k＝3 則標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u（VX2）為 ：

u（VX1）、u（VX2）合成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 ：u（VX）

3.2.6 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表:

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度表

3.2.7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.2.8 擴展不確定度

由于標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量自由度不能確切獲得，一般不對自由度進(jìn)行估計，通常取包含因子k為2～3，現(xiàn)取k=2，置信概率約為95%，所以,擴展不確定度為：

U＝k·UC＝2×130.7μV＝261.4μV≈0.0003V

4 結(jié)束語

通過對數(shù)字多用表校準(zhǔn)工作原理、校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法的分析研究，使我們對儀器設(shè)備的校準(zhǔn)技術(shù)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。以數(shù)字多用表直流電壓為例，按照測量不確定度評定程序，建立數(shù)學(xué)模型，尋找出其影響測量結(jié)果的不確定度分量，通過實際測量，分類評定，并進(jìn)行合成，最終得出數(shù)字多用表直流電壓的測量不確定度。