電學(xué)計(jì)量中多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法

賈維海

（遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006）

隨著智能電網(wǎng)和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)電學(xué)計(jì)量的準(zhǔn)確度和可靠性提出了更高要求。國(guó)家重視電學(xué)計(jì)量在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用，出臺(tái)了一系列政策法規(guī)，規(guī)范電能計(jì)量裝置的管理。在此背景下，多功能校準(zhǔn)器作為電學(xué)計(jì)量的核心設(shè)備，在高校電子、機(jī)械和自動(dòng)化等涉電專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也會(huì)使用與校準(zhǔn)器相關(guān)的設(shè)備，其校準(zhǔn)和維護(hù)顯得尤為重要。文章將從多功能校準(zhǔn)器的基本原理入手，詳細(xì)介紹其校準(zhǔn)方法和日常維護(hù)，以期為相關(guān)教學(xué)管理人員或從業(yè)者提供參考。

1 多功能校準(zhǔn)器的基本原理

多功能校準(zhǔn)器是電學(xué)計(jì)量領(lǐng)域中一種功能強(qiáng)大、精度高的關(guān)鍵設(shè)備。它集多種電學(xué)量校準(zhǔn)功能于一體，可對(duì)直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻、頻率和相位等進(jìn)行高精度校準(zhǔn)。多功能校準(zhǔn)器的核心部件包括基準(zhǔn)源、比較器、控制器和輸出電路等。其中，基準(zhǔn)源是產(chǎn)生高穩(wěn)定度電學(xué)量的關(guān)鍵，通常采用精密的基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電阻等，經(jīng)過嚴(yán)格篩選和校準(zhǔn)，確保其輸出的電學(xué)量長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。比較器則用于將被校準(zhǔn)儀器的輸出與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較，采用高分辨率A/D 轉(zhuǎn)換器，能夠精確測(cè)量?jī)烧咧g的偏差?？刂破髫?fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部件工作，根據(jù)預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)程序，自動(dòng)完成校準(zhǔn)過程并記錄數(shù)據(jù)。輸出電路則將校準(zhǔn)后的電學(xué)量準(zhǔn)確輸出，同時(shí)具有過載保護(hù)功能。多功能校準(zhǔn)器憑借其全面的校準(zhǔn)功能和優(yōu)異的計(jì)量性能，在電力、電子、通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)及工程技術(shù)人員通過使用多功能校準(zhǔn)器對(duì)各類電學(xué)計(jì)量?jī)x器進(jìn)行定期校準(zhǔn)，不僅可以確保計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，而且有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器的性能退化，為檢修和更換提供依據(jù)，從而有效提高電學(xué)計(jì)量的整體水平，為教學(xué)和科研提供可靠保障。

2 多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)方法

2.1 校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)工作需要嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致地準(zhǔn)備，才能確保校準(zhǔn)過程的順利進(jìn)行和校準(zhǔn)結(jié)果的高度可靠。首先，校準(zhǔn)環(huán)境要求嚴(yán)格，實(shí)驗(yàn)室需保持清潔整潔，溫度和濕度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，避免灰塵、振動(dòng)和電磁干擾等因素影響校準(zhǔn)結(jié)果。其次，要對(duì)多功能校準(zhǔn)器及其配套設(shè)備進(jìn)行全面檢查，確保其處于最佳工作狀態(tài)。通過目視檢查和試運(yùn)行，排除儀器的機(jī)械故障和電氣故障，檢查各項(xiàng)指標(biāo)是否符合出廠標(biāo)準(zhǔn)。還要仔細(xì)檢查信號(hào)線纜和接口的連接是否牢固，接觸是否良好，避免因接觸不良導(dǎo)致信號(hào)失真或中斷。最后，選擇合適的接線方式也至關(guān)重要。根據(jù)待校準(zhǔn)的電學(xué)量類型和范圍，合理設(shè)計(jì)接線方案，確保信號(hào)傳輸?shù)耐暾院蜏?zhǔn)確性。對(duì)于不同的校準(zhǔn)項(xiàng)目，可能需要采用不同的接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如串聯(lián)、并聯(lián)、四線制等。工程技術(shù)人員要根據(jù)具體情況，選擇最優(yōu)的接線方式，盡可能減少接線引入的附加誤差。同時(shí)，要注意接線的絕緣性能和屏蔽措施，避免信號(hào)泄漏和受外界干擾。

