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        示波器在耐電壓測(cè)試儀時(shí)間參量校準(zhǔn)中的應(yīng)用

        2021-09-18 05:57:56陳永順
        商品與質(zhì)量 2021年33期
        關(guān)鍵詞:示波器測(cè)試儀分量

        陳永順

        無錫精緯計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司 江蘇無錫 214135

        耐電壓測(cè)試儀是測(cè)量耐電壓強(qiáng)度的儀器,它可以直觀、準(zhǔn)確、快速、可靠地測(cè)試各種被測(cè)對(duì)象的擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標(biāo),并可以作為支流高壓源用來測(cè)試元器件和整機(jī)性能。因此,耐電壓測(cè)試儀性能的好壞直接涉及到產(chǎn)品在使用中的安全與否[1]。而耐電壓測(cè)試儀輸出電壓的保持時(shí)間是保證耐電壓測(cè)試儀能否在足夠時(shí)間的前提下發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品隱形隱患的重要一環(huán)。其中,電子元器件的耐壓測(cè)試有耐壓保持時(shí)間短的特點(diǎn),比如0.5s、1s。然而市面上大多數(shù)校準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)用到的標(biāo)準(zhǔn)器為電子秒表,因人員操作帶來的為主要誤差,在較短的保持時(shí)間的測(cè)量中人員操作帶來的誤差占比大,不能正確表征耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的真實(shí)誤差,因此需要一款精度高的時(shí)間參數(shù)校準(zhǔn)裝置來實(shí)現(xiàn)耐電壓測(cè)試儀更為準(zhǔn)確的時(shí)間參量性能[2-3]。

        1 檢定規(guī)程中對(duì)耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的定義及計(jì)量步驟

        JJG 795-2016《耐電壓測(cè)試儀檢定規(guī)程》中耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的定義為“耐電壓測(cè)試儀輸出電壓在穩(wěn)定階段所經(jīng)歷的時(shí)間,不包括電壓上升和下降的時(shí)間”。

        計(jì)量步驟如下:將耐電壓測(cè)試儀時(shí)間控制置于定時(shí)方式。調(diào)整輸出電壓至0.1Un,但不能低于500V。按下輸出“啟動(dòng)”鍵,當(dāng)耐電壓測(cè)試儀輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器,當(dāng)發(fā)出切斷信號(hào)時(shí),自動(dòng)終止計(jì)時(shí)。重復(fù)測(cè)量?jī)纱?,兩次測(cè)量結(jié)果的平均值即為電壓持續(xù)(保持)時(shí)間實(shí)際值。

        2 用示波器校準(zhǔn)耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間

        將耐電壓測(cè)試儀的電壓和時(shí)間設(shè)置好后(設(shè)置為電壓500V,時(shí)間1s),連接示波器和高壓衰減棒(衰減棒選擇寬帶寬,上升時(shí)間短,筆者用的Tektronix P6015A,帶寬70MHz,上升時(shí)間4ns),實(shí)物連接圖如圖1所示。

        示波器設(shè)置為單次觸發(fā)模式,探頭設(shè)置為1000:1,當(dāng)耐電壓測(cè)試儀電壓到達(dá)觸發(fā)電壓時(shí)立即捕捉信號(hào)。按照規(guī)程中保持時(shí)間的定義調(diào)出測(cè)量圖標(biāo),測(cè)得其保持時(shí)間為712ms。波形圖如圖2所示。

        圖2 波形圖

        為驗(yàn)證其數(shù)據(jù)的可靠性,筆者分別用電子秒表和耐電壓測(cè)試儀檢定裝置中的時(shí)間測(cè)量功能進(jìn)行驗(yàn)證。電子秒表和耐電壓測(cè)試儀檢定裝置測(cè)得時(shí)間分別為0.812s和0.72s。

        3 耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的不確定度評(píng)估

        3.1 概述

        ①評(píng)定依據(jù):JJG795-2016《耐電壓測(cè)試儀檢定規(guī)程》

        ②環(huán)境條件:溫度(20±5)℃,相對(duì)濕度(60±15)%RH

        ③測(cè)量標(biāo)準(zhǔn):數(shù)字示波器MDO4014+高壓探棒P6015A

        ④被測(cè)對(duì)象:耐電壓測(cè)試儀RK2670A

        ⑤測(cè)量方法:將耐電壓測(cè)試儀時(shí)間控制置于定時(shí)方式。調(diào)整輸出電壓至0.1Un,但不能低于500V。輸出端和示波器用衰減棒進(jìn)行連接。按下輸出“啟動(dòng)”鍵,當(dāng)耐電壓測(cè)試儀輸出電壓斷開,從示波器中讀取保持時(shí)間的測(cè)量值。

        3.2 數(shù)學(xué)模型

        設(shè)xx為被測(cè)耐電壓測(cè)試儀的設(shè)定值,xN為示波器的顯示值,由使用說明書可知,對(duì)于耐電壓測(cè)試儀和示波器,在標(biāo)準(zhǔn)條件下,溫度、濕度、輸入阻抗等帶來的影響可忽略不計(jì),因此可得:

        式中:△x———儀器示值誤差,s;

        xx———被測(cè)儀器示值,s;

        xN———示波器顯示值,s。

        3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

        3.3.1 示波器測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

        在規(guī)定的相同條件下,用示波器對(duì)耐電壓測(cè)試儀測(cè)量點(diǎn)1s重復(fù)測(cè)量10次,獲得測(cè)量值如下表1所示。

        表1 測(cè)量值

        3.3.2 示波器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

        示波器在1s點(diǎn)顯示值的分辨力為1ms,按照B類評(píng)定,假設(shè)服從均勻分布,包含因子k=,則由示波器分辨力引入的不確定度分量為:u2=0.5ms/=0.29ms。

        3.3.3 示波器允差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

        示波器經(jīng)上級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)溯源合格,在1s點(diǎn)測(cè)量時(shí)應(yīng)用的時(shí)基為100ms/div,經(jīng)查其說明書可知,在此時(shí)基下,示波器精度為0.2級(jí),即示波器在1s點(diǎn)的最大允許誤差為e=±(100×0.2%)ms=0.2ms,其半寬度為0.2ms,按照B類評(píng)定,在區(qū)間內(nèi)認(rèn)為服從均勻分布,包含因子k=,則由示波器允差引入的不確定度分量為:u3=0.2ms/=0.12ms。

        3.3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        不確定度分量的匯總見表2,靈敏度系數(shù)由公式(1)計(jì)算得到。

        表2 不確定度分量匯總

        由于分量u1,u2,u3彼此獨(dú)立互不相關(guān),則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uc==2.0ms

        3.3.5 擴(kuò)展不確定度

        U=k×uc,取k=2,由此得到耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間1s校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為:U=2×2.0ms=4.0ms換算至相對(duì)擴(kuò)展不確定度為:Urel=0.4%。

        4 結(jié)語

        耐電壓測(cè)試儀的保持時(shí)間在安規(guī)測(cè)試中同樣有著重要的地位,對(duì)于較短的耐壓保持時(shí)間情況下,用示波器+衰減棒的方法可以獲得更高的準(zhǔn)確度數(shù)值,更小的不確定度,對(duì)于安規(guī)工藝來說,能獲得更可靠的分析結(jié)果。此文是筆者根據(jù)多年計(jì)量經(jīng)驗(yàn)探索出的耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的另一種校準(zhǔn)方法,經(jīng)過多次實(shí)踐,得到大多數(shù)客戶的認(rèn)可。

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