电火花检漏仪的校准

单 莹，宋 明，李道民，高至尚

（1.山东省计量科学研究院，山东 济南 250014；2.山东省城建设计院，山东 济南 250001）

0 引 言

电火花检漏仪也叫涂层检测仪、防腐层检漏仪，为高压仪器，是用于检测金属防腐涂层质量的专用仪器，可以对不同厚度的搪玻璃、玻璃钢、环氧煤沥青和橡胶衬里等涂层进行质量检测[1]。该仪器使用很简单，一头接地，另一头是探头，探头形式有碳刷型、圆圈弹簧型、平板橡胶型。仪器通过高压探头输出脉冲或持续的直流高电压，当防腐层有质量问题时，如出现针孔、气泡、裂隙和裂纹等，仪器会发出明亮的电火花，同时声光报警。此类仪器广泛应用于化工、石油、橡胶、搪瓷等行业，是检测金属防腐涂层质量的必备工具。电火花检漏仪输出电压高（有的可高达30 kV），对被试样品及操作人员都有非常高的要求，因此要保证其计量特性及安全性能的准确可靠。

1 概 述

目前国内使用的电火花检漏仪根据其输出电压持续性的差异，通常可以分为脉冲式和持续输出式。脉冲式电火花检漏仪是通过对各种导电基体防腐层表面加一定量的脉冲高压，如因防腐层过薄，漏金属或有漏气针孔，当脉冲高压经过时，就形成气隙击穿而产生火花放电，同时给报警电路送去一脉冲信号，使报警器发出声音报警，从而达到对防腐层检测之目的。持续输出式电火花检漏仪的输出电压则为持续的直流信号。脉冲式电火花检漏仪与持续输出式电火花检漏仪相比，减少了对防腐层的火花冲击破坏，增加了漏点记忆功能，大大提高了操作人员的工作效率。

根据试品的不同，电火花检漏仪可以连续调节电压范围为0.5～30 kV[2]。例如，根据SYT 0420-1997《埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准》中5.1.6条要求[3]，防腐涂层的连续完整性检查应按照《管道防腐层检漏试验方法》的规定，采用高压电火花检漏仪对防腐管逐根进行检查。其规定的检漏电压最高为20kV。

国内尚没有出台任何关于电火花检漏仪的检定规程或校准规范。为保证电火花检漏仪量值的准确可靠，根据生产厂家提供的资料和多年的实践经验，总结出一套切实可行的电火花检漏仪主要参数的校准方案，供大家参考。

2 校准前的准备

校准电火花检漏仪所用的标准器及配套设备等必须事先进行校准。校准人员应取得相应的培训和上岗证，在校准时应佩带绝缘手套，按国家有关安全操作规定进行；校准场所应配备绝缘橡胶垫，并保证有隔离措施使与校准无关的人员保持在有效安全距离以外。

3 校准方法

电火花检漏仪的校准项目包括输出峰值电压或输出电压值、上升时间、持续时间、频率等。

3.1 输出峰值电压或输出电压

电火花检漏仪通常由主机、高压探棒、探极3大部分组成。主机内装有集成控制电路、声音报警装置等，高压探棒内装有高压发生器及光报警装置，探极为铜刷探极。

校准脉冲式电火花检漏仪的输出峰值电压可用数字示波器和高压衰减探头进行[4]。校准直流持续输出的电火花检漏仪的输出电压可用数字高压表进行。

采用数字示波器和高压衰减探头进行校准时，调整数字示波器的垂直和水平量程，打开电火花检漏仪高压探棒的开关，调节主机，使其达到需要的被校准电压值，记录下数字示波器的最大电压。线路如图1所示。

采用数字高压表进行校准时，打开电火花检漏仪高压探棒的开关，调节主机，使其达到需要的被校准电压值，记录下数字高压表的显示值。线路图如图2所示。

电火花检漏仪输出峰值电压（输出电压）示值误差用式（1）表示：

式中：δU——输出峰值电压（输出电压）相对误差，%；

Ux——输出峰值电压（输出电压）示值，kV；

Un——检定装置读数值，kV。

3.2 上升时间、持续时间和频率

校准脉冲式电火花检漏仪的上升时间[5]、持续时间和频率可用数字示波器和高压衰减探头进行，线路可参照图1。上升时间、持续时间参照IEC 60469-1定义。上升时间为脉冲瞬时值首次从给定下限值上升到给定上限值所经历的时间（其中下限值和上限值分别定为脉冲幅值的10%和90%）。如图3所示，在波形上取幅值为峰值电压10%和90%的A、B两点，此两点的时间间隔定义为上升时间Tx。