2.2 校準(zhǔn)項(xiàng)目和方法

2.2.1 直流電壓校準(zhǔn)

直流電壓校準(zhǔn)是多功能校準(zhǔn)器的基本功能之一。校準(zhǔn)過程中，首先要選擇合適的校準(zhǔn)點(diǎn)，覆蓋被校準(zhǔn)儀器的量程范圍。根據(jù)直流電壓的大小，可分為高壓和低壓兩種情況。對(duì)于低壓校準(zhǔn)，通常采用電壓比較法，即將多功能校準(zhǔn)器的輸出電壓與被校準(zhǔn)儀器的示值進(jìn)行比較，記錄誤差并判定是否合格。對(duì)于高壓校準(zhǔn)，則需要使用高壓分壓器，將高壓轉(zhuǎn)換為低壓后再進(jìn)行比較。無論高壓還是低壓，都要注意連接線的絕緣性能和接觸可靠性，避免因泄漏或接觸電阻引入誤差。在校準(zhǔn)過程中，要嚴(yán)格按照規(guī)定的步驟進(jìn)行（如：預(yù)熱、調(diào)零、讀數(shù)等），確保測(cè)量結(jié)果的可重復(fù)性。必要時(shí)還需要考慮環(huán)境溫度和濕度等因素的影響，修正測(cè)量結(jié)果?？傊?，通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男?zhǔn)，可以進(jìn)一步提高評(píng)估直流電壓測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確計(jì)量性能，提供可靠的計(jì)量保障

2.2.2 交流電壓校準(zhǔn)

交流電壓校準(zhǔn)是評(píng)估交流電壓測(cè)量設(shè)備準(zhǔn)確性的重要手段。與直流電壓校準(zhǔn)不同，交流電壓校準(zhǔn)需要考慮電壓的幅值和頻率特性。因此，在選擇校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，既要覆蓋被校準(zhǔn)儀器的電壓量程，又要覆蓋其頻率范圍。常用的校準(zhǔn)方法有電壓比較法和熱電轉(zhuǎn)換法，電壓比較法是將多功能校準(zhǔn)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)交流電壓與被校準(zhǔn)儀器的示值進(jìn)行比較，根據(jù)計(jì)算誤差判定被校準(zhǔn)儀器是否合格可靠。熱電轉(zhuǎn)換法則是利用熱電轉(zhuǎn)換器將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，再與直流標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行比較。無論采用哪種方法，都要注意信號(hào)的畸變度和穩(wěn)定性，避免由于波形失真或幅值波動(dòng)引入誤差。此外，外界干擾和泄漏電流也會(huì)影響校準(zhǔn)結(jié)果，需要注意連接線屏蔽和絕緣性能的選用參數(shù)。交流電壓校準(zhǔn)對(duì)設(shè)備和操作人員的要求較高，需要嚴(yán)格遵循操作規(guī)程，細(xì)致分析誤差來源，從而確保校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.2.3 直流電流校準(zhǔn)

