鉗形電流表的計量研究

賈祎冬+王明敬

摘 要：鉗形電流表是一種手持式多功能測量儀表，主要應(yīng)用于電力、交通、電梯、能源等各個工業(yè)領(lǐng)域或科研部門的測量。為保證交、直流大電流測量的統(tǒng)一和準(zhǔn)確可靠，對鉗形電流表進行計量研究，具有非常明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。文章介紹了鉗形電流表的工作原理、測量方法，并給出示值誤差的測量結(jié)果不確定度評定實例。

關(guān)鍵詞：鉗形電流表；不確定度評定；計量

1主要工作原理

測量原理框圖如下，采用直接比較法校準(zhǔn)

（1）將被測導(dǎo)線置于鉗口幾何中心位置，調(diào)節(jié)電流源，使被校表的示值直接與標(biāo)準(zhǔn)電流的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，如圖1。

（2）將被測線圈置于鉗口幾何中心位置，調(diào)節(jié)電流源，使被校表的示值直接與標(biāo)準(zhǔn)電流同校驗線圈比率乘積的值相比較，如圖2。

2 不確定度評定示例

（1）測量依據(jù)：JJF1075-2001 《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》。

（2）計量標(biāo)準(zhǔn)：鉗形電流表校準(zhǔn)裝置 測量范圍：交直流電流（0～20）A，線圈50匝。

（3）被測對象：數(shù)字鉗形表 型號3288 HIOKI 量程100A/1000A。

（4）測量方法：對（0A～20A）電流采用直接比較法，調(diào)整被校鉗形表零位，將被測導(dǎo)線置于鉗口幾何中心位置，調(diào)節(jié)電流源到已選定的校準(zhǔn)點，交直流標(biāo)準(zhǔn)表9080A的示值為標(biāo)準(zhǔn)值，鉗形電流表的示值為顯示值；對20A以上電流采用等安匝法，將鉗形電流表夾住50安匝線圈，而后在線圈中通入電流，通過讀取交直流標(biāo)準(zhǔn)表的電流值乘以線圈50倍匝數(shù)得到標(biāo)準(zhǔn)電流值，用被測表顯示值減去標(biāo)準(zhǔn)值為鉗形電流表的示值誤差。

（5）數(shù)學(xué)模型

式中：ΔI-被測電流表示值誤差；Ix-被測電流表示值；IN-交直流標(biāo)準(zhǔn)表直流電流讀數(shù)乘以50倍安匝數(shù)。

（6）輸入量Ix的不確定度分量的評定

a.被校交流電流重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Ix1）

用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定，以交流100A量程20A點和1000A量程950A點為例，分別采用直接比較法和等安匝法。

校準(zhǔn)20A點時，交流電源輸出20A，鉗形電流表讀取測量值，連續(xù)測量10次，得到測量列20.1A、20.2A、20.1A、20.2A、20.1A、20.1A、20.1A、20.1A、20.2A、20.1A。根據(jù)貝塞爾公式

S=

計算得：S≈0.0483A；A類不確定度分量為：u（Ix1）=S/≈0.015A

校準(zhǔn)950A點時，交流電源輸出19A電流到50倍線圈，鉗形電流表讀取測量值，連續(xù)測量10次，得到測量列958A、956A、956A、957A、958A、958A、956A、957A、956A、958A。計算同上得：S≈0.943A

A類不確定度分量為：u（Ix1）=S/≈0.298A

b.由被校鉗形電流表分辨率引起的不確定度u（Ix2）

鉗形電流表在100A量程的分辨率為0.1A， （均勻分布，包含因子k=）

u（Ix2）=0.1/2=0.029A

鉗形電流表在1000A量程的分辨率為1A， （均勻分布，包含因子k=）

u（Ix2）=1/2=0.289A

以上兩項互不相關(guān)，合成得：

u2（IX）=u2（IX1）+u2（IX2）

校準(zhǔn)20A點：u（Ix2）=A≈0.033A；

校準(zhǔn)950A點：u（Ix2）=A≈0.415A。

c.由標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的B類不確定度分量u（IN）

由標(biāo)準(zhǔn)表9080A引入的不確定度分量u（IN1）：

由標(biāo)準(zhǔn)表說明書給出的準(zhǔn)確度等級為0.02級，對20A、950A點測量時的不確定度分量（均勻分布，包含因子k=）：

校準(zhǔn)20A點：u（IN）=0.02%×20/=0.0023A；

校準(zhǔn)950A點：u（IN）=0.02%×950/=0.1097A.＼。

由50匝線圈引入的B類不確定度分量u（IN2）：

校準(zhǔn)20A時，沒有引入線圈，所以只在大于20A電流時引入這項不確定度。查技術(shù)說明書線圈最大允許誤差±（0.25%×輸出值+0.05A），對輸出950A電流時（均勻分布，包含因子k=）不確定度為：

u（IN2）=（0.25%×950+0.05）/=1.400A。

以上兩項互不相關(guān)，合成得：

u2（IN）=u2（IN1）+u2（IN2）

被標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：950A點：

u（IN）=A≈1.404A。

（7）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算

輸入量IX與IN彼此獨立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到。

20A：uc=≈0.033A；

950A：uc=≈1.464A。

（8）擴展不確定度的計算

包含因子k=2時的擴展不確定度為：

20A：U=uc×k=0.066A；50A：U=uc×k=2.928A。

（9）相對擴展不確定度

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

（10）根據(jù)JJF1075-2001 《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》的規(guī)定，常規(guī)校準(zhǔn)應(yīng)對該交流電流表基本量程下限至上限均勻選取5個校準(zhǔn)點，其余量限只校準(zhǔn)滿量程的95%。

其測量不確定度見表1。

參考文獻

[1]JJF1059.1-2012.測量不確定度評定與表示[Z].