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        鉗形電流表示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

        2021-01-25 03:39:38張振國
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年5期
        關(guān)鍵詞:分辨力電流表線圈

        張振國

        (河北前進(jìn)機械廠,河北 石家莊 050035)

        鉗形電流表是一種將開合的磁路套在載流導(dǎo)體上測量其電流值的儀表。它的特點是無需斷開回路,即可測量被測電路的電流,操作簡單,大量應(yīng)用于科研生產(chǎn)和檢修測試當(dāng)中。按照測量原理鉗形電流表又可分為互感器式、霍爾效應(yīng)式以及磁平衡式等。互感器原理的鉗形電流表僅能測量交流電流,霍爾效應(yīng)原理和磁平衡原理的鉗形電流表可測量交直流電流。

        鉗形電流表的校準(zhǔn)方法一般采用單匝法或等效安匝法。單匝法能對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效溯源,適用于高、低準(zhǔn)確度鉗形電流表的校準(zhǔn);等效安匝法難以進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的直接溯源,僅適用于低準(zhǔn)確度鉗形電流表的校準(zhǔn)。 可根據(jù)被校鉗形表的電流測量范圍及準(zhǔn)確度等選擇合適的測量方法。

        本文以常用的FLUKE 319 鉗形電流表為例,采用等效安匝法,對校準(zhǔn)過程中的主要不確定度因素進(jìn)行分析、評價,希望對相關(guān)工作者能起到幫助作用。

        1 概述

        1.1 校準(zhǔn)依據(jù)

        JJF 1075-2015《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》。

        1.2 環(huán)境條件

        1.3 測量標(biāo)準(zhǔn)

        (1)多功能校準(zhǔn)器,型號:5500A,量程:DCI(0~10)A。

        (2)100 匝鉗形電流表校準(zhǔn)線圈,型號:HG1000A,量程:DCI(0~1000)A。

        1.4 被校對象

        數(shù)字式鉗形電流表,型號:FLUKE 319,量程:DCI(0~600)A,準(zhǔn)確度:±(1.5%+5)。

        1.5 校準(zhǔn)方法

        采用等效安匝法,100 匝鉗形電流表校準(zhǔn)線圈在結(jié)構(gòu)上把多功能校準(zhǔn)器輸出的電流以100 匝形式沿同一方向多次穿過鐵芯,因此在100 匝線圈導(dǎo)線匯聚的一側(cè)中產(chǎn)生的等效安匝電流是多功能校準(zhǔn)器輸出電流的100倍。

        將多功能校準(zhǔn)器5500A 預(yù)熱30min 后,輸出直流電流(0~10)A 給 100 匝鉗形電流表校準(zhǔn)線圈,將該線圈放置于鉗形電流表鉗口幾何中心位置,在鉗形電流表上讀取相應(yīng)的電流示值,并將此示值與實際值相減,其差值即為鉗形電流表示值誤差,原理如圖1 所示。

        圖1 鉗形電流表校準(zhǔn)原理

        1.6 評定結(jié)果的應(yīng)用

        在符合上述條件下的測得值,一般可直接使用本評定結(jié)果。

        2 測量模型

        式(1)中,ΔI-被校鉗形電流表示值誤差(A);IX-被校鉗形電流表的示值(A);IB-匝線圈輸出的等安匝電流值,即多功能校準(zhǔn)器5500A 輸出的直流電流值乘以線圈匝數(shù) 100(A)。

        社區(qū)是社會的細(xì)胞,社區(qū)和諧是社會和諧的基礎(chǔ),發(fā)展社區(qū)服務(wù),健全社區(qū)服務(wù)體系是維護(hù)群眾利益、加快推進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌綜合改革、創(chuàng)新社會治理、激發(fā)發(fā)展活力、推進(jìn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。

        2.1 靈敏系數(shù)

        對式(1)中各參量求偏導(dǎo),得到靈敏系數(shù)如下:

        2.2 不確定度傳播率

        因為各輸入量之間彼此獨立不相關(guān),所以傳播率公式為:

        3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

        3.1 輸入量 IX 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u(IX)

        (1)被校鉗形電流表測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u(IX1)

        任選4 臺FLUKE 319 數(shù)字式鉗形電流表,對其直流100 A 處進(jìn)行10 次測量,得到4 組測量結(jié)果,利用貝塞爾公式分別計算出每組測量結(jié)果的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差Sj,如表1 所示。

        合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差SP:

        由于實際測量時,取兩次測量值的平均值作為測量結(jié)果,故:

        (2)被校鉗形表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(IX2)

        該鉗形電流表在直流100 A 時,分辨力為0.1 A,半寬度α=0.05A,設(shè)在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,取置信因子,則

        重復(fù)性條件下,示值的分散性既取決于儀器結(jié)構(gòu)和原理上的隨機效應(yīng)影響,也取決于分辨力。在測量不確定度評定中,當(dāng)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量大于被測儀器分辨力所引入的不確定度分量,可以不考慮分辨力所引入的不確定度分量。在本次測量不確定度評定中,分辨力引入的不確定度分量為0.029A,小于重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量,因此舍去。

        3.2 輸入量 IB 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u(IB)

        (1)多功能校準(zhǔn)器5500A 不準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u(IB1)

        由說明書知,多功能校準(zhǔn)器5500A 在直流1A 處最大允許誤差為:±(0.03%×1A+44μA)=±0.000344A,半寬度α=0.000344A,設(shè)在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,取置信因子k=則

        (2)HG1000A 校準(zhǔn)線圈不準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u(IB2)

        由說明書知,HG1000A 校準(zhǔn)線圈在直流100A 處最大允許誤差為:±(0.3%×100A)=±0.3A,半寬度 α=0.3A,設(shè)在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,取置信因子,則:u

        4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表(見表2)

        4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        表1

        表2

        以上各項標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān),因此:

        5 擴展不確定度

        取包含因子k=2,擴展不確定度為:

        U=kuc(ΔI)=2×0.18A≈0.4A

        6 測量不確定度報告

        數(shù)字式鉗形電流表直流100A 示值誤差測量結(jié)果不確定度:

        U=0.4A(k=2)

        7 結(jié)束語

        本標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:U=0.34A(k=2),被校數(shù)字鉗形電流表在直流100A 處允許誤差為±(100×1.5%+0.5A)=±2.0A,約占被校鉗形電流表1/5,符合JJF 1075-2015《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)要求。對于其它各點的測量結(jié)果擴展不確定度均可以按上述方法進(jìn)行評定。

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