5520A型多功能校準器交流電流的溯源

張露妍 趙品彰 李林 / 江蘇省計量科學(xué)研究院

5520A型多功能校準器交流電流的溯源

張露妍 趙品彰 李林 / 江蘇省計量科學(xué)研究院

探討了FLUKE公司5520A型多功能校準器交流電流的溯源問題，介紹了兩種不同的校準方法，即用高準確度數(shù)字多用表直接校準和使用A40B型交流分流器配合高準確度數(shù)字多用表進行校準。簡單評定了兩種校準方法對交流電流校準結(jié)果的不確定度，通過對比得到解決5520A型多功能校準器交流電流溯源的解決方案。對一個交流電流校準點的校準結(jié)果不確定度評定結(jié)果表明，所提出的解決方案能夠滿足5520A型多功能校準器交流電流的溯源要求。

5520A型多功能校準器；交流電流；溯源；不確定度評定

0 引言

隨著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，計量被越來越多的企事業(yè)單位所重視。在各電子產(chǎn)品校準實驗室中，多功能校準器起到了至關(guān)重要的作用，其中FLUKE公司生產(chǎn)的55XX型多功能校準器更是被廣泛應(yīng)用于低頻交直流電壓、電流以及電阻的校準工作。多功能校準器的溯源問題一直被計量人員所關(guān)注，尤其是交流電流的溯源一直以來都是困擾計量人員的一個難題。本文主要探討FLUKE公司5520A型多功能校準器交流電流的溯源問題，并比較兩種校準方法之間的差異。

1 校準方法

1.1 FLUKE公司5520A型多功能校準器交流電流技術(shù)指標

由FLUKE公司生產(chǎn)的5520A型多功能校準器，其交流電流技術(shù)指標如表1所示。

表1 5520A型多功能校準器交流電流技術(shù)指標

1.2 使用高準確度數(shù)字多用表直接校準

使用FLUKE公司的8508A型8位半數(shù)字多用表，對校準器交流電流進行直接測量。在FLUKE公司提供的技術(shù)說明書中，8508A型數(shù)字多用表交流電流的技術(shù)指標如表2所示。

表2 8508A型數(shù)字多用表交流電流技術(shù)指標

利用高準確度數(shù)字多用表的電流測量功能進行直接測量，方法簡單，是一般電流源的常規(guī)校準方法。數(shù)字多用表的電流測量一般采用內(nèi)置分流器。被測電流流過內(nèi)置分流器，通過監(jiān)測分流器兩端電壓即可測得輸入電流。而一般數(shù)字多用表體積有限，內(nèi)置分流器一般都做得比較小，一是準確度不高，二是空間有限，散熱效果比較差，溫度系數(shù)比較大。因此采用數(shù)字多用表測量電流的準確度都不是很高。

由表1和表2可得到直接用8508A型數(shù)字多用表的交流電流功能測量5520A型多功能校準器交流電流的TUR比率，如表3所示。

表3 8508A型數(shù)字多用表直接測量5520A型多功能校準器交流電流的TUR比率

由表3所示的TUR比率可以看出，8508A型數(shù)字多用表對交流電流的測量不確定度不能滿足小于5520A型多功能校準器交流電流測量不確定度1/3的要求。

1.3 使用交流分流器和高準確度數(shù)字多用表校準

A40B 系列精密分流器有14個低電感同軸分流器，電流量程額定值從1 mA到100 A，用于在實驗室測量交直流電流和校準交直流電流轉(zhuǎn)換測量裝置。整個裝置包括四個封閉的小尺寸分流器：1 mA，10 mA，20 mA，50 mA；五個小尺寸同軸分流器100 mA，200 mA，500 mA，1 A，2 A；三個中等尺寸的分流器：5 A，10 A，20 A；兩個大尺寸的分流器：50 A和100 A。根據(jù)校準點選擇1 mA，10 mA，50 mA，500 mA，5 A，10 A和20 A這七個分流器。多功能校準器交流電流通過分流器得到交流電壓，通過數(shù)字多用表直接測得電壓值。因此標準器測量結(jié)果的不確定度由分流器和數(shù)字多用表兩者引入的不確定度合成得到，如表4所示。

由表1和表4可得到用A40B型分流器和8508A型數(shù)字多用表測量5520A型多功能校準器交流電流的TUR比率，如表5所示。

表4 A40B型分流器與8508A型數(shù)字多用表合成不確定度

表5 A40B型分流器和8508A型數(shù)字多用表測量5520A型多功能校準器交流電流TUR比率

由表5所示的TUR比率可以看出，使用A40B型分流器和8508A型數(shù)字多用表配合測量，交流電流的測量不確定度完全可以滿足小于5520A型多功能校準器交流電流測量不確定度1/3的要求，測量結(jié)果的不確定度大大降低，實現(xiàn)了可靠的校準。

