自镇流LED灯具的广泛应用, 给LED灯功率的测量提出了更高的要求。为了更准确的对LED灯功率进行测量和评定, 根据自镇流LED灯具的室内照明应用特点, 从市场上随机选取一个品牌灯具, 按照国家标准《GB/T 24908-2014普通照明用非定向自镇流LED灯性能要求》的测量方法和评价。但是, 在实际测量中, 功率的测量结果受到环境因素、测试仪器等多方面的因素干扰。因此, 为了提高自镇流LED灯具的功率测量结果的可靠性和真实性, 本文对自镇流LED灯具的功率进行测量和评价, 并对影响测试结果的各个不确定度进行分析和计算, 为测量结果的可靠性和有效性提供理论依据, 最后给出自镇流LED灯功率测量的不确定度报告。
用GUM法评定测量不确定度的一般流程如下:
分析不确定度来源和建立测量模型—评定标准不确定度u—计算合成标准不确定度uc—确定扩展不确定度U或Up—报告测量结果
由测量所得的测量值只是被测量的估计值, 测量过程中的随机效应及系统效应均会导致测量不确定度。不确定度的来源一般分为两类, 由于重复测量引起的不确定度分量称为A类不确定度, 主要是指由于样品的不稳定性、仪器测试条件、读数误差等因素造成的;由于测量仪器的设计和制造精度的不同等因素引起的不确定度分量称作B类不确定度。
测量不确定度一般由若干分量组成, 有许多可能导致测量不确定度的来源, 本文认为自镇流LED灯功率的不确定度来源, 主要有以下几个方面:
1) 在相同条件下, 被测量的重复测量造成的不确定度;
2) 变频交流电源电压波动造成的不确定度;
3) 交直流功率计不确定度造成的不确定度;
4) 环境温度、湿度和气流波动等造成的不确定度。
本文中使用的被测量产品为自镇流LED吸顶灯 (标称商标:美的。标称生产单位:广东美的照明电气制造有限公司) , 测量时采用重复性测量条件:室温25℃, 湿度50%。测量采用的测量仪器为交直流功率计, 型号:3334。检测样品工作40分钟后, 读取功率数值。对功率值进行独立重复观测, 通过所得到的一系列测量值, 结果如下:
对被测量进行独立重复测量后, 通过所得到的一系列测量值, 用统计分析方法根据贝塞尔公式可计算得到实验标准偏差s (x) :
当用算术平均值作为被测量估计值时, 被测量估计值的A类标准不确定度按公式 (2) 计算:
B类评估的信息来源可以是之前测量的数据, 对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验, 生产厂提供的技术说明书、校准证书、检定证书, 或某些资料给出的参考数据、检定规程, 校准规范, 或测试标准中给出的数据等。
B类不确定度的计算公式如下:
其中a为区间半宽度, 可根据有关信息或者资料评估。k为包含因子, 其值取决于该误差源的概率分布和置信概率。
1) 交直流功率计不确定度造成的不确定度。
查询本次研究中使用功率测量仪器为交直流功率计 (型号为3334) 的校准证书可知, 误差范围≤±0.5%, 误差源为均匀分布, 取, 则由于使用仪器的不确定度造成的不确定度分量为:
2) 变频交流电源电压波动造成的不确定度。
自镇流LED灯使用的稳压电源由多功能变频器提供, 根据该设备的校准证书可知, 电压在220V时, 误差范围为±0.05%, 稳压电源的误差分布为梯形分布, 取k2=2, 则由于变频交流电源电压波动造成的不确定度分量为:
3) 环境温度、湿度和气流波动等造成的不确定度。
进行测试时环境温度为 (25±1) ℃, 湿度 (50±1) %, 灯具周围空气的流动速度不超过0.2m/s。根据检测数据统计, 这几项对测量结果的极限误差≤±0.1%, 误差服从均匀分布, 取, 则环境温度、湿度和气流波动等造成的不确定度分量为:
合成标准不确定度指由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度:
在正态分布情况下, 概率分布为0.954 5时, 取k=2。扩展不确定度U为:U=k×Uc=0.122W≈0.12W。
本次自镇流LED灯具的功率测试结果为:
不确定度U=0.12W (置信水准p=0.954 5, 包含因子k=2) 。
通过对自镇流LED灯具的功率进行不确定度分析研究, 测量功率的仪器设备的精度对不确定度分量的影响最大, 因此, 尽可能选用精度较高的测量设备, 并且对于测量设备要定期标定计量。本次测量结果中, 交流电源的电压波动对不确定度分量影响最小, 可见, 在测量过程中, 使用稳频电源为测量设备和被测样品进行供电是十分必要的。另外, 环境温度、湿度和气流波动对测量结果的不确定度分量也有一定的影响, 因此测量时, 要对测量环境控制好, 以减小对测量结果的影响。
摘要：本文根据GUM法对自镇流LED功率的测量不确定度进行了评定, 分析了功率测量不确定度的来源, 并分别计算了各个不确定度分量, 最终给出自镇流LED的功率测量不确定度报告。结果表明, 高精度的测量设备和稳定的供电电压能有效的降低测量不确定度。
关键词：自镇流LED,功率,不确定度
[1] 董建勇, 李珍, 蒋雪花, 李林先, 陆佳杰, 郑毅, 张铮.LED路灯光强测量不确定度评定[J].中国照明电器, 2016 (3) :47-49.
