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数字万用表的仪器校准方法

万用表又称为复用表、多用表、三用表、繁用表等，是电力电子等部门不可缺少的测量仪表，一般以测量电压、电流和电阻为主要目的。万用表按显示方式分为指针万用表和数字万用表。
 
一、概述
1.测量依据
JJG315-1983《直流数字电压表》规程和JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》。
2.测量标准
多功能校准仪，*允许误差为±(0.0005Vs+1mV)。
3.环境条件
温度:(20±2)℃，相对湿度:<85%。
4.测量对象
分辨力为0.1V的数字多用表。
5.测量原理
作为常规仪器校准工作的一部分，用多功能校准仪作为工作标准，对手提式数字多用表(DMM)100VDC点进行校准，其仪器校准程序为:
(1)将多功能校准仪的输出端，通过合适的测量线，接到期数字多用表的输入端。
(2)多功能校准仪输出设定到100V，经过一段时间稳定后，记录数字多用表的读数。
(3)根据数字多用表的读数和多功能校准仪的设定输出值，计算数字多用表的示值误差。
 
二、数学模型
待校准数字多用表的示值Ex可表示为
Ex=Vix-Vs
考虑到数字多用表的有限分辨力对测量结果的影响，以及作为参考标准的校准的仪表电压值漂移或不稳定对测量结果的影响，数学模型为
Ex=Vix-Vs+δVix-δVs(1)
式中:Vix——由数字多用表所测得的电压值；Vs——多功能校准仪输出电压，即校准中所用的参考标准；δVix——数字多用表有限的分辨力对测量结果的影响；δVs——由于下述原因对多功能校准仪电压值的综合影响:(1)自上次校准以来，校准仪电压值的漂移；(2)偏置、非线性以及增益变化等效应对校准仪电压的影响；(3)环境温度对校准仪电压值的影响；(4)电源电压的影响；(5)被校准数字多用表的有限输入阻抗所引起的载荷效应。
 
三、不确定度分量
1.数字多用表读数，Vix
当多功能校准仪输出电压设定为100V时，得到数字多用表读数为100.1V。由于多用表采用数字显示方式，故可假定读数本身并不引入误差。
由于数字多用表的有限分辨力，若干次重复测量结果表明，未发现测量结果有任何发散。即读数本身不引入任何值得考虑的不确定度分量，于是
u1=u(Vix)=0
被校准数字多用表的示值误差则为
Ex=100.1V-100V=0.1V
2.参考标准，Vs
多功能校准仪的仪器校准证书给出，其电压值的相对扩展不定度为Urel(Vs)=4×10-5，且包含子k=2。也就是说，对于100V的输出电压，其扩展不确定度为
U(s)=Urel(Vs)×Vs=4×10-5×100V=4mV
于是
 
3.被校准数字多用表的分辨力，δVix
数字多用表分辨力为0.1V，因此每一个读数值可能包含的误差应在±0.05V范围内。假定其在该范围内满足矩形分布，于是所引入的不确定度分量为
 
4.其他因素对多功能校准仪电压值的影响，δVs
由于多功能校准仪的生产者未分别给出每一种因素对输出电压的影响，而仅指出在规定测量条件下，多功能校准仪的*允许误差为±(0.0005×Vs+1mV)。于是对于100V校准点，其*允许误差为±0.051V。这些规定条件是:
(1)环境温度在18℃～22℃范围内。
(2)多功能校准仪的电源电压在220(1±10%)V范围内。
(3)多功能校准仪终端的负载电阻大于100k。
(4)多功能校准仪自上次仪器校准至今不过1年。
由于上述条件均得到满足，并且多功能校准仪的仪器校准历史记录表明各项技术指标均为合格，于是这些因素对校准仪电压值的影响应在(0.051)V范围内，假定其满足矩形分布，则标准不确定度为
 
四、相关性
各输入量之间未发现有任何值得考虑的相关性。
五、不确定度分量汇表(见表1)
 
六、合成标准不确定度
 
七、测量不确定度报告
由不确定度分析可知，共有4个不确定度分量。显然，由数字多用表有限分辨力引入的不确定度分量是占优势的分量。由于该分布为矩形分布，故被测量应接近于矩形分布。
对于矩形分布，包含因子k95=1.65×43.23mV=72mV
结果报告被仪器校准手提式数字电压表在100V处的示值误差为Ex=0.10V，其扩展不确定度U95=72mV，后者是由合成不确定度43.23mv和包含因子k95=1.65之乘积得到的。被测量以矩形分布估计。

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