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1、国家计量技术法规数字化电能计量系统数字量输出报文特性测量方法不确定度分析报告国家高电压计量站国家电网公司营销部国网内蒙古东部电力有限公司供电服务监管与支持中心国网山西省电力公司国网天津市电力公司南方电网数字电网研究院有限公司国网安徽省电力有限公司营销服务中心2022年08月数字量输出报文特性测量方法不确定度评定1采样值报文发送时间间隔离散值误差不确定度评定1.1 测量方法采样值报文发送时间间隔离散值误差采用与数字量输出报文测量装置比较方式进行,在同一采样值报文发送时间间隔下，按公式（1）计算误差。以下以典型数字量报文输出装置合并单元为例进行不确定度评定。1.2 测量模型采样值报文发送时间间隔离
2、散值误差测量模型如公式（1）所示。At=tx-r0（1）式中：t采样值报文发送时间间隔离散值误差，s;ZX采样值报文发送时间间隔离散值示值，s;Zo采样值报文发送时间间隔离散值标准值（参考值），so13灵敏系数由公式（1）可以得出，各分量的灵敏系数均为1,且每个分量均相互独立。1.4 不确定度分量的来源分析采样值报文发送时间间隔离散值测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：1）数字量报文输出装置测量重复性引入的不确定度加；2）数字量报文输出装置分辨力引入的不确定度2；3）数字量输出报文测量装置引入的不确定度分量3。1.5 各标准不确定度分量的分析与计算1.5.1 不确定度分量I连续记录数字量报
3、文输出装置采样值报文发送时间间隔离散值误差10次，得到下列一组数据，见表1。表1采样值报文发送时间间隔离散值误差测量结果测量次数误差5(ns)1+1752+1153-554+1055+2006+1057+1108-2159+45IO+135针对本次采样值报文发送时间间隔离散值误差试验，采用10次测量结果的平均值,所以测量重复性引入的标准不确定度:=122.774nso1.5.2 数字量报文输出装置分辨力引入的不确定度2；数字量报文输出装置分辨力为0001s,引入的标准不确定度分量为：z=2.9ns.1.5.3 测量装置引入的不确定度分量3根据测量装置的不确定评定，测量结果不确定度为037s,(
4、=2)o按修正值使用,均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为：%=等即知180ns。根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表2所示：表2采样值报文发送时间间隔离散值误差不确定度分量不确定度评定类别标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值(ns)AU测量重复性正态分布1122.774B2分辨力均匀分布32.900B3测量系统不确定度/1180.000经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，则采样值报文发送时间间隔离散值误差合成标准不确定度为：uc=归；=i22.7742+1802+2.92ns217.9n
5、sV=l1.5.4扩展不确定度包含因子62,则扩展不确定度为：=c=2217.9ns436ns（Q2）。2过冲、脉动不确定度评定2.1 测量方法数字量报文输出装置输出的数字量报文的过冲、脉动的测量采用直接测量法，通常可通过示波器进行直接读取过冲及脉动的测量示值，下面为脉冲的过冲测量不确定度评定过程，脉动的测量不确定度评定过程类似。2.2 测量模型脉冲的过冲测量模型如公式（2）所示。R=Rm2）式中：R数字量报文输出装置的脉冲过冲，%；Rm示波器的过冲测量示值，%o2.3 不确定度分量的来源分析过冲测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：1）测量重复性引入的不确定度的；2）示波器分辨力引入的不确
6、定度2；3）示波器测量引入的不确定度分量3。2.4 各标准不确定度分量的分析与计算2.4.1 不确定度分量连续记录数字量报文输出装置脉冲过冲测量值10次，得到下列一组数据，见表3。表3过冲测量结果测量次数测量结果（）18.0228.0237.5547.9658.7867.9877.9887.7898.04108.23针对本次过冲测量，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度为:w=0.32%o2.4.2 示波器分辨力引入的不确定度必示波器分辨力为0.01%,引入的标准不确定度分量为:C0.01%“2 =7=23=0.003% O2.4.3 示波器引入的不确定度分量3示波器最
7、大允许误差为1%,按均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为:m2=0.58%o3根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表4所示:表4过冲测量不确定度分量不确定度评定类别标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值()A测量重复性正态分布10.32B2分辨力均匀分布唐0.003B3示波器均匀分布0.58经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，则过冲测量的合成标准不确定度为：行?066%.2.4.4 扩展不确定度包含因子上2,则扩展不确定度为：U=Ax/=2O.66%1.3%(Q2)。3光功率测量不确定度评定3
