输变电设备在线监测装置校准规范 红外成像在线监测装置-不确定度分析报告.docx
国家计量技术规范输变电设备在线监测装置校准规范红外成像在线监测装置测量不确定度分析报告JJF输变电设备在线监测装置校准规范红外成像在线监测装置起草工作组广安J(A.10)229式中：A7；热杆温差，；AT冷杆温差，。C；夕一红外成像在线监测装置参数校准装置仪器常数的标准不确定度，无 量纲；%=1.5%,取A7；=0.40, AT-0.40,得到校准装置仪器常数不准 引起的MRTD测量不确定度分量Z：=八° * =o.OO622(3)测量人员引入的不确定度分量3Mg.Mg.X"。/式中：MRTD研 0.5力下MR")的测量平均值，根据实测结果,取值为0.356C；u()hserver测量人员主观性造成的测量MRTD相对标准不确定度，%；N测量人员数量，根据测试时观测者数量要求，取4o测量人员测量的相对扩展不确定度Uo加asw (仁2)取值为10%。由此得到红外成像在线监测装置MTRD测量主观性引入的测量标准不确 定度 UObsersver / 5% o因此，测量人员主观性引入的MRTD测量不确定度分量3为：X UObserver 0.356 rn/ /一x5%=0.009CV4(4)测量重复性引入的不确定度分量“4对该分量可以按照A类方法进行评定，即重复测量10次，按贝塞尔公式 计算样本的估算标准偏差作为以。重复测量10次，得到测试数据，如下：表A.9 MR7D重复性测量数据第10页，共14页序号MRTD ()10.35820.35930.35840.35550.35460.35470.35780.35990.356100.355实验标准偏差（）0.002=0.002/V10 =0.001 oA. 4. 5合成标准不确定度测量MR7D合成标准不确定度的来源、量值、灵敏度系数，评定方法及分布如下表所示：表A.10 MRTD测量不确定度一览表分量分类不确定度来源分布灵敏度系数 表达式灵敏度系 数量值不确定度 分量值uB类标准装置温差引入的不确 定度分量正态(P_ 20.50.0125 U2B类标准装置仪器常数引入的 不确定度分量正态20.400.006B类测量人员主观性引入的不 确定度分量正态MRTD Ave0.1780.009 U4A类被校装置测量重复性引入 的不确定度分量正态110.001由于各分量之间独立不相关，所以，测量合成标准不确定度c：Uc - d0.0166 CA. 4. 6扩展测量不确定度在置信水平95%情况下，取仁2,那么扩展不确定度为:U=kuc =2x0.0166=0.034A. 4.7测量结果的表述该红外成像在线监测装置的MRTD扩展不确定度为: 。=0.034 （仁2）第11页，共14页测量不确定度评定例如B（现场校准）B. 1引言红外监测装置的现场校准时，开展温度示值误差、测温一致性、稳定性的校 准，校准方法、所用仪器设备均相同，测量不确定度分析和评定的方法也相同, 本附录中以温度示值误差为例，说明红外监测装置现场校准的测量不确定度评定 过程，其余参量可参照评定。B. 2温度示值误差校准结果的不确定度评定B. 2.1测量模型红外成像在线监测装置的温度校准采用绝对误差表达式作为参考模型，如 公式（B.l） o T=TxTs（B.l）式中：AT-被校监测装置的示值误差，C;Tx被校监测装置的示值，。C；A标准黑体辐射源的实际温度值，。B. 2. 2合成标准不确定度数学模型计算测量红外成像在线监测装置温度示值误差的合成标准不确定度为"C公 式为：uc =+ a2小）（B.2）B. 2. 3测量不确定度来源根据校准过程分析其测量不确定度，其主要来源如下：（1）由被校准监测装置测量重复性引入的不确定度分量wi;（2）由标准黑体辐射源引入的不确定度分量2；（3）由被校准监测装置示值分辨力引入的不确定度分量讥3；（4）由人员定焦等操作误差引入的不确定度分量也；（5）由现场环境条件引入的不确定度分量5。B. 2. 4测量不确定度评定（1）由被校准监测装置测量重复性引入的不确定度分量“1：对该分量可以按照A类方法进行评定，即重复测量10次，按贝塞尔公式计 算样本的估算标准偏差作为力。重复测量10次，得到测试数据，如下：第12页，共14页表B.1重复性测量数据标准值（）5080示值（）150.580.0250.480.0350.479.9450.579.9550.479.9650.580.0750.579.9850.580.0950.580.01050.580.2标准偏差（°C）0.0460.087UX ()0.0460.087（2）由标准黑体辐射源引入的不确定度分量"2由标准黑体辐射源温度准确度引入的标准不确定度分量,为B类不确定度。 