直流電流校準(zhǔn)對(duì)于確保電流測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。多功能校準(zhǔn)器憑借其優(yōu)異的電流輸出性能，可對(duì)各種電流表、電流互感器等進(jìn)行高精度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前，要根據(jù)被校表的量程選擇合適的校準(zhǔn)點(diǎn)，通常采用線性遞增的方式，覆蓋從零到滿量程的各個(gè)區(qū)間。校準(zhǔn)時(shí)，多功能校準(zhǔn)器輸出穩(wěn)定的直流電流信號(hào)，同時(shí)測(cè)量被校表的示值，計(jì)算誤差并判斷是否合格。對(duì)于大電流校準(zhǔn)，可采用分流器法，即用高精度分流器將大電流轉(zhuǎn)換成小電流，再進(jìn)行測(cè)量比較。整個(gè)校準(zhǔn)過程中，要特別注意連接線的截面積和接觸電阻，避免因壓降或發(fā)熱引起誤差。同時(shí)，還要考慮環(huán)境溫度對(duì)分流器電阻值的影響，必要時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

2.2.4 交流電流校準(zhǔn)

交流電流校準(zhǔn)是評(píng)估交流電流測(cè)量設(shè)備性能的有效方法。與直流電流校準(zhǔn)類似，交流電流校準(zhǔn)也需要選擇合適的校準(zhǔn)點(diǎn)，覆蓋被校準(zhǔn)儀器的量程和頻率范圍。常用的校準(zhǔn)方法有電流比較法和電流互感器法。電流比較法是將多功能校準(zhǔn)器輸出的標(biāo)準(zhǔn)交流電流與被校表的示值進(jìn)行比較，計(jì)算誤差并判定合格性。電流互感器法則是利用標(biāo)準(zhǔn)電流互感器將大電流轉(zhuǎn)換為小電流，再與多功能校準(zhǔn)器的輸出進(jìn)行比較。無論采用哪種方法，都要注意信號(hào)的畸變度和穩(wěn)定性，避免由于波形失真或幅值波動(dòng)引入誤差。此外，還要注意連接線的屏蔽和絕緣，防止外界干擾和泄漏電流的影響。對(duì)于大電流校準(zhǔn)，還要特別關(guān)注互感器和連接線的發(fā)熱問題，避免因溫升引起誤差。

2.2.5 電阻校準(zhǔn)

電阻校準(zhǔn)是確保電阻測(cè)量設(shè)備準(zhǔn)確性的重要手段。多功能校準(zhǔn)器憑借其優(yōu)異的電阻輸出性能，可對(duì)各種電阻表、電橋等進(jìn)行高精度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前，要根據(jù)被校設(shè)備的量程選擇合適的校準(zhǔn)點(diǎn)，通常采用線性遞增的方式，覆蓋從零到滿量程的各個(gè)區(qū)間。校準(zhǔn)時(shí)，多功能校準(zhǔn)器輸出穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，同時(shí)測(cè)量被校設(shè)備的示值，計(jì)算誤差并判斷是否合格。對(duì)于高阻值的校準(zhǔn)，可采用分壓比較法，即用高精度分壓器將高阻值轉(zhuǎn)換成低阻值，再進(jìn)行測(cè)量比較。整個(gè)校準(zhǔn)過程中，要特別注意連接線的絕緣電阻和三端效應(yīng)，避免因泄漏電流或寄生電容引起誤差。同時(shí)，還要考慮環(huán)境溫度對(duì)電阻值的影響，必要時(shí)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。隨著精密電子儀器的不斷發(fā)展，對(duì)高阻值、低阻值等特殊電阻的計(jì)量需求日益增長(zhǎng)，這對(duì)多功能校準(zhǔn)器的測(cè)量范圍和分辨率提出了更高要求。還需要開發(fā)新的校準(zhǔn)技術(shù)，不斷拓展電阻校準(zhǔn)的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.2.6 頻率校準(zhǔn)