8、.1 测量方法数字量输出报文的光功率的测量采用直接测量法。3.2 测量模型光功率测量模型如公式（3）所示。P=A式中：P数字量报文输出装置发送光功率，dBm；Pm光功率计测量示值，dBmo3.3 不确定度分量的来源分析光功率测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：1）测量重复性引入的不确定度】；2）光功率计分辨力引入的不确定度也；3）光功率计测量系统引入的不确定度分量k3。3.4 各标准不确定度分量的分析与计算3.4.1 不确定度分量W连续记录数字量报文输出装置发送光功率测量值10次，得到下列一组数据，见表5。表5光功率测量结果测量次数测量结果（dBm）1-13.132-13.023-13.2
9、64-13.175-13.146-13.097-13.158-13.109-13.1210-13.12针对本次光功率测量，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度为:w=0.061dBm。3.4.2 光功率计分辨力引入的不确定度2;光功率计分辨力为0.01dBm,引入的标准不确定度分量为:U20.0123dBm 0.003dBm3.4.3 光功率计引入的不确定度分量“3光功率计最大允许误差为0.15dBm,按均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为：生二华dBm0.087dBm。3根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表6所示:表6光功率测量不确定度分量不确定度评定类别
10、标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值(dBm)AU测量重复性正态分布10.061BU2分辨力均匀分布密0.003B光功率计均匀分布60.087经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，则光功率测量的合成标准不确定度为：UC=dBm0.106dBm*,=,。3.4.4 扩展不确定度包含因子h2,则扩展不确定度为：=20.106dBm0.212dBm(Zf=2)。4脉冲上升时间不确定度评定4.1 测量方法数字量输出报文的脉冲上升时间的测量采用直接测量法。4.2 测量模型脉冲上升时间测量模型如公式(4)所示。R=
11、Rm式中：R数字量报文输出装置脉冲上升及下降时间，ns；Rm示波器测量示值，nso4.3 不确定度分量的来源分析脉冲上升时间测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：1)测量重复性引入的不确定度1；2)示波器分辨力引入的不确定度2；3)示波器测量引入的不确定度分量3。4.4 各标准不确定度分量的分析与计算4.4.1 不确定度分量W连续记录数字量报文输出装置脉冲上升时间测量值10次,得到下列一组数据，见表7。表7脉冲上升时间测量结果测量次数测量结果(ns)11.13421.01231.05840.99750.89861.05870.99781.05291.037101.184针对本次脉冲上升时间测
12、量，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度为：w=0.078nso4.4.2 示波器分辨力引入的不确定度2;示波器分辨力为0.001ns,引入的标准不确定度分量为:0.001ns 0.(XX)3ns4.4.3 示波器引入的不确定度分量3示波器最大允许误差为2ns,按均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为:2.%1.155nso根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表8所示：表8脉冲上升时间测量不确定度分量不确定度评定类别标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值(ns)AWl测量重复性正态分布10.0780B分辨力均匀分布0.0003B3
13、示波器均匀分布1.155经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，则脉冲上升时间测量的合成标准不确定度为：4.4.4扩展不确定度包含因子仁2,则扩展不确定度为：U=RX,=2xL158nsk2.3ns（A=2）。5消光比不确定度评定5.1 测量方法数字量输出报文的消光比的测量采用直接测量法。5.2 测量模型消光比测量模型如公式（5）所示。X=Xm（5）式中：X数字量报文输出装置消光比示值，dB；Xm示波器测量示值，dB。5.3 不确定度分量的来源分析消光比测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：1）测量重复性引入的不确定度见；2）示波器分辨
14、力引入的不确定度“2；3）示波器测量示值引入的不确定度分量3。5.4 各标准不确定度分量的分析与计算5.4.1 不确定度分量连续记录数字量报文输出装置消光比测量值10次，得到下列一组数据，见表9。表9消光比测量结果测量次数测量结果(dB)118.6721217.1156319.1231415.6781516.8782614.6975717.6841815.6473917.21381016.3458针对本次消光比测量，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度为：w=1377dB05.4.2 试品分辨力引入的不确定度2；示波器分辨力为0.0001dB,引入的标准不确定度分量为：
