耐压测试仪校准结果不确定度分析

蒋佳佳 张黎辉

（1.嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314000； 2.陕西省计量科学研究院 西安 710065）

引言

耐压测试仪的功能，一般在被测设备的非带电部分（一般是外壳）和带电部分之间施加规定交流或直流高压，并保持一段规定的时间，如果加载高压的两端的绝缘性足够好，加在被测设备上的电压就只会产生很小的泄漏电流。如果一个被测设备绝缘体在测试要求的时间内，其产生的泄漏电流保持在规定要求的范围内，就可以判定在正常的运行条件下这个被测设备可以安全运行，以此检查被测设备的绝缘材料所能承受耐电压能力的试验。耐压试验是检验设备电气安全性能的重要指标之一，是检验产品在实际工作状态下的电气安全性能。耐压测试仪的测试结果直接影响到电子产品和设备的安全，测量结果的好坏一般是用测量误差来进行评定，但测量误差仅能表现测量的短期质量。测量结果、测量过程、测量能力是否能够符合使用单位的要求，此时就需要用测量不确定度来衡量。测量不确定度是和测量结果关联的其中一个参数，它是能直接表现被测量的分散性。

1 交流电压测量结果不确定度评定

1.1 概述

1）流程图

根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》用GUM法评定测量不确定度，一般流程有几点：①测量不确定度来源分析；②测量模型的建立；③标准不确定度评定；④合成标准不确定度计算。如下图1所示。

2） 测量依据：JJG 795-2016《耐电压测试仪检定规程》。

3）环境条件：温度（20±5）℃，相对湿度≤75 %。

4）测量标准：8846A型台式多用表，测量范围（0～1 000 V），技术指标100 V档为±0.06 %rdg+0.03 %fs；HJ12-20B型电压互感器，测量范围（0～20 kV），准确度等级为0.01级。

图1 评定测量不确定度的流程图

5）被测对象：7110型程控耐压测试仪，准确度等级2级。

6）测量方法：将电压互感器一次电压端5 kV档和被检耐压测试仪电压输出端接线，再用台式多用表电压端和电压互感器二次端5 kV/0.1 kV档按检定规程中分压器测量法进行接线，台式多用表对耐压测试仪的交流输出电压通过电压互感器进行分压测量，台式多用表选择交流电压100 V档位，在待机状态下将耐电压测试仪电压预设为2 kV，启动耐电压测试仪，读取台式多用表的示值，该示值与互感器变比的乘积即为被检耐压测试仪在2 kV电压点的实际值。

1.2 数学模型

式中：

U—被检耐电压测试仪的交流电压实际值，kV；

V—台式多用表的交流电压示值，V。

1.3 测量结果不确定度来源

分析影响测量结果不确定度的因素，可将交流电压测量结果不确定度表示如下：

式中：

u(U)—交流电压测量结果的合成标准不确定度；

u(U1)—测量重复性引入的标准不确定度；

u(U2)—被测耐压测试仪分辨力引入的标准不确定度；

u(U3) —电压互感器引入的标准不确定度；

u(U4) —台式多用表引入的标准不确定度。

1.4 标准不确定度分量的评定

1）测量重复性引入的标准不确定度

该不确定度分量采用A类评定方法，在2 kV交流电压点进行10次独立测量，测量值如表1所示。

根据贝塞尔公式，计算交流电压单次测量值的标准不确定度：

按规程要求数字式耐压要求重复测量2次电压的平均值作为电压实际值，所以A类不确定度分量采用2次平均值实验标准差，即：

2）仪器分辨力引入的标准不确定度u(U2)的评定

被测设备7110型程控耐压测试仪最小分辨力为0.001 kV，故半宽为0.000 5 kV，在区间内为均匀分布，包含因子取则

测量重复性引入的标准不确定度大于仪器分辨力引入的标准不确定度，故分辨力引入的标准不确定度不考虑。

3） 电压互感器引入的标准不确定度u(U3)的评定

根据电压互感器引起的标准不确定度，采用B类不确定度评定方法进行评定。电压互感器的准确度等级为0.01级，即测量2 kV时，允许误差限为：±(0.01 %×2 000)=±0.2 V，即区间半宽度a=0.2 V，在区间内为均匀分布，包含因子则

4）台式多用表引入的标准不确定度的评定

根据台式多用表引起的标准不确定度，采用B类不确定度评定方法进行评定。2 kV电压互感器对应二次端输出电压应为40 V，根据数字多用表技术指标给出其交流电压100 V档40 V时的允许误差为e=±（0.06 %×40 V+0.03 %×100 V）=±0.054 V，区间半宽度a=0.054 V，在区间内为均匀分布，包含因子，则

表1 耐压测试仪电压值10次测量值

1.5 合成标准不确定度u(U)评定

不确定度分量彼此不相关，灵敏系数Ci=1，故交流电压测量结果的合成标准不确定度按下式计算：

1.6 相对扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，则交流电压测量结果的扩展不确定度：U=k·u(U)≈0.94 V相对的扩展不确定度：

1.7 2 kV时耐压测试仪校准结果

7110型程控耐压测试仪，在2 kV交流电压点测量结果修约后的相对扩展不确定度：

Urel=0.04 %，k=2

2 总结与分析

对于耐压测试仪电压影响其校准结果不确定度的因数很多，主要由被测设备和标准设备引入的不确定度，详细分析被测设备自身的因数是重复性的影响和分辨力的影响，测试标准器的影响是标准器的精度引入的影响。所以概括而言就是以下几点：

1）测量重复性引起的标准不确定度分量，可以通过多次独立重复测量，采用A类评定方法求出；

2）仪器分辨力引入的标准不确定度分量，采用B类评定方法求出，因为分辨力引入的不确定度小于重复性引入的不确定度，故分辨力的不确定不考虑在内；

3）标准器引入的标准不确定度分量，采用B类评定方法求出、。针对上述不确定度评定结果可以发现，测量重复性引入的标准不确定度占比由得出88.2 %，电压互感器引入的标准不确定度占比为11.0 %，台式多用表引入的标准不确定度占比为0.8 %，由上述数据可以得出被检耐压设备的重复性引入的标准不确定度分量占比最大，对合成标准不确定度的大小起到关键的影响作用。重复性和分辨力是测量仪器的固有特性，即耐压测试仪的固有特性是电压测量结果中标准不确定度的主要来源。如果耐压仪的分辨力变成0.01 kV，则仪器分辨力引入的标准不确定度将变为2.9 V，故重复性引入的不确定度不考虑在内，被检耐压仪分辨力引入的标准不确定度占为99 %以上，而耐压仪电压为2 kV时相对扩展不确定度将变成0.3 %。由此可见在评定耐压测试仪电压不确定度时，测量仪器的固有特性对评定结果有重要影响。所以有些被检设备标注技术指标几乎一致，在相同条件下用同样的标准器校准，而检定报告或者校准报告上的不确定度却有很大的差别，很可能是设备的分辨力或者重复性上有差别，导致不确定度的差异产生。

3 结束语

本文主要是从耐压测试仪交流电压2 kV的点位进行不确定度评估，分析各个标准不确定度分量的影响程度，最后结果分析得出电压标准不确定度分量中,测量重复性引入的标准不确定度分量或分辨力引入的标准不确定分量占比超过一半以上，是不确定度评定结果的关键影响因数，相同情况下如果被检设备分辨力少一位，扩展不确定度也会变大数倍，而分辨力引入的标准不确定占比也会增加。本文对于分析不确定度的影响和评估起到了一定参考作用，希望会对以后大家分析不确定度的影响和评估有所帮助。