/ 廈門(mén)市計(jì)量檢定測(cè)試院

0 引言

近幾年，出現(xiàn)了大量功能一體化的耐壓校驗(yàn)儀，單臺(tái)設(shè)備內(nèi)部集成了多個(gè)功能模塊，可以方便實(shí)現(xiàn)耐電壓測(cè)試儀的輸出電壓、電流、時(shí)間等參數(shù)的計(jì)量，儀器準(zhǔn)確度可達(dá)0.5級(jí)，接線方便、工作效率高，在計(jì)量行業(yè)、企業(yè)中廣泛應(yīng)用，因而此類儀器的溯源需求量越來(lái)越大。本文通過(guò)分析其工作原理，介紹了一種耐壓校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)方法，方便企事業(yè)單位的標(biāo)準(zhǔn)器溯源，供同行參考。

1 耐壓校驗(yàn)儀的工作原理

耐壓校驗(yàn)儀具備電壓、電流、時(shí)間校準(zhǔn)功能，部分還具有失真度和紋波校準(zhǔn)功能。耐壓校驗(yàn)儀的電壓校準(zhǔn)功能類似數(shù)字高壓表，把耐電壓測(cè)試儀的高、低端輸出分別接入耐壓校驗(yàn)儀高壓端和低壓端，通過(guò)內(nèi)部分壓后進(jìn)行電壓取樣，可直接方便地校準(zhǔn)耐電壓測(cè)試儀的輸出電壓（圖1）。同時(shí)，耐壓校驗(yàn)儀內(nèi)部具有計(jì)時(shí)功能，當(dāng)電壓達(dá)到計(jì)時(shí)閾值電壓時(shí)（不同廠家閾值電壓不同，一般在300～1 000 V），可同步校準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)。

圖1 耐壓校驗(yàn)儀校準(zhǔn)耐電壓測(cè)試儀原理

耐壓校驗(yàn)儀的電壓電流校準(zhǔn)回路分別獨(dú)立，電流校準(zhǔn)回路內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)電流表和負(fù)載電阻，通過(guò)耐電壓測(cè)試儀輸出電壓（此電壓有限定，超出限定會(huì)燒壞校驗(yàn)儀，需查看廠家說(shuō)明書(shū)，一般工作電壓要求不超過(guò)1 000 V）形成工作回路，同步顯示電流值，實(shí)現(xiàn)電流校準(zhǔn)。根據(jù)常規(guī)電流校準(zhǔn)點(diǎn)，耐壓校驗(yàn)儀分成多個(gè)可選電流檔位，分別內(nèi)置相應(yīng)負(fù)載電阻（一般以輸出電壓500 V為準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)電流校準(zhǔn)點(diǎn)分別計(jì)算出內(nèi)置負(fù)載電阻，如表1所示），并串聯(lián)一個(gè)微調(diào)電位器進(jìn)行細(xì)調(diào)，可以很方便地對(duì)常規(guī)電流校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。在校準(zhǔn)電流時(shí)，根據(jù)電流校準(zhǔn)點(diǎn)選擇合適的電流檔位，慢慢調(diào)節(jié)耐電壓測(cè)試儀的輸出電壓接近電流校準(zhǔn)點(diǎn)，再通過(guò)微調(diào)電位器調(diào)節(jié)到需要校準(zhǔn)的電流值。

表1 耐壓校驗(yàn)儀內(nèi)置電流檔位配套電阻值

需要注意的是，有些耐壓校驗(yàn)儀的電流回路端內(nèi)部并未內(nèi)置負(fù)載電阻，僅僅內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)電流表，在校準(zhǔn)耐電壓測(cè)試儀時(shí)需要外接合適的負(fù)載電阻。

2 耐壓校驗(yàn)儀電壓參數(shù)的校準(zhǔn)

耐壓校驗(yàn)儀的電壓功能類似數(shù)字高壓表，其校準(zhǔn)可采用高壓分壓器或者電壓互感器作為標(biāo)準(zhǔn)器，兩者接線方式基本相同。如圖2所示，高壓源輸出分別接入耐壓校驗(yàn)儀的高壓端和標(biāo)準(zhǔn)器一次高壓側(cè)，標(biāo)準(zhǔn)器二次輸出低電壓可采用標(biāo)準(zhǔn)電壓表測(cè)量。高壓源要求交流畸變≤2%，直流紋波≤1%。采用分壓器作為標(biāo)準(zhǔn)器時(shí)，在交直流工作模式下，分壓器的準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)至少高2級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)電壓表輸入阻抗應(yīng)和分壓器的輸出阻抗匹配。校準(zhǔn)時(shí)，調(diào)節(jié)高壓源輸出到校準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)點(diǎn)，分別記錄標(biāo)準(zhǔn)值和耐壓校驗(yàn)儀示值，即實(shí)現(xiàn)耐壓校驗(yàn)儀的電壓校準(zhǔn)。

