示波器在耐電壓測(cè)試儀時(shí)間參量校準(zhǔn)中的應(yīng)用

陳永順

無(wú)錫精緯計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司 江蘇無(wú)錫 214135

耐電壓測(cè)試儀是測(cè)量耐電壓強(qiáng)度的儀器，它可以直觀、準(zhǔn)確、快速、可靠地測(cè)試各種被測(cè)對(duì)象的擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標(biāo)，并可以作為支流高壓源用來(lái)測(cè)試元器件和整機(jī)性能。因此，耐電壓測(cè)試儀性能的好壞直接涉及到產(chǎn)品在使用中的安全與否[1]。而耐電壓測(cè)試儀輸出電壓的保持時(shí)間是保證耐電壓測(cè)試儀能否在足夠時(shí)間的前提下發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品隱形隱患的重要一環(huán)。其中，電子元器件的耐壓測(cè)試有耐壓保持時(shí)間短的特點(diǎn)，比如0.5s、1s。然而市面上大多數(shù)校準(zhǔn)時(shí)間參數(shù)用到的標(biāo)準(zhǔn)器為電子秒表，因人員操作帶來(lái)的為主要誤差，在較短的保持時(shí)間的測(cè)量中人員操作帶來(lái)的誤差占比大，不能正確表征耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的真實(shí)誤差，因此需要一款精度高的時(shí)間參數(shù)校準(zhǔn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)耐電壓測(cè)試儀更為準(zhǔn)確的時(shí)間參量性能[2-3]。

1 檢定規(guī)程中對(duì)耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的定義及計(jì)量步驟

JJG 795-2016《耐電壓測(cè)試儀檢定規(guī)程》中耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的定義為“耐電壓測(cè)試儀輸出電壓在穩(wěn)定階段所經(jīng)歷的時(shí)間，不包括電壓上升和下降的時(shí)間”。

計(jì)量步驟如下：將耐電壓測(cè)試儀時(shí)間控制置于定時(shí)方式。調(diào)整輸出電壓至0.1Un，但不能低于500V。按下輸出“啟動(dòng)”鍵，當(dāng)耐電壓測(cè)試儀輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)自動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)器，當(dāng)發(fā)出切斷信號(hào)時(shí)，自動(dòng)終止計(jì)時(shí)。重復(fù)測(cè)量?jī)纱?，兩次測(cè)量結(jié)果的平均值即為電壓持續(xù)（保持）時(shí)間實(shí)際值。

2 用示波器校準(zhǔn)耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間

將耐電壓測(cè)試儀的電壓和時(shí)間設(shè)置好后（設(shè)置為電壓500V，時(shí)間1s），連接示波器和高壓衰減棒（衰減棒選擇寬帶寬，上升時(shí)間短，筆者用的Tektronix P6015A，帶寬70MHz，上升時(shí)間4ns），實(shí)物連接圖如圖1所示。

示波器設(shè)置為單次觸發(fā)模式，探頭設(shè)置為1000:1，當(dāng)耐電壓測(cè)試儀電壓到達(dá)觸發(fā)電壓時(shí)立即捕捉信號(hào)。按照規(guī)程中保持時(shí)間的定義調(diào)出測(cè)量圖標(biāo)，測(cè)得其保持時(shí)間為712ms。波形圖如圖2所示。

圖2 波形圖

為驗(yàn)證其數(shù)據(jù)的可靠性，筆者分別用電子秒表和耐電壓測(cè)試儀檢定裝置中的時(shí)間測(cè)量功能進(jìn)行驗(yàn)證。電子秒表和耐電壓測(cè)試儀檢定裝置測(cè)得時(shí)間分別為0.812s和0.72s。

3 耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的不確定度評(píng)估

3.1 概述

①評(píng)定依據(jù)：JJG795-2016《耐電壓測(cè)試儀檢定規(guī)程》

②環(huán)境條件：溫度（20±5）℃，相對(duì)濕度（60±15）%RH

③測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)字示波器MDO4014+高壓探棒P6015A

④被測(cè)對(duì)象：耐電壓測(cè)試儀RK2670A

⑤測(cè)量方法：將耐電壓測(cè)試儀時(shí)間控制置于定時(shí)方式。調(diào)整輸出電壓至0.1Un，但不能低于500V。輸出端和示波器用衰減棒進(jìn)行連接。按下輸出“啟動(dòng)”鍵，當(dāng)耐電壓測(cè)試儀輸出電壓斷開(kāi)，從示波器中讀取保持時(shí)間的測(cè)量值。

3.2 數(shù)學(xué)模型

設(shè)xx為被測(cè)耐電壓測(cè)試儀的設(shè)定值，xN為示波器的顯示值，由使用說(shuō)明書(shū)可知，對(duì)于耐電壓測(cè)試儀和示波器，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，溫度、濕度、輸入阻抗等帶來(lái)的影響可忽略不計(jì)，因此可得：

式中：△x———儀器示值誤差，s；

xx———被測(cè)儀器示值，s；

xN———示波器顯示值，s。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

3.3.1 示波器測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

在規(guī)定的相同條件下，用示波器對(duì)耐電壓測(cè)試儀測(cè)量點(diǎn)1s重復(fù)測(cè)量10次，獲得測(cè)量值如下表1所示。

表1 測(cè)量值

3.3.2 示波器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

示波器在1s點(diǎn)顯示值的分辨力為1ms，按照B類評(píng)定，假設(shè)服從均勻分布，包含因子k=，則由示波器分辨力引入的不確定度分量為：u2=0.5ms/=0.29ms。

3.3.3 示波器允差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

示波器經(jīng)上級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)溯源合格，在1s點(diǎn)測(cè)量時(shí)應(yīng)用的時(shí)基為100ms/div，經(jīng)查其說(shuō)明書(shū)可知，在此時(shí)基下，示波器精度為0.2級(jí)，即示波器在1s點(diǎn)的最大允許誤差為e=±（100×0.2%）ms=0.2ms，其半寬度為0.2ms，按照B類評(píng)定，在區(qū)間內(nèi)認(rèn)為服從均勻分布，包含因子k=，則由示波器允差引入的不確定度分量為：u3=0.2ms/=0.12ms。

3.3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

不確定度分量的匯總見(jiàn)表2，靈敏度系數(shù)由公式（1）計(jì)算得到。

表2 不確定度分量匯總

由于分量u1，u2，u3彼此獨(dú)立互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uc==2.0ms

3.3.5 擴(kuò)展不確定度

U=k×uc，取k=2，由此得到耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間1s校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=2×2.0ms=4.0ms換算至相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：Urel=0.4%。

4 結(jié)語(yǔ)

耐電壓測(cè)試儀的保持時(shí)間在安規(guī)測(cè)試中同樣有著重要的地位，對(duì)于較短的耐壓保持時(shí)間情況下，用示波器+衰減棒的方法可以獲得更高的準(zhǔn)確度數(shù)值，更小的不確定度，對(duì)于安規(guī)工藝來(lái)說(shuō)，能獲得更可靠的分析結(jié)果。此文是筆者根據(jù)多年計(jì)量經(jīng)驗(yàn)探索出的耐電壓測(cè)試儀保持時(shí)間的另一種校準(zhǔn)方法，經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，得到大多數(shù)客戶的認(rèn)可。