頻率校準(zhǔn)在許多領(lǐng)域具有重要意義（如：通信、航天和導(dǎo)航等）。多功能校準(zhǔn)器憑借其優(yōu)異的頻率測(cè)量和輸出性能，可對(duì)各種頻率計(jì)、頻率源等進(jìn)行高精度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前，要根據(jù)被校設(shè)備的頻率范圍選擇合適的校準(zhǔn)點(diǎn)，通常采用對(duì)數(shù)遞增的方式，覆蓋從低頻到高頻的各個(gè)區(qū)間。校準(zhǔn)時(shí)，多功能校準(zhǔn)器輸出穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，同時(shí)測(cè)量被校設(shè)備的示值，計(jì)算誤差并判斷是否合格。對(duì)于高頻校準(zhǔn)，還需要考慮傳輸線的特性阻抗匹配和矢網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響。整個(gè)校準(zhǔn)過程中，要特別注意信號(hào)的純度和穩(wěn)定性，避免由于雜散頻率或頻率漂移引入誤差。同時(shí)，還要考慮環(huán)境溫度和濕度對(duì)頻率信號(hào)的影響，必要時(shí)進(jìn)行環(huán)境修正。隨著5G 通信和量子科技的興起，對(duì)高精度、寬頻帶的頻率計(jì)量需求日益增長(zhǎng)，這對(duì)多功能校準(zhǔn)器的性能指標(biāo)提出了更高挑戰(zhàn)。還需要使用新的頻率校準(zhǔn)方法和技術(shù)（如：采用光頻梳和原子鐘等）不斷推進(jìn)頻率校準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)步。

2.2.7 相位校準(zhǔn)

相位校準(zhǔn)在電力系統(tǒng)和電子測(cè)量領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。多功能校準(zhǔn)器憑借其優(yōu)異的相位測(cè)量和輸出性能，可對(duì)各種相位表、相位比較器等進(jìn)行高精度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前，要根據(jù)被校設(shè)備的相位范圍選擇合適的校準(zhǔn)點(diǎn)，通常采用等間隔的方式，覆蓋從0°～360°各個(gè)區(qū)間。校準(zhǔn)時(shí)，多功能校準(zhǔn)器輸出兩路穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)相位信號(hào)，同時(shí)測(cè)量被校設(shè)備的示值，計(jì)算相位差并判斷是否合格。對(duì)于高精度相位校準(zhǔn)，還需要考慮信號(hào)的幅值匹配和諧波干擾的影響。整個(gè)校準(zhǔn)過程中，要特別注意信號(hào)的穩(wěn)定性和一致性，避免由于幅值波動(dòng)或觸發(fā)抖動(dòng)引入誤差。同時(shí)，還要考慮環(huán)境溫度和電磁干擾對(duì)相位測(cè)量的影響，必要時(shí)進(jìn)行屏蔽和隔離。隨著電力電子和智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)高精度、寬范圍的相位計(jì)量需求日益增長(zhǎng)，這對(duì)多功能校準(zhǔn)器的測(cè)量性能提出了更高要求。

2.3 校準(zhǔn)結(jié)果分析與不確定度評(píng)定

多功能校準(zhǔn)器校準(zhǔn)結(jié)果的分析和不確定度評(píng)定是校準(zhǔn)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以全面評(píng)估多功能校準(zhǔn)器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。一方面，要計(jì)算校準(zhǔn)結(jié)果的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)量，判斷其是否滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。另一方面，還要分析校準(zhǔn)結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性，評(píng)估多功能校準(zhǔn)器在不同時(shí)間、不同條件下的測(cè)量一致性。在此基礎(chǔ)上，還需要嚴(yán)格按照不確定度評(píng)定的方法和步驟，系統(tǒng)分析各種不確定度來源，包括校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的引用不確定度、被校對(duì)象的重復(fù)性、環(huán)境因素的影響等。通過建立數(shù)學(xué)模型，合理分配靈敏系數(shù)，并運(yùn)用不確定度傳遞定律，最終計(jì)算出校準(zhǔn)結(jié)果的合成不確定度。這一過程需要校準(zhǔn)人員具備扎實(shí)的理論功底和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠科學(xué)合理地評(píng)估各種不確定度分量，準(zhǔn)確計(jì)算合成不確定度，給出完整可靠的校準(zhǔn)結(jié)果。

3 多功能校準(zhǔn)器的日常維護(hù)

