電火花檢漏儀的校準

單 瑩，宋 明，李道民，高至尚

（1.山東省計量科學研究院，山東 濟南 250014；2.山東省城建設計院，山東 濟南 250001）

0 引 言

電火花檢漏儀也叫涂層檢測儀、防腐層檢漏儀，為高壓儀器，是用于檢測金屬防腐涂層質(zhì)量的專用儀器，可以對不同厚度的搪玻璃、玻璃鋼、環(huán)氧煤瀝青和橡膠襯里等涂層進行質(zhì)量檢測[1]。該儀器使用很簡單，一頭接地，另一頭是探頭，探頭形式有碳刷型、圓圈彈簧型、平板橡膠型。儀器通過高壓探頭輸出脈沖或持續(xù)的直流高電壓，當防腐層有質(zhì)量問題時，如出現(xiàn)針孔、氣泡、裂隙和裂紋等，儀器會發(fā)出明亮的電火花，同時聲光報警。此類儀器廣泛應用于化工、石油、橡膠、搪瓷等行業(yè)，是檢測金屬防腐涂層質(zhì)量的必備工具。電火花檢漏儀輸出電壓高（有的可高達30 kV），對被試樣品及操作人員都有非常高的要求，因此要保證其計量特性及安全性能的準確可靠。

1 概 述

目前國內(nèi)使用的電火花檢漏儀根據(jù)其輸出電壓持續(xù)性的差異，通常可以分為脈沖式和持續(xù)輸出式。脈沖式電火花檢漏儀是通過對各種導電基體防腐層表面加一定量的脈沖高壓，如因防腐層過薄，漏金屬或有漏氣針孔，當脈沖高壓經(jīng)過時，就形成氣隙擊穿而產(chǎn)生火花放電，同時給報警電路送去一脈沖信號，使報警器發(fā)出聲音報警，從而達到對防腐層檢測之目的。持續(xù)輸出式電火花檢漏儀的輸出電壓則為持續(xù)的直流信號。脈沖式電火花檢漏儀與持續(xù)輸出式電火花檢漏儀相比，減少了對防腐層的火花沖擊破壞，增加了漏點記憶功能，大大提高了操作人員的工作效率。

根據(jù)試品的不同，電火花檢漏儀可以連續(xù)調(diào)節(jié)電壓范圍為0.5～30 kV[2]。例如，根據(jù)SYT 0420-1997《埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐層技術標準》中5.1.6條要求[3]，防腐涂層的連續(xù)完整性檢查應按照《管道防腐層檢漏試驗方法》的規(guī)定，采用高壓電火花檢漏儀對防腐管逐根進行檢查。其規(guī)定的檢漏電壓最高為20kV。

國內(nèi)尚沒有出臺任何關于電火花檢漏儀的檢定規(guī)程或校準規(guī)范。為保證電火花檢漏儀量值的準確可靠，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的資料和多年的實踐經(jīng)驗，總結出一套切實可行的電火花檢漏儀主要參數(shù)的校準方案，供大家參考。

2 校準前的準備

校準電火花檢漏儀所用的標準器及配套設備等必須事先進行校準。校準人員應取得相應的培訓和上崗證，在校準時應佩帶絕緣手套，按國家有關安全操作規(guī)定進行；校準場所應配備絕緣橡膠墊，并保證有隔離措施使與校準無關的人員保持在有效安全距離以外。

3 校準方法

電火花檢漏儀的校準項目包括輸出峰值電壓或輸出電壓值、上升時間、持續(xù)時間、頻率等。

3.1 輸出峰值電壓或輸出電壓

電火花檢漏儀通常由主機、高壓探棒、探極3大部分組成。主機內(nèi)裝有集成控制電路、聲音報警裝置等，高壓探棒內(nèi)裝有高壓發(fā)生器及光報警裝置，探極為銅刷探極。

校準脈沖式電火花檢漏儀的輸出峰值電壓可用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭進行[4]。校準直流持續(xù)輸出的電火花檢漏儀的輸出電壓可用數(shù)字高壓表進行。

采用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭進行校準時，調(diào)整數(shù)字示波器的垂直和水平量程，打開電火花檢漏儀高壓探棒的開關，調(diào)節(jié)主機，使其達到需要的被校準電壓值，記錄下數(shù)字示波器的最大電壓。線路如圖1所示。

采用數(shù)字高壓表進行校準時，打開電火花檢漏儀高壓探棒的開關，調(diào)節(jié)主機，使其達到需要的被校準電壓值，記錄下數(shù)字高壓表的顯示值。線路圖如圖2所示。

電火花檢漏儀輸出峰值電壓（輸出電壓）示值誤差用式（1）表示：

式中：δU——輸出峰值電壓（輸出電壓）相對誤差，%；

Ux——輸出峰值電壓（輸出電壓）示值，kV；

Un——檢定裝置讀數(shù)值，kV。

3.2 上升時間、持續(xù)時間和頻率

校準脈沖式電火花檢漏儀的上升時間[5]、持續(xù)時間和頻率可用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭進行，線路可參照圖1。上升時間、持續(xù)時間參照IEC 60469-1定義。上升時間為脈沖瞬時值首次從給定下限值上升到給定上限值所經(jīng)歷的時間（其中下限值和上限值分別定為脈沖幅值的10%和90%）。如圖3所示，在波形上取幅值為峰值電壓10%和90%的A、B兩點，此兩點的時間間隔定義為上升時間Tx。

