Оценка на неизвестноста за мерење на мрежен електронски волтметар

1. Вовед

Електронските трансформатори на напонот, како незаменими мерни компоненти во електропреводните системи, имаат својата мерачка точност директно поврзана со стабилната работа и ефикасното управување со електропреводните системи. Меѓутоа, во практиката, поради внатрешните карактеристики на електронските компоненти, факторите од околината и ограничувањата на методите за мерење, резултатите од мерењето на трансформаторите на напон често содржат неизвесност. Оваа неизвесност не само влијае на точноста на податоците за енергија, туку и ги измами стратегиите за диспечерирање, контрола и заштита на електропреводните системи. Затоа, дубокиот преглед на методите за оценка на неизвесноста за проверка и мерење на електронски трансформатори на напон е важен за подобрување на мерачката точност на електропреводните системи.

Овој студија се цели да систематски анализира факторите кои влијаат на мерачката неизвесност на трансформаторите на напон, вклучувајќи температурна дрифт, стареење и шумска интерференција на електронските компоненти, како и промени во температурата, влажноста и електромагнетните полиња во мерачката околина. Со тоа, ќе се истражат научни и разумни методи за оценка на неизвесноста. Со изградба на математички модели вклучувајќи статистички принципи и знаење за метрологија, овој проучување ќе ги оценува мерачката неизвесност на електронските трансформатори на напон при различни работни услови, обезбедувајќи теоретска основа и техничка поддршка за формирање на по прецизни регулации за проверка и подобрување на квалитетот на производите на трансформаторите на напон.

2. Експеримент за оценка на неизвесноста на резултатите од мерење
2.1 Експериментален предмет

За оценка на неизвесноста на електронските трансформатори на напон, избран е прецизен калибрационен уред за напон со точност од 0.001 ниво, покривајќи мерачки опсег од 1–1000 V. Трансформаторот на напон за верификација е дизајниран за сценари со првичен напон од 10 kV–50 kV и вторичен напон од 100 V, со ниво на точност од 0.02. Структурата на електронскиот трансформатор на напон е прикажана на Слика 1.

Експерименталната околина е поставена на константна температура од 20 ± 2 °C, со релативна влажност поддржување под 60%, елиминирајќи потенцијалните влијанија на околината на резултатите од мерење.

2.2 Метод за проверка и мерење на електронски трансформатори на напон

При проверката на електронските трансформатори на напон, потребен е научен метод за оценка на неизвесноста за осигурување на мерачка точност. Користејќи електронскиот трансформатор на напон прикажан на Слика 1 како стандардна опрема, применета е врска на база на споредба. Ова овозможува беспрекината подеснување помеѓу испитуваниот електронски трансформатор на напон и стандардната опрема, како што е прикажано на Слика 2.

Следствено, високо-прецизен цифров систем за мерење директно чита и пресметува грешката на испитуваниот електронски трансформатор на напон. Моделот на стандардната опрема е DHBV - 110/0.02, со одлична точност која подкрепува проверката. За испитуваниот трансформатор, поставени се номинални точки на напон од 0.5%, 2%, 10%, 50% и 110% за покривање на неговиот опсег на работа. Значително, макар дека максималните дозволени граници на грешка за овие точки се исти при полни и слаби опрузни услови, температурната дрифт и стареењето на електронските компоненти можат да предизвикаат значителни разлики во стабилноста при различни услови. Затоа, секоја точка мора да се оцени независно за контрола на неизвесноста на резултатите од проверка, задоволувајќи строгите барања на електропреводните системи за високо-прецизна мерачка технологија.

3. Математички модел

Во експериментот за оценка на неизвесноста на резултатите од проверка и мерење на електронските трансформатори на напон, при проверката на точноста на испитуваниот уред, неизвесноста често се квантификува преку многу димензии, како што се отклонение од точноста и фазна забрзување. Овие две индикатори рефлектираат амплитудната разлика и фазното одклонување помеѓу мерената и истинската вредност, соодветно. Затоа, можат да се изградат независни математички модели за точно описување на овие извори на неизвесност. За отклонувањето од точноста Y, може да се користи линеарен регресионен модел, изразен како:

Каде што β₀ и β₁ се параметри на моделот; X е входниот сигнал на електронскиот трансформатор на напон; ε е случајниот грешки термин. За фазното забрзување φ, тоа може да се изрази со тригонометриски функционален модел како

Каде што α претставува фиксно фазно преместување; θ(X) е фазна функција која варира со входниот сигнал. За подетална анализа, можат да се внесат нелинеарни термини или полиномски апроксимации за подобрување на точноста на моделот. Изградбата на овие математички модели обезбедува заснована теоретска основа и квантивни алатки за целосна и систематска оценка на неизвесноста на резултатите од мерење.