3.1 定期自校準(zhǔn)

多功能校準(zhǔn)器需要定期自校準(zhǔn)以確保準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。自校準(zhǔn)是利用內(nèi)部高精度基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)測(cè)量電路進(jìn)行自我檢查和校正。通過自校準(zhǔn)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除使用過程中產(chǎn)生的漂移和誤差，保證量值準(zhǔn)確可溯。多功能校準(zhǔn)器應(yīng)至少每月自校準(zhǔn)一次，并在規(guī)定環(huán)境條件下預(yù)熱足夠時(shí)間。自校準(zhǔn)通常由設(shè)備自動(dòng)完成，操作人員只需簡(jiǎn)單設(shè)置和確認(rèn)。校準(zhǔn)結(jié)果異常時(shí)，要分析原因，必要時(shí)送專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)維修。定期自校準(zhǔn)能確保多功能校準(zhǔn)器始終處于最佳工作狀態(tài)，為電學(xué)計(jì)量提供可靠技術(shù)保障。

3.2 使用注意事項(xiàng)

多功能校準(zhǔn)器使用時(shí)需特別注意，以免影響準(zhǔn)確度和可靠性。要嚴(yán)格控制使用環(huán)境，避免在惡劣條件下工作，以免損壞或性能退化。要正確連接被測(cè)設(shè)備，確保信號(hào)準(zhǔn)確傳輸，避免接線錯(cuò)誤引入誤差。測(cè)量時(shí)避免超量程信號(hào)，以免過載損壞。還要防止機(jī)械碰撞和振動(dòng)，輕拿輕放。不使用時(shí)存放在清潔、干燥、安全環(huán)境中，用防塵罩保護(hù)。定期清潔和檢查設(shè)備，確保其最佳工作狀態(tài)。嚴(yán)格遵守使用注意事項(xiàng)，可延長(zhǎng)設(shè)備壽命，確保測(cè)量性能穩(wěn)定可靠。

3.3 故障診斷與維修

多功能校準(zhǔn)器長(zhǎng)期使用中可能出現(xiàn)故障。出現(xiàn)異常情況時(shí)，如顯示錯(cuò)誤、測(cè)量不穩(wěn)定、無法開機(jī)等，要立即停止使用，避免造成進(jìn)一步損壞。首先仔細(xì)觀察和記錄故障現(xiàn)象，嘗試檢查電源、重啟等基本排除措施。如問題依然，要尋求專業(yè)維修人員幫助。維修人員會(huì)使用示波器、萬用表、診斷軟件等工具，全面檢測(cè)分析，查明故障原因。然后采取更換元器件、調(diào)整參數(shù)、升級(jí)軟件等維修措施，直到排除故障，恢復(fù)正常工作。維修過程嚴(yán)格遵守安全規(guī)范，避免二次損壞。維修后全面測(cè)試和校準(zhǔn)，確保指標(biāo)滿足要求。專業(yè)、及時(shí)、有效的故障診斷與維修，可最大限度減少停機(jī)時(shí)間，保證電學(xué)計(jì)量工作連續(xù)性和可靠性。

4 結(jié)語

電學(xué)計(jì)量中多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)和維護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工作。只有深入理解多功能校準(zhǔn)器的原理，嚴(yán)格按照規(guī)范的校準(zhǔn)方法操作，并做好日常維護(hù)，才能確保其準(zhǔn)確可靠，為電學(xué)計(jì)量的高精度提供堅(jiān)實(shí)保障。這不僅關(guān)系到實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的正常工作，更關(guān)乎實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用生命周期，是實(shí)驗(yàn)管理工作常態(tài)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。因此，我們要高度重視多功能校準(zhǔn)器的校準(zhǔn)和維護(hù)，不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理人員的技術(shù)水平和責(zé)任意識(shí)，為本科人才培養(yǎng)和推動(dòng)教學(xué)成果高質(zhì)量發(fā)展貢獻(xiàn)力量。