按校准证书中引用，如下表：表B.2标准黑体辐射源引入的不确定度分量计算数据标准值（）5080U20.4000.400（3）由被校监测装置示值分辨力引入的不确定度分量M3由被校监测装置示值分辨力引入的不确定度分量，为B类不确定度，属于均 匀分布，计算如下：表B.3试品示值分辨率引入的不确定度分量计算数据标准值（）5080"30.029 0.029 （4）由人员操作误差引入的不确定度分量4在校准红外监测装置的过程中，可能由于人员操作引起测量误差。根据经验, 在（0-100） °C范围内人员操作引入误差取0.2,按均匀分布考虑，得到M4如下 表：表B.4人员操作误差引入的不确定度分量计算标准值（）5080U40.058 0.058（5）由现场环境条件引入的不确定度分量在校准红外监测装置的过程中，由于现场环境条件（温度、相对湿度、风速）第13页，共14页与实验室条件不一致，会引入测量误差。根据调研和试验数据分析，在(0-100)范围内环境条件引入的误差取。.5,按均匀分布考虑，得到"5如下表：表B.5现场校准环境引入的不确定度分量计算标准值()5080U50.1440.144B. 2. 5合成标准不确定度温度示值误差的合成标准不确定度的来源、量值、灵敏度系数，评定方法及 分布如下表所示：表B.6温度示值误差的测量不确定度一览表分量分类不确定度来源分布灵敏度系 数表达式灵敏度系 数量值不确定度分量值()508011A类由被校准装置测量 重复性引入的不确 定度分量正态110.0460.087U2B类由标准装置的温度 准确度引入的不确 定度分量均匀-1-10.4000.40043B类由试品示值分辨力 引入的不确定度分 量均匀110.0290.029UAB类由人员操作误差引 入的不确定度分量均匀110.0580.05845B类由现场校准环境引 入的不确定度分量均匀110.1440.144经过分析不确定度的来源，其各分量互为独立量，按下式计算=+ %2 + %2 + +诋(B.3)V k=8. 2. 6扩展测量不确定度按下式计算扩展不确定度，取包含因子：2。U=k*Uc 32)(B.4)9. 2. 7测量结果的表述计算可得，红外成像在线监测装置温度示值误差校准，扩展不确定度为：表B.7扩展不确定度的表达测量点5080扩展不确定度U (62)0.870.89第14页，共14页测量不确定度评定例如A （实验室校准）A. 1引言红外监测装置的实验室校准工程有5项，其中温度示值误差、测温一致性、 稳定性的校准方法、所用仪器设备均相同，测量不确定度分析和评定的方法也相 同。的校准方法不同，需分开进行测量不确定度评定分析。因此， 本附录中以温度示值误差、NETD、MR7D校准结果的测量不确定度评定为例， 说明红外监测装置校准工程的测量不确定度评定程序。A. 2温度示值误差校准结果的不确定度评定A. 2.1测量模型红外成像在线监测装置的温度校准采用绝对误差表达式作为参考模型，如 公式（A.l） o T=TxTs（A.l）式中：AT-被校监测装置的示值误差，;A被校监测装置的示值，;Ts一一标准黑体辐射源的实际温度值，。C。A. 2. 2合成标准不确定度数学模型计算测量红外成像在线监测装置温度示值误差的合成标准不确定度为Ue公 式为：uc = A/u2（Tr） 4- u2（Ts）（A.2）A. 2. 3测量不确定度来源根据校准过程分析其测量不确定度，其主要来源如下：（1）由被校准监测装置测量重复性引入的不确定度分量ux ；（2）由标准黑体辐射源引入的不确定度分量“2；（3）由被校准监测装置示值分辨力引入的不确定度分量M3；（4）由人员定焦等操作误差引入的不确定度分量以。A. 2. 4测量不确定度评定（1）由被校准监测装置测量重复性引入的不确定度分量对该分量可以按照A类方法进行评定，即重复测量10次，按贝塞尔公式计算样本的估算标准偏差作为加。第2页，共14页重复测量10次，得到测试数据，如下：表A.1温度重复性测量数据标准值（）4080120160200示值（）140.980.0121162199240.880.0121162198340.979.9121162198440.979.9121162198540.979.9121162198640.980.0122162198740.979.9121162198840.980.0121161198940.880.01221611981040.980.2121161198标准偏差（°C）0.0400.0870.4000.4580.300U ()0.0400.0870.4000.4580.300（2）由标准黑体辐射源引入的不确定度分量"2由标准黑体辐射源温度准确度引入的标准不确定度分量,为B类不确定度。 