4. Резултати од експериментот за оценка на компонентите на неизвесноста

При проверката на електронските трансформатори на напон, поставени се многу нивоа на напон за оценка на неизвесноста. Избрани се номинални точки на напон од 0.5%, 2%, 10%, 50% и 110% и мерењето се врши со методот на споредба. Средните вредности на амплитудната разлика и фазното одклонување се записани и пресметани како референтни вредности на соодветните нивоа на напон, за да се оцени точно перформансната неизвесност на испитуваниот трансформатор.

4.1 Оценка на тип А неизвесност

Неизвесноста од тип А рефлектира степенот на дисперзија меѓу резултатите добиени при повторно мерење на истиот објект. Неговата формула за пресметка е:

Каде n е бројот на мерења; xi е i-тата мерена вредност; x̄ е аритметичката средина на мерените вредности.

Тогаш, за номиналните точки на напон од 0.5%, 2%, 10%, 50% и 110%, резултатите од оценката на неизвесноста од тип А се прикажани во Табела 1.

Како што може да се види од Табела 1, како номиналната точка на напон се зголемува, неизвесноста од тип А како на амплитудната разлика, така и на фазното одклонување покажуваат тренд на зголемување. Ова е затоа што при пониски нивоа на напон, трансформаторот на напон е постабилен, што доведува до помала дисперзија во резултатите од мерење. Меѓутоа, при повисоки нивоа на напон, трансформаторот на напон е под влијание на повеќе фактори, што доведува до поголема дисперзија во резултатите од мерење.

4.2 Оценка на неизвесноста од тип Б

Под JJF 1059.1—2022 Оценка и изразување на мерачка неизвесност, неизвесноста од тип Б доаѓа од разумно заклучување од известни релевантни информации за проценка на нивото на стандардна девијација. Оваа информација може да вклучува спецификации на опремата од производителите, податоци за индустријски прифатени методи за калибрација, или статистичка анализа на историски податоци за мерење. Костурот на неизвесноста од тип Б е дефинирањето на можно опсег на варијација на мерената вредност базирано на искуство или професионално знаење, со неговата половина широчина бидејќи половина од широчината на опсегот.

Затоа, изберете соодветен фактор за покривање k за квантификација според карактеристиките на распределбата на веројатноста и потребната ниво на уверливост. Обично, ако мерените вредности се униформно распределени во предвидениот интервал (секоја вредност има еднаква веројатност), користи се моделот на униформна распределба, и k може да се земе како приближна вредност на √3 за да се осигура точноста и строгоста на проценката. Формулата за пресметка на неизвесноста од тип Б е

Каде a е половината широчина на интервалот на варијација на мерената вредност.

За номиналните точки на напон од 0.5%, 2%, 10%, 50% и 110%, резултатите од оценката на неизвесноста од тип Б се прикажани во Табела 2.

Како што може да се види од Табела 2, на различни номинални точки, било тоа за амплитудната разлика или фазното одклонување, неизвесноста покажува тренд на зголемување како нивото на напон се зголемува. Споредно со неизвесноста од тип А, оценката на неизвесноста од тип Б се оснава повеќе на точноста и целоста на известната информација, што претставува претходна проценка на перформансата на мерената трансформатор на напон. Затоа, во практична примена, целосно разгледување на неизвесноста од тип А и тип Б дозволува по целосно сфаќање на точноста и надежноста на резултатите од мерење.

4.3 Оценка на комбинираната стандардна неизвесност

При оценката на комбинираната стандардна неизвесност, ако резултатите од проверка и мерење на секој електронски трансформатор на напон се независни и некорелирани (т.е. нивните коефициенти на корелација се сите 0), неизвесностите следат принципот на линеарна комбинација за аккумулација. На основа на тоа, оценката на комбинираната стандардна неизвесност може да се изрази со следнава формула

Тогаш, за номиналните точки на напон од 0.5%, 2%, 10%, 50% и 110%, резултатите од оценката на комбинираната стандардна неизвесност се прикажани во Слика 3.

Според резултатите од Слика 3, како номиналната точка на напон се зголемува од 0.5% до 110%, комбинираната стандардна неизвесност на амплитудната разлика и фазното одклонување покажуваат стабилен растечки тренд. Конкретно, неизвесноста на амплитудната разлика се зголемува од 0.008% до 0.085% (приближно 10 пати), а неизвесноста на фазното одклонување се зголемува од 0.05° до 0.35° (приближно 7 пати). Овој тренд имплицира дека повисоки нивоа на напон го зголемуваат чувствителноста на трансформаторот на напон на вештачкиот шум, што го зголемува мерачката неизвесност. Меѓутоа, немаат место екстремни промени на податоците, што указува дека процесот на оценка е стабилен и надежен.

5. Заклучок

Во истражувањето на методот за оценка на неизвесноста за проверка и мерење на електронски трансформатори на напон, анализирани се многу фактори кои влијаат на мерачката точност, и истражени се научни и ефективни методи за оценка. Со теоретска анализа и експериментална верификација, не само се подобрува надежноста на резултатите од мерење на трансформаторите на напон, туку и се обезбедува тврда гаранција за стабилната работа на електропреводните системи.