2 校準結(jié)果的不確定度評定（30mA，1kHz校準點）

2.1 測量方法

使用A40B分流器和8508A型數(shù)字多用表測量5520A型多功能校準器的交流電流。交流電流通過A40B分流器產(chǎn)生的交流電壓輸入到8508A型數(shù)字多用表，即可測得被測多功能校準器的交流電流值Ix。

2.2 測量模型

式中：Ix—— 被測多功能校準器的交流電流值；

Um—— 數(shù)字多用表的測量值；

R—— A40B的阻值；

ΔI—— 被測交流電流值與標準值的絕對誤差

各輸入量Um、R、ΔI彼此獨立，互不相關(guān)，所以合成標準不確定度uc的平方為

所以，被測多功能校準器交流電流值的不確定度來源有：

1）8508A型數(shù)字多用表引入的不確定度分量u(Um)；

2）A40B型分流器引入的不確定度分量u(R)；

3）測量重復(fù)性引入的不確定度分量u(ΔI)

2.3 輸入量估計值的相對標準不確定度評定

2.3.1Um的相對標準不確定度urel(Um)

Um的不確定度主要來源于數(shù)字多用表的示值誤差。FLUKE公司給出的8508A型數(shù)字多用表交流電壓1 a的最大允許誤差±（65×10-6Reading + 10×10-6Range），采用B類方法進行評定，可認為是均勻分布，。則

2.3.2R的相對標準不確定度urel(R)

R的不確定度主要來源于分流器的示值誤差。FLUKE公司給出的A40B型分流器1 a的最大允許誤差為±23×10-6，采用B類方法進行評定，可認為是均勻分布，。則

2.3.3 ΔI的相對標準不確定度urel(ΔI)

ΔI的不確定度主要來源于測量重復(fù)性，采用A類方法進行評定。對30 mA，1 kHz校準點進行6次測量，實際交流電流測量值如表6所示。

表6 使用A40B和8508A測量交流電壓6次

單次測量的實驗標準偏差為

算術(shù)平均值的實驗標準偏差為

2.4 相對標準不確定度分量一覽表

表7 相對不確定度分量一覽表

2.5 計算合成標準不確定度

以上各分量相互獨立，故合成標準不確定度ucrel為

2.6 確定擴展不確定度

取包含因子k= 2，于是擴展不確定度為

2.7 使用數(shù)字多用表直接測量的測量結(jié)果不確定度評定

使用8508A型數(shù)字多用表直接測量5520A型多功能校準器30 mA，1 kHz校準點，測量結(jié)果的擴展不確定度（評定步驟參照2.1～2.6）為

3 結(jié)語

綜上所述，使用8508A型數(shù)字多用表的交流電流功能對5520A型多功能校準器的交流電流進行直接測量，由于TUR比率不能達到3倍以上關(guān)系，因此測量結(jié)果的不確定度較大。而采用A40B型分流器和8508A型數(shù)字多用表配合對5520A型多功能校準器的交流電流進行校準，TUR比率完全滿足3倍以上關(guān)系，因此，此方法能夠?qū)?520A型多功能校準器的交流電流進行校準，且測量結(jié)果的不確定度大大降低。

[1]全國法制計量管理計量技術(shù)委員會.JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，2012.

[2]中國航天工業(yè)總公司七0八所.JJG（航天）51-1999交流標準電流源檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，1999.

[3]倪育才.實用測量不確定度評定,4版[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2014.

[4]王艷,維付璇.數(shù)字多用表標準裝置8508A測量不確定度的評定[J].電子測試，2015（2）：29-31.

[5]戴偉.利用真有效值交流電壓表和A40分流器測量交流電流[J].實用測試技術(shù)，2000（4）：16-17.

AC current traceability of 5520A multifunction calibrator

Zhang Luyan，Zhao Pinzhang，Li Lin
（Jiangsu Institute of Metrology）

The AC current traceability of 5520A multifunction calibrator manufactured by FLUKE company is discussed in the paper.Two different calibration methods are introduced, i.e.using a high precision digital multimeter only for direct calibration, and using A40B AC current shunt with a high precision digital multimeter for calibration.The uncertainties of AC current calibration results obtained by the two calibration methods are simply evaluated.By comparing the calibration uncertainties, a solution to AC current traceability of 5520A multifunction calibrator is presented.The uncertainty evaluation results of the calibration data acquired at a AC current calibration point show that the solution could meet the AC current traceability requirement of 5520A multifunction calibrator.

5520A multifunction calibrator; AC current; traceability;uncertainty evaluation