持续时间为规定的波形或特征存在或持续的间隔绝对值。如图4所示，输出波形的波尾部分无振荡，按50%峰值的幅度在波尾部分的波形上取M点，即确定为持续时间T2。

脉冲式电火花检漏仪上升时间、持续时间和频率示值误差用式（2）表示：

式中：δT——上升时间（持续时间或频率）相对误差，%；

Tx——上升时间（持续时间或频率）示值，μs；

Tn——检定装置读数值，μs。

4 对标准器的要求

图1 脉冲式电火花检漏仪输出峰值电压测量线路

图2 持续输出式电火花检漏仪输出电压测量线路

图3 输出峰值电压波形1

校准脉冲式电火花检漏仪选用的数字示波器的响应时间应小于10 ns，输入阻抗不小于1MΩ和不大于50pF。分压器应选用方波响应时间不超过50ns，且阻值为5～20kΩ的纯电阻分压器。

图4 输出峰值电压波形2

图5 HJ-3电火花检漏仪单一输出电压波形

图6 HJ-3电火花检漏仪多脉冲输出电压波形

校准持续输出式电火花检漏仪应选用高阻抗的数字高压表，测试范围为0.5～30 kV，最大允许误差优于±1%。

5 标准器使用注意事项

校准持续输出式电火花检漏仪的数字高压表常用于高压发生器的校准中，使用注意事项可以参照，在此不再赘述。

在使用数字示波器和高压衰减探头对脉冲式电火花检漏仪进行校准时，应正确操作示波器，提高校准准确度，降低因操作引入的系统误差。

5.1 示波器的使用

示波器使用不当容易损坏或影响使用寿命[6]。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上。示波器为非平衡式仪表，示波器探头上的黑夹子应与被测电路的地连接在一起，并且接线时先接黑夹子后接探头，拆线时相反。示波器探头连接被测电火花检漏仪的高压输出。选择“直流”耦合方式，以便观测信号的绝对电压值。为保证波形稳定显示，在正确选择了触发源的前提下，还应注意调节触发电平旋钮（LEVEL）。示波器显示波形时，水平方向一般应调到能够清晰地显示一个周期，垂直方向则应调到波形的高度占到满屏的2/3或一半以上。在观察过程中，应避免经常启闭电源。电源电压应限制在220（1±10%）V的范围内才能使用。此外，操作面板上各旋钮动作要轻。当旋到极限位置时，只能往回旋转，不能硬扳。

5.2 探头的使用

由于脉冲式电火花检漏仪的输出电压较高，通常使用高倍率的高压衰减探头。探头在使用之前应该先对其阻抗匹配部分进行调节。通常在探头靠近示波器一端有一个可调电容，有一些探头在靠近探针一端也具有可调电容，它们用来调节示波器探头的阻抗匹配。如果阻抗不匹配的话，测量到的波形将会变形。探头上的接地线要可靠并与被测电火花检漏仪的地相连。

P6015A是一种高压探头，衰减比为1000∶1，它由高压探头和补偿盒两部分组成，探头、补偿盒和连接导线采用了等电位屏蔽技术，具有线性好、抗干扰能力强、性能稳定等特点。与示波器（阻抗必须设置为1MΩ，P6015A电路设计要求）配套使用，可以测量交直流电压、脉冲峰值电压[7]。

图5、图6是使用DPO7254型数字示波器和P6015A高压衰减探头对HJ-3型电火花检漏仪校准时采集的波形。

6 结束语

对电火花检漏仪的校准是保证金属防腐涂层产品质量稳定可靠的一项重要工作。提出校准项目、校准方法、对标准器的要求及应注意的问题，不仅对今后校准电火花检漏仪有着积极的指导作用，填补了国内此类设备校准的空白，还将会给电火花检漏仪生产厂家及计量检定人员起到意识上的推进作用，并将使电火花检漏仪的产品质量得到进一步的提升，最终为化工、石油、橡胶、搪瓷等行业的安全生产保驾护航。

[1]万者坚，孙珍同.涂层针孔缺陷的检漏原理及方法[J].腐蚀与防护，1999（8）：369-370.

[2]王铁汉.SP-1型低压涂层针孔检漏仪[J].机车车辆工艺，1989（5）：35-36.

[3]SYT 0420—1997埋地钢质管道石油沥青防腐层技术标准[S].北京：石油工业出版社，1998.

[4]曾仲夷.匝间绝缘耐压试验仪的校准方法的分析[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.示波器使用中应注意的问题[J].计量与测试技术，2006（9）：27-29.

[7]刘红煜，魏亚利，陈耀明.用P6015A探头校准电浪涌发生器开路输出电压[J].现代电子技术，2008（23）：142-143.