按校准证书中引用，如下表：表A.2标准黑体辐射源引入的不确定度分量计算数据标准值（）4080120160200U20.40.40.40.40.4（3）由被校监测装置示值分辨力引入的不确定度分量"3由被校监测装置示值分辨力引入的不确定度分量，为B类不确定度，属于均 匀分布，计算如下：表A.3示值分辨率引入的不确定度分量计算数据标准值（）40801201602000.029 0.0290.289 0.289 0.289 （4）由人员操作误差引入的不确定度分量4在校准红外监测装置的过程中，可能由于人员调焦等操作引起测量误差。通 过不同的4名检测人员，在同等的测试条件下，对同一台产品进行测试；根据4 名检测人员操作调节导致的测量结果的差异，对人员操作引入的不确定度分量进 行定量评定。在（0-100） 范围内人员操作引入误差取0.2,在100以上取 0.3o按均匀分布考虑，得到心如下表：表A.4人员操作误差引入的不确定度分量计算第3页，共14页标准值（）408012016020040.029 0.0290.087 0.0870.087A. 2. 5合成标准不确定度温度示值误差的合成标准不确定度的来源、量值、灵敏度系数，评定方法及 分布如下表所示：表A.5温度示值误差的测量不确定度一览表分量分类不确定度来源分布灵敏度 系数表 达式灵敏度 系数量 值不确定度分量值（）4080120160200UA类由被校准装置测量 重复性引入的不确 定度分量正态110.0400.0870.4000.4580.300U2B类由标准装置的温度 准确度引入的不确 定度分量均匀-1-10.40.40.40.40.443B类由试品示值分辨力 引入的不确定度分 量均匀110.0290.0290.2890.2890.2894B类由人员操作误差引 入的不确定度分量均匀110.0290.0290.0870.0870.087经过分析不确定度的来源，其各分量互为独立量，按下式计算Uc=Uc= ):U： yj+ %k=(A.3)A. 2. 6扩展测量不确定度(A.4)(A.4)按下式计算扩展不确定度，取包含因子上2。U=k* Uc C2）A. 2. 7测量结果的表述计算可得，红外成像在线监测装置温度示值误差校准，扩展不确定度为:表A.6扩展不确定度的表达测量点4080120160200扩展不确定度U （仁2）0.810.831.41.51.3A.3怅。校准结果的不确定度评定测量模型计算被测量红外成像在线监测装置在某一空间频率/下的最小可分辨温差第4页，共14页NETD （f）公式如下:NETD-（A.5）SiTF式中：NET。一一组被分析像素（或整个热图像）的噪声等效温差，单位为°C；Un 被分析像素（或整个热图像）的噪声电压，单位为mV；SiTF在与测量噪声时相同增益、电平及背景温度设置下红外成像在线监测装置的 信号传递函数，单位为mV/。A. 3. 2合成标准不确定度数学模型计算测量红外成像在线监测装置NETD的合成标准不确定度uc公式为：“c 二 J。.7门 X "n + NETDx 如歹+1义7 +4（ALSiTF J式中：uc测量的红外成像在线监测装置NETD的合成标准不确定度， ；SiTF 红外成像在线监测装置信号传递函数，mV/；uN校准装置测量视频电压的标准不确定度，mV；NETD 红外成像在线监测装置噪声等效温差，；5红外成像在线监测装置信号传递函数的相对标准不确定度，；uT校准装置中黑体温度稳定性及非均匀性引入的标准不确定度，；%测量重复性引入的不确定度分量，。A. 3. 3测量不确定度来源根据校准过程分析其测量不确定度，其主要来源如下：（1）校准装置测量差分视频电压引入的不确定度分量1；（2）校准装置测量SiTF引入的不确定度分量2；（3）测量装置中黑体温度不稳定及非均匀性引入的不确定度M3；（4）测量重复性引入的不确定度分量必。A. 3. 4测量不确定度评定（1）校准装置测量差分视频电压引入的不确定度分量"1由于校准装置中测量视频电压的相对扩展不确定度为0.3%,置信因子 k=2,因此校准装置测量差分视频电压标准不确定度=05%。取5zTF=100mV/,视频电压 100mV。第5页，共14页由式（A.6）可知，校准装置测量差分视频电压标准不确定度的灵敏度系数为1/SiTF,那么由于校准装置测量差分视频电压不准而引入的不确定度分量：（2）校准装置测量引入的不确定度分量"2校准装置测量&TF的相对扩展不确定度为4%。置信因子仁2,得到校准装 置测量SiTF的相对标准不确定度疗=2.0%。