样机校准与测量不确定度分析

依据JJF1075-2015《钳形电流表校准规范》中定义的标准电流源法对本文设计的交直流钳形表进行校准，将被测导线置于钳口几何中心位置，调节标准电流源，使被校表的示值直接与标准电流源的标准电流值进行比较[14]，校准原理框图如图7所示。
选用的计量标准为0.02级的TD1050钳形表检定装置，设计的交直流钳形电流表的量程为40A/400A两档。调整钳形表零位，将被测导线置于钳口近似几何中心位置，调节电流源按顺序指示在已选定的校准点，并记录在已选定校准点时标准电流源的标准电流实际值，计算示值误差的数学模型如下：

ΔI=Ix?I0
(19)
式中，ΔI为被校钳形表示值误差；Ix为被校钳形表示值；I0为标准电流源输出标准电流实际值。

交直流钳形电流表的交流电流测量不确定度的评定示例如下。

（1）校准测量不确定度分量的评定

① 被校表在交流电流测量时由测量重复性引入的标准不确定度u(Ix1)

以测量交流40A量程8A点和400A量程380A点为例，采用A类校准不确定度评定。

校准8A点时，标准电流源输出8A，钳形表读取测量值，连续测量10次，得到的测量序列8.03A、7.99A、8.02A、8.02A、8.00A、7.98A、8.01A、7.97A、8.03A、8.02A。根据贝塞尔公式：

S=∑i=1n(xi?x???)2n?1?????????????????
(20)
式中, S为单次测量实验标准差； xi为测量序列中第i个测量值； x???为测量平均值。计算得到S≈0.0211A；重复测量标准不确定度分量u(Ix1)=S/n??√≈0.007A。

校准380A点时，标准电流源输出380A，钳形表读取测量值，连续测量10次，得到的测量序列380.9A、381.2A、378.9A、381.3A、381.1A、380.5A、378.9A、381.2A、379.0A、380.8A。同理计算出S≈1.025A，u(Ix1)=S/n??√≈0.324A。

② 由被校表分辨率引入的标准不确定度u(Ix2)

被校钳形电流表在40A量程的分辨率为0.01A，按照GUM法B类校准不确定度评定，符合均匀分布，包含因子k=3–√，计算出u(Ix2)=0.01/23–√≈0.003A；统计计算出，当被校钳形电流表在400A量程的分辨率为0.1A时，u(Ix2)=0.1/23–√≈0.029A。

③ 由标准装置引入的标准不确定度u(I0)

标准交直流电流源TD1050钳形表检定装置的准确度等级为0.02级，按照GUM法B类校准不确定度评定，符合均匀分布，包含因子k=3–√，计算出8A校准点的测量不确定度分量u(I0)=0.02%×8/3–√≈0.001A；计算出380A校准点的测量不确定度分量u(I0)=0.02%×380/3–√≈0.044A。

（2）合成标准不确定度的计算

以上分析的标准不确定度分量彼此独立，互不相关，合成标准不确定度可表示为：

uc=u2(Ix1)+u2(Ix2)+u2(I0)????????????????????√
(21)
计算出8A校准点时，

uc=0.0072+0.0032+0.0012???????????????????√≈0.008A
计算出380A校准点时，

uc=0.3242+0.0292+0.0442???????????????????√≈0.328A
（3）扩展不确定度的计算

包含因子k=2时计算扩展不确定度：

8A校准点时，U=uc×k≈0.016A；380A校准点时，U=uc×k≈0.656A。

（4）相对扩展不确定度的计算

8A校准点时，Urel=(0.016/8)×100%≈0.20%。

380A校准点时，Urel=(0.656/380)×100%≈0.17%。

根据JJF1075-2015《钳形电流表校准规范》的规定，基本量程下限至上限均匀选取5个校准点，其余非基本量程只校准满量程的95%。交流电流校准选取的各校准点的测量不确定度如表1所示。

同理进行直流电流校准的各选取校准点的测量不确定度如表2所示。