钳形电流表的计量研究

2017-04-27 16:40贾祎冬王明敬
科技创新与应用 2017年11期
关键词:不确定度评定计量

贾祎冬+王明敬

摘 要:钳形电流表是一种手持式多功能测量仪表,主要应用于电力、交通、电梯、能源等各个工业领域或科研部门的测量。为保证交、直流大电流测量的统一和准确可靠,对钳形电流表进行计量研究,具有非常明显的社会效益和经济效益。文章介绍了钳形电流表的工作原理、测量方法,并给出示值误差的测量结果不确定度评定实例。

关键词:钳形电流表;不确定度评定;计量

1主要工作原理

测量原理框图如下,采用直接比较法校准

(1)将被测导线置于钳口几何中心位置,调节电流源,使被校表的示值直接与标准电流的标准值相比较,如图1。

(2)将被测线圈置于钳口几何中心位置,调节电流源,使被校表的示值直接与标准电流同校验线圈比率乘积的值相比较,如图2。

2 不确定度评定示例

(1)测量依据:JJF1075-2001 《钳形电流表校准规范》。

(2)计量标准:钳形电流表校准装置 测量范围:交直流电流(0~20)A,线圈50匝。

(3)被测对象:数字钳形表 型号3288 HIOKI 量程100A/1000A。

(4)测量方法:对(0A~20A)电流采用直接比较法,调整被校钳形表零位,将被测导线置于钳口几何中心位置,调节电流源到已选定的校准点,交直流标准表9080A的示值为标准值,钳形电流表的示值为显示值;对20A以上电流采用等安匝法,将钳形电流表夹住50安匝线圈,而后在线圈中通入电流,通过读取交直流标准表的电流值乘以线圈50倍匝数得到标准电流值,用被测表显示值减去标准值为钳形电流表的示值误差。

(5)数学模型

式中:ΔI-被测电流表示值误差;Ix-被测电流表示值;IN-交直流标准表直流电流读数乘以50倍安匝数。

(6)输入量Ix的不确定度分量的评定

a.被校交流电流重复性引入的标准不确定度u(Ix1)

用A类标准不确定度评定,以交流100A量程20A点和1000A量程950A点为例,分别采用直接比较法和等安匝法。

校准20A点时,交流电源输出20A,钳形电流表读取测量值,连续测量10次,得到测量列20.1A、20.2A、20.1A、20.2A、20.1A、20.1A、20.1A、20.1A、20.2A、20.1A。根据贝塞尔公式

S=

计算得:S≈0.0483A;A类不确定度分量为:u(Ix1)=S/≈0.015A

校准950A点时,交流电源输出19A电流到50倍线圈,钳形电流表读取测量值,连续测量10次,得到测量列958A、956A、956A、957A、958A、958A、956A、957A、956A、958A。计算同上得:S≈0.943A

A类不确定度分量为:u(Ix1)=S/≈0.298A

b.由被校钳形电流表分辨率引起的不确定度u(Ix2)

钳形电流表在100A量程的分辨率为0.1A, (均匀分布,包含因子k=)

u(Ix2)=0.1/2=0.029A

钳形电流表在1000A量程的分辨率为1A, (均匀分布,包含因子k=)

u(Ix2)=1/2=0.289A

以上两项互不相关,合成得:

u2(IX)=u2(IX1)+u2(IX2)

校准20A点:u(Ix2)=A≈0.033A;

校准950A点:u(Ix2)=A≈0.415A。

c.由标准装置引入的B类不确定度分量u(IN)

由标准表9080A引入的不确定度分量u(IN1):

由标准表说明书给出的准确度等级为0.02级,对20A、950A点测量时的不确定度分量(均匀分布,包含因子k=):

校准20A点:u(IN)=0.02%×20/=0.0023A;

校准950A点:u(IN)=0.02%×950/=0.1097A.\。

由50匝线圈引入的B类不确定度分量u(IN2):

校准20A时,没有引入线圈,所以只在大于20A电流时引入这项不确定度。查技术说明书线圈最大允许误差±(0.25%×输出值+0.05A),对输出950A电流时(均匀分布,包含因子k=)不确定度为:

u(IN2)=(0.25%×950+0.05)/=1.400A。

以上两项互不相关,合成得:

u2(IN)=u2(IN1)+u2(IN2)

被标准装置引入的标准不确定度:950A点:

u(IN)=A≈1.404A。

(7)合成标准不确定度的计算

输入量IX与IN彼此独立不相关,所以合成标准不确定度可按下式得到。

20A:uc=≈0.033A;

950A:uc=≈1.464A。

(8)扩展不确定度的计算

包含因子k=2时的扩展不确定度为:

20A:U=uc×k=0.066A;50A:U=uc×k=2.928A。

(9)相對扩展不确定度

20A:Urel=0.066/20=0.33%≈0.4%;50A:Urel=2.928/950=0.308%≈0.4%。

(10)根据JJF1075-2001 《钳形电流表校准规范》的规定,常规校准应对该交流电流表基本量程下限至上限均匀选取5个校准点,其余量限只校准满量程的95%。

其测量不确定度见表1。

参考文献

[1]JJF1059.1-2012.测量不确定度评定与表示[Z].

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