持續(xù)時間為規(guī)定的波形或特征存在或持續(xù)的間隔絕對值。如圖4所示，輸出波形的波尾部分無振蕩，按50%峰值的幅度在波尾部分的波形上取M點，即確定為持續(xù)時間T2。

脈沖式電火花檢漏儀上升時間、持續(xù)時間和頻率示值誤差用式（2）表示：

式中：δT——上升時間（持續(xù)時間或頻率）相對誤差，%；

Tx——上升時間（持續(xù)時間或頻率）示值，μs；

Tn——檢定裝置讀數(shù)值，μs。

4 對標準器的要求

圖1 脈沖式電火花檢漏儀輸出峰值電壓測量線路

圖2 持續(xù)輸出式電火花檢漏儀輸出電壓測量線路

圖3 輸出峰值電壓波形1

校準脈沖式電火花檢漏儀選用的數(shù)字示波器的響應時間應小于10 ns，輸入阻抗不小于1MΩ和不大于50pF。分壓器應選用方波響應時間不超過50ns，且阻值為5～20kΩ的純電阻分壓器。

圖4 輸出峰值電壓波形2

圖5 HJ-3電火花檢漏儀單一輸出電壓波形

圖6 HJ-3電火花檢漏儀多脈沖輸出電壓波形

校準持續(xù)輸出式電火花檢漏儀應選用高阻抗的數(shù)字高壓表，測試范圍為0.5～30 kV，最大允許誤差優(yōu)于±1%。

5 標準器使用注意事項

校準持續(xù)輸出式電火花檢漏儀的數(shù)字高壓表常用于高壓發(fā)生器的校準中，使用注意事項可以參照，在此不再贅述。

在使用數(shù)字示波器和高壓衰減探頭對脈沖式電火花檢漏儀進行校準時，應正確操作示波器，提高校準準確度，降低因操作引入的系統(tǒng)誤差。

5.1 示波器的使用

示波器使用不當容易損壞或影響使用壽命[6]。根據(jù)輸入通道的選擇，將示波器探頭插到相應通道插座上。示波器為非平衡式儀表，示波器探頭上的黑夾子應與被測電路的地連接在一起，并且接線時先接黑夾子后接探頭，拆線時相反。示波器探頭連接被測電火花檢漏儀的高壓輸出。選擇“直流”耦合方式，以便觀測信號的絕對電壓值。為保證波形穩(wěn)定顯示，在正確選擇了觸發(fā)源的前提下，還應注意調(diào)節(jié)觸發(fā)電平旋鈕（LEVEL）。示波器顯示波形時，水平方向一般應調(diào)到能夠清晰地顯示一個周期，垂直方向則應調(diào)到波形的高度占到滿屏的2/3或一半以上。在觀察過程中，應避免經(jīng)常啟閉電源。電源電壓應限制在220（1±10%）V的范圍內(nèi)才能使用。此外，操作面板上各旋鈕動作要輕。當旋到極限位置時，只能往回旋轉，不能硬扳。

5.2 探頭的使用

由于脈沖式電火花檢漏儀的輸出電壓較高，通常使用高倍率的高壓衰減探頭。探頭在使用之前應該先對其阻抗匹配部分進行調(diào)節(jié)。通常在探頭靠近示波器一端有一個可調(diào)電容，有一些探頭在靠近探針一端也具有可調(diào)電容，它們用來調(diào)節(jié)示波器探頭的阻抗匹配。如果阻抗不匹配的話，測量到的波形將會變形。探頭上的接地線要可靠并與被測電火花檢漏儀的地相連。

P6015A是一種高壓探頭，衰減比為1000∶1，它由高壓探頭和補償盒兩部分組成，探頭、補償盒和連接導線采用了等電位屏蔽技術，具有線性好、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定等特點。與示波器（阻抗必須設置為1MΩ，P6015A電路設計要求）配套使用，可以測量交直流電壓、脈沖峰值電壓[7]。

圖5、圖6是使用DPO7254型數(shù)字示波器和P6015A高壓衰減探頭對HJ-3型電火花檢漏儀校準時采集的波形。

6 結束語

對電火花檢漏儀的校準是保證金屬防腐涂層產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠的一項重要工作。提出校準項目、校準方法、對標準器的要求及應注意的問題，不僅對今后校準電火花檢漏儀有著積極的指導作用，填補了國內(nèi)此類設備校準的空白，還將會給電火花檢漏儀生產(chǎn)廠家及計量檢定人員起到意識上的推進作用，并將使電火花檢漏儀的產(chǎn)品質(zhì)量得到進一步的提升，最終為化工、石油、橡膠、搪瓷等行業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護航。

[1]萬者堅，孫珍同.涂層針孔缺陷的檢漏原理及方法[J].腐蝕與防護，1999（8）：369-370.

[2]王鐵漢.SP-1型低壓涂層針孔檢漏儀[J].機車車輛工藝，1989（5）：35-36.

[3]SYT 0420—1997埋地鋼質(zhì)管道石油瀝青防腐層技術標準[S].北京：石油工業(yè)出版社，1998.

[4]曾仲夷.匝間絕緣耐壓試驗儀的校準方法的分析[J].科技信息，2011（8）：I0327-I0330.

[5]IEC 60469-1-1987 Pulse techniques and apparatus.Part 1：Pulse terms and definitions[S].BSI，1989.

[6]李保文.示波器使用中應注意的問題[J].計量與測試技術，2006（9）：27-29.

[7]劉紅煜，魏亞利，陳耀明.用P6015A探頭校準電浪涌發(fā)生器開路輸出電壓[J].現(xiàn)代電子技術，2008（23）：142-143.