圖2 耐壓檢驗(yàn)儀電壓校準(zhǔn)原理

3 耐壓校驗(yàn)儀電流參數(shù)的校準(zhǔn)

通過(guò)前述已知，耐壓校驗(yàn)儀電流有兩種工作模式，一種是有內(nèi)置負(fù)載電阻，一種無(wú)內(nèi)置負(fù)載電阻。無(wú)內(nèi)置負(fù)載電阻的耐壓校驗(yàn)儀，就相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電流表，可以用標(biāo)準(zhǔn)電流源很方便地進(jìn)行校準(zhǔn)，如圖3（a）所示的方法。而對(duì)于有內(nèi)置負(fù)載電阻的耐壓校驗(yàn)儀，需要驅(qū)動(dòng)能力足夠的電流源才能采用標(biāo)準(zhǔn)電流源法進(jìn)行校準(zhǔn)。如果實(shí)驗(yàn)室無(wú)此條件，可采用標(biāo)準(zhǔn)電流表法，如圖3（b）所示，通過(guò)外部電壓源輸出電壓驅(qū)動(dòng)回路，在回路中串接標(biāo)準(zhǔn)電流表，分別讀取標(biāo)準(zhǔn)電流表和耐壓校驗(yàn)儀的電流值，即可實(shí)現(xiàn)電流校準(zhǔn)。

圖3 耐壓檢驗(yàn)儀電流校準(zhǔn)原理

4 耐壓校驗(yàn)儀時(shí)間參數(shù)的校準(zhǔn)

耐壓校驗(yàn)儀的時(shí)間測(cè)試功能，一般通過(guò)內(nèi)部預(yù)置計(jì)時(shí)器或者計(jì)時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)。外部輸入電壓經(jīng)降壓處理后形成低電壓信號(hào)，當(dāng)電壓達(dá)到閾值電壓（根據(jù)不同耐壓校驗(yàn)儀閾值電壓不同，一般在300～1 000 V）時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)時(shí)模塊開(kāi)始計(jì)時(shí)。因此，在校準(zhǔn)耐壓校驗(yàn)儀時(shí)，可外接電壓驅(qū)動(dòng)，標(biāo)準(zhǔn)器可采用毫秒儀、頻率計(jì)或計(jì)時(shí)器，外部輸入電壓通過(guò)降壓回路輸入標(biāo)準(zhǔn)器。設(shè)定外部輸入電壓達(dá)到起始閾值電壓，同步啟動(dòng)計(jì)時(shí)，切斷外部電壓時(shí)同時(shí)停止計(jì)時(shí)，分別記錄耐壓校驗(yàn)儀時(shí)間值和標(biāo)準(zhǔn)值，即可實(shí)現(xiàn)耐壓校驗(yàn)儀的時(shí)間校準(zhǔn)。

5 試驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)驗(yàn)室對(duì)一臺(tái)0.5級(jí)耐壓校驗(yàn)儀進(jìn)行校準(zhǔn)，采用的標(biāo)準(zhǔn)器包括0.1級(jí)直流標(biāo)準(zhǔn)分壓器和0.05級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器、0.05級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電流源以及測(cè)量誤差5×10-6ms的毫秒儀等。通過(guò)試驗(yàn)，測(cè)得部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2～4所示，根據(jù)各參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算不確定度結(jié)果如表5所示。

表2 耐壓校驗(yàn)儀電壓校準(zhǔn)結(jié)果

表3 耐壓校驗(yàn)儀電流校準(zhǔn)結(jié)果

表4 耐壓校驗(yàn)儀時(shí)間校準(zhǔn)結(jié)果

通過(guò)表2～4中測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)量結(jié)果均滿足誤差小于±0.5%。根據(jù)RB/T 197-2015《檢測(cè)和校準(zhǔn)結(jié)果及與規(guī)范符合性的報(bào)告指南》4.1.4條款及CNAS-TRL-010：2019 《測(cè)量不確定度在符合性判定中的應(yīng)用》5.1條款規(guī)定說(shuō)明，在誤差雙側(cè)容許區(qū)間范圍內(nèi){[-T，+T]}，測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U與該區(qū)間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足U≤T/3，此時(shí)可忽略不確定度的影響，直接根據(jù)測(cè)量結(jié)果判斷示值誤差是否合格。根據(jù)表5計(jì)算結(jié)果，測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度均滿足U≤T/3，計(jì)算結(jié)果可直接判斷儀器是否合格。上述分析表明，本文所采取的方法可行，校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)可靠。

表5 不確定度計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)

6 結(jié)語(yǔ)

本文討論了耐壓校驗(yàn)儀的一種校準(zhǔn)方法，所采取的標(biāo)準(zhǔn)器均可溯源至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)驗(yàn)室所采用的標(biāo)準(zhǔn)器以及校準(zhǔn)方法均能滿足耐壓校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)要求，方法有效、數(shù)據(jù)可靠，可為同行對(duì)此類儀器進(jìn)行校準(zhǔn)提供參考。