15、%=处dBO.(X)3dB。235.4.3 示波器引入的不确定度分量B示波器消光比测试不确定度为0.5dB,(42)。按修正值使用，均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为：w3=-dB0.250dBo2根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表10所示：表10消光比测量不确定度分量不确定度评定类别标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值(dB)AWl测量重复性正态分布11.377B2分辨力均匀分布0.003B3示波器均匀分布0.250经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，则消光比测量的合成标准不确定度为
16、:5.4.4 扩展不确定度包含因子62,则扩展不确定度为：U=ZX%=2l.40dB2.8dB(42)。U=kuc=20.049ns0.098nsk=2。6时钟抖动不确定度评定6.1 测量方法数字量输出报文的时钟抖动的测量采用直接测量法。6.2 测量模型时钟抖动测量模型如公式（6）所示。T=Tm（6）式中：T-数字量报文输出装置的时钟抖动时间，ns；Tm示波器的时钟抖动测量示值，So6.3 不确定度分量的来源分析时钟抖动测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：1）测量重复性引入的不确定度2）示波器分辨力引入的不确定度2；3）示波器测量引入的不确定度分量3。6.4 各标准不确定度分量的分析与计算
17、6.4.1 不确定度分量叫连续记录数字量报文输出装置时钟抖动测量值10次，得到下列一组数据，见表11。表11脉冲上升时间测量结果测量次数测量结果（ns）149.8249.9350.0449.8550.0649.9749.8850.0950.31050.2针对本次时钟抖动测量，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度为：i=0.17ns6.4.2 示波器分辨力引入的不确定度2；示波器分辨力为0.001ns,引入的标准不确定度分量为:O1OOl23ns 0.0003ns6.4.3 示波器引入的不确定度分量3示波器最大允许误差为2ns,按均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为:
18、U3=-=1.155nso根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表12所示:表12时钟抖动测量不确定度分量不确定度评定类别标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值(ns)AUi测量重复性正态分布10.17B2分辨力均匀分布0.0003B3示波器均匀分布百1.155经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度时将二者中较小值舍去，则时钟抖动测量的合成标准不确定度为：与=序J1.17出。6.4.4 扩展不确定度包含因子h2,则扩展不确定度为：U=kue=2Alns23(A=2)。7信号幅值不确定度评定7.1 测量方法数字量输出报文信号
19、幅值的测量采用直接测量法。7.2 测量模型信号幅值测量模型如公式(7)所示。V=匕(7)式中：V数字量报文输出装置的信号幅值，V；Tm示波器的信号幅值测量示值，Vo7.3 不确定度分量的来源分析信号幅值测量过程，其不确定度来源主要有以下几项：4）测量重复性引入的不确定度1；5）示波器分辨力引入的不确定度也；6）示波器测量引入的不确定度分量3。7.4 各标准不确定度分量的分析与计算7.4.1 不确定度分量小连续记录数字量输出报文的信号幅值测量值10次，得到下列一组数据，见表13。表13脉冲上方时间测量结果测量次数测量结果（V）17.4327.4337.43473657.4367.7777.438
20、7.439736107.43针对本次信号幅值测量，采用10次测量结果的平均值，所以测量重复性引入的标准不确定度为：W=O12V07.4.2 示波器分辨力引入的不确定度2;示波器分辨力为0.001V,引入的标准不确定度分量为：“2=粤V=（）.0003V0237.4.3 示波器引入的不确定度分量3示波器幅值最大允许误差为1%,信号幅值测量的最大允许误差为007V,按均匀分布计算，其引入的标准不确定度分量为:0.07访V= 0.04Vo根据以上分析，可列出标准不确定度分量表，如表14所示:表14信号幅值测量不确定度分量不确定度评定类别标准不确定度分量不确定度来源测量结果分布类型包含因子标准不确定度分量值（V）A测量重复性正态分布10.12B2分辨力均匀分布0.0003B示波器均匀分布0.04经分析以上各分量相互独立，考虑到重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度4=伺u：=0.13V时将二者中较小值舍去，则信号幅值测量的合成标准不确定度为:7.4.4 扩展不确定度包含因子62,则扩展不确定度为：U=kue=2OJ3VO.3V(c=2)o
