耐压校验仪校准方法

/ 厦门市计量检定测试院

0 引言

近几年，出现了大量功能一体化的耐压校验仪，单台设备内部集成了多个功能模块，可以方便实现耐电压测试仪的输出电压、电流、时间等参数的计量，仪器准确度可达0.5级，接线方便、工作效率高，在计量行业、企业中广泛应用，因而此类仪器的溯源需求量越来越大。本文通过分析其工作原理，介绍了一种耐压校验仪的校准方法，方便企事业单位的标准器溯源，供同行参考。

1 耐压校验仪的工作原理

耐压校验仪具备电压、电流、时间校准功能，部分还具有失真度和纹波校准功能。耐压校验仪的电压校准功能类似数字高压表，把耐电压测试仪的高、低端输出分别接入耐压校验仪高压端和低压端，通过内部分压后进行电压取样，可直接方便地校准耐电压测试仪的输出电压（图1）。同时，耐压校验仪内部具有计时功能，当电压达到计时阈值电压时（不同厂家阈值电压不同，一般在300～1 000 V），可同步校准时间参数。

图1 耐压校验仪校准耐电压测试仪原理

耐压校验仪的电压电流校准回路分别独立，电流校准回路内置标准电流表和负载电阻，通过耐电压测试仪输出电压（此电压有限定，超出限定会烧坏校验仪，需查看厂家说明书，一般工作电压要求不超过1 000 V）形成工作回路，同步显示电流值，实现电流校准。根据常规电流校准点，耐压校验仪分成多个可选电流档位，分别内置相应负载电阻（一般以输出电压500 V为准，对应电流校准点分别计算出内置负载电阻，如表1所示），并串联一个微调电位器进行细调，可以很方便地对常规电流校准点进行校准。在校准电流时，根据电流校准点选择合适的电流档位，慢慢调节耐电压测试仪的输出电压接近电流校准点，再通过微调电位器调节到需要校准的电流值。

表1 耐压校验仪内置电流档位配套电阻值

需要注意的是，有些耐压校验仪的电流回路端内部并未内置负载电阻，仅仅内置标准电流表，在校准耐电压测试仪时需要外接合适的负载电阻。

2 耐压校验仪电压参数的校准

耐压校验仪的电压功能类似数字高压表，其校准可采用高压分压器或者电压互感器作为标准器，两者接线方式基本相同。如图2所示，高压源输出分别接入耐压校验仪的高压端和标准器一次高压侧，标准器二次输出低电压可采用标准电压表测量。高压源要求交流畸变≤2%，直流纹波≤1%。采用分压器作为标准器时，在交直流工作模式下，分压器的准确度等级应至少高2级，标准电压表输入阻抗应和分压器的输出阻抗匹配。校准时，调节高压源输出到校准电压校准点，分别记录标准值和耐压校验仪示值，即实现耐压校验仪的电压校准。

图2 耐压检验仪电压校准原理

3 耐压校验仪电流参数的校准

通过前述已知，耐压校验仪电流有两种工作模式，一种是有内置负载电阻，一种无内置负载电阻。无内置负载电阻的耐压校验仪，就相当于一个标准电流表，可以用标准电流源很方便地进行校准，如图3（a）所示的方法。而对于有内置负载电阻的耐压校验仪，需要驱动能力足够的电流源才能采用标准电流源法进行校准。如果实验室无此条件，可采用标准电流表法，如图3（b）所示，通过外部电压源输出电压驱动回路，在回路中串接标准电流表，分别读取标准电流表和耐压校验仪的电流值，即可实现电流校准。

图3 耐压检验仪电流校准原理

4 耐压校验仪时间参数的校准

耐压校验仪的时间测试功能，一般通过内部预置计时器或者计时模块实现。外部输入电压经降压处理后形成低电压信号，当电压达到阈值电压（根据不同耐压校验仪阈值电压不同，一般在300～1 000 V）时驱动计时模块开始计时。因此，在校准耐压校验仪时，可外接电压驱动，标准器可采用毫秒仪、频率计或计时器，外部输入电压通过降压回路输入标准器。设定外部输入电压达到起始阈值电压，同步启动计时，切断外部电压时同时停止计时，分别记录耐压校验仪时间值和标准值，即可实现耐压校验仪的时间校准。

5 试验结果及分析

实验室对一台0.5级耐压校验仪进行校准，采用的标准器包括0.1级直流标准分压器和0.05级标准电压互感器、0.05级标准电流源以及测量误差5×10-6ms的毫秒仪等。通过试验，测得部分数据如表2～4所示，根据各参数试验结果，计算不确定度结果如表5所示。

表2 耐压校验仪电压校准结果

表3 耐压校验仪电流校准结果

表4 耐压校验仪时间校准结果

通过表2～4中测量结果数据可以看出，测量结果均满足误差小于±0.5%。根据RB/T 197-2015《检测和校准结果及与规范符合性的报告指南》4.1.4条款及CNAS-TRL-010：2019 《测量不确定度在符合性判定中的应用》5.1条款规定说明，在误差双侧容许区间范围内{[-T，+T]}，测量结果的扩展不确定度U与该区间的关系应当满足U≤T/3，此时可忽略不确定度的影响，直接根据测量结果判断示值误差是否合格。根据表5计算结果，测量结果的扩展不确定度均满足U≤T/3，计算结果可直接判断仪器是否合格。上述分析表明，本文所采取的方法可行，校准结果数据可靠。

表5 不确定度计算结果数据

6 结语

本文讨论了耐压校验仪的一种校准方法，所采取的标准器均可溯源至国家标准。实验证明，本实验室所采用的标准器以及校准方法均能满足耐压校验仪的校准要求，方法有效、数据可靠，可为同行对此类仪器进行校准提供参考。