红外成像在线监测装置NETD取 0.037 o由式（A.6）可知，校准装置测量视频电压标准不确定度的灵敏度系数为 NETDo那么由测量红外成像在线监测装置SiTF不准而引入的NETD测量不确定 度分量U2：Ui = NETD x ”,疗=0.001 2dZ/r（3）校准装置中黑体温度不稳定及非均匀性引入的不确定度U3在测量NET。时，不使用任何红外靶标，只有目标黑体中心区域辐射经主 镜和次镜的反射后充满被校准红外成像在线监测装置NETD测量的准确性。目标黑体温度稳定性“庇0.003,置信因子g2,由此得到：5 凉 200.0015 目标黑体温度均匀性不确定度awo.oioc,置信因子62,由此得/Wm/2<0.005因此，校准装置中黑体温度稳定性均匀性合成标准不确定度:=0.006由式（A.6）可知，此灵敏度系数为1。那么由黑体温度不稳定及非均匀性引入而引入的NETD测量不确定度分量"3：x0.006 =0.006（4）测量重复性引入的不确定度分量"4对该分量可以按照A类方法进行评定，即重复测量10次，按贝塞尔公式 计算样本的估算标准偏差作为以。第6页，共14页重复测量10次，得到测试数据，如下:表A.7 NET。重复性测量数据序号NETD ()10.03720.03930.03940.03550.03460.03870.03680.03690.038100.041实验标准偏差（）0.002=0.002/V10 =0.001 oA. 3. 5合成标准不确定度NET。合成标准不确定度的来源、量值、灵敏度系数，评定方法及分布如表下表所示。表A.8 NETD测量不确定度一览表分量分类不确定度来源分布灵敏度系数 表达式灵敏度系 数量值不确定度 分量值uB类标准装置温差引入的不确 定度分量正态1/SiTF0.01 /m V0.002U2B类标准装置仪器常数引入的 不确定度分量正态NETD0.0370.001 U3B类测量人员主观性引入的不 确定度分量正态110.006 W4A类被校装置测量重复性引入 的不确定度分量正态110.001 由于各分量之间独立不相关，所以，测量NE7D合成标准不确定度如Uc Ju； +0.007 CA. 3. 6扩展不确定度在置信水平95%情况下，取仁2,那么扩展不确定度为:U=kuc =2x0.007=0.014第7页，共14页A. 3. 7测量结果的表述该红外成像在线监测装置的NETD扩展不确定度为:L/=0.014 （仁2）A.4初?。校准结果的不确定度评定A. 4.1测量模型计算被测量红外成像在线监测装置在某一空间频率f下的最小可分辨温差MRTD （f）公式如下：(A.7)式中:I热杆温差，C；z冷杆温差，；°红外成像在线监测装置参数校准装置的仪器常数，无量纲。A. 4. 2合成标准不确定度数学模型测量红外成像在线监测装置MRTD的合成标准不确定度模型为:%x uMRTDAve4n-12X UObserver (A.8)式中：uc测量的红外成像在线监测装置MRTD的合成标准不确定度，;（P校准装置的仪器常数，无量纲；以7+校准装置热杆温差的标准不确定度，；5校准装置冷杆温差的标准不确定度，；A7；热杆温差，；AT冷杆温差，；夕一校准装置仪器常数的标准不确定度，无量纲；MRTDA、，e被校准红外成像在线监测装置0.5/）下MRTD的测量平均值， ；N"R7D测量人员人数，无量纲;"ObserverMRTD测量人员主观性造成的相对误差，%；第8页，共14页%测量重复性引入的不确定度分量， O由于热杆温差和冷杆温差使用同一测量仪器实现量值溯源，因此，在红外成 像在线监测装置MR7D测量中，这两项温差引入的不确定度分量完全相关。A. 4. 3测量不确定度来源根据校准过程分析其测量不确定度，其主要来源如下:(1)校准装置温差引入的不确定度分量加；(2)校准装置仪器常数引入的不确定度分量比2；(3)测量人员引入的不确定度分量“3；(4)测量重复性引入的不确定度分量4。A. 4. 4测量不确定度评定(1)校准装置温差引入的不确定度分量测量在线监测装置MRTD过程中，校准装置冷杆温差与热杆温差引入的不 确定度分量"八(A.9)式中：(P红外成像在线监测装置参数校准装置仪器常数，从使用说明书中获得,为95%；校准装置热杆温差的标准不确定度，;5 校准装置冷杆温差的标准不确定度，;灵敏度系数为9/2=0.45=0.5 o校准装置冷杆温差、热杆温差扩展不确定度U" =0.025C,置信因子 k=2。由此得到冷杆温差、热杆温差的标准不确定度以r+ =以/2=0.0125, 0=95%,因此校准装置温差不准而引入的MR7D测量不确定度u=x (mat+ + mat- ) « O.o 125 (2)校准装置仪器常数引入的不确定度分量2校准装置仪器常数量值不准引入MRTD测量不确定度分量2：第9页，共14页
