一种交直流电表校验仪校准装置及其不确定度分析

周 浩，朱淑媛，刘 罡，吴秋铜，郭 浩

（1.国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168；2.国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司，新疆 乌鲁木齐 830011）

经验交流

一种交直流电表校验仪校准装置及其不确定度分析

周 浩1，朱淑媛1，刘 罡1，吴秋铜1，郭 浩2

（1.国网辽宁省电力有限公司计量中心，辽宁 沈阳 110168；2.国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司，新疆 乌鲁木齐 830011）

针对目前校准多功能标准电信号输出装置的方法复杂、读取测量数据准确性不高的问题，提出采用一种交直流电表校验仪校准装置来校准该类输出装置。应用自动化校准系统，根据被校装置的不同输出功能及测量点，自动切换相应标准表状态进行校准并处理数据。对测量原理、测量模型以及测量不确定度进行分析，通过与中国计量科学研究院的测量结果比较，满足JJF 1033—2016计量标准考核规范中关于测量结果验证的条件，验证了该套装置给出的测量结果的可信度和不确定度合理性，证明了装置有效性。

交直流；电表；校准；测量不确定度

随着国内电力行业飞速发展，各种电测量仪器仪表产品不断增多，对于校准该类产品的标准装置种类也层出不穷，如交流采样检验装置［1］、电量变送器检定装置［2］、程控直流标准源、RTU检验装置、交流采样变送器校验仪等。这些校验仪式的装置可进行多功能标准电信号输出，具有标准源的性质。不同装置的功能各异，量程及技术参数多种多样，通常使用单一的数字多用表、电压表或电流表等仪表对其各项功能分别校准。这种方法操作过程繁琐、校准效率低下，并且受被校装置稳定性影响，监视仪表显示数据波动变化，造成读取测量数据存在偏差，导致校准结果不准确，目前，已不能够完全适应该类装置的校准需求。

本文应用自动校准系统，实时采集被校装置与标准表的数据，提高读取测量值的准确性。在系统内设定被校装置的各项计量指标，不同测量点进行测量时，标准表自动切换对应量程进行读数。校准过程中，系统可对测量数据自行处理并保存。这种方法简化常规校准操作过程，提高测量自动化程度和工作效率，并且降低人为因素对于测量数据准确性的影响。

1 校准装置的构成

根据多功能标准电信号输出装置的相关定义，将此类被校装置统称为交直流电表校验仪［3］。根据计量标准命名原则，将该套用于校准交直流电表校验仪的装置命名为交直流电表校验仪校准装置［4］，其主要结构如图1所示。

图1 装置结构框图

被校装置在校准过程中同时又作为输出源，校准系统通过RS232或IEEE488通信接口自动控制被校装置输出电压、电流给标准表，同时采集被校装置的测量值作为被校示值。系统根据不同输出示值，通过与标准表通信接口自动切换标准表状态，并读取标准表测量数据作为标准示值。系统内部自动分析计算采集的数据，实现对被校装置的校准。

在整套装置中，标准表部分由8508A型数字多用表和K2006型三相功率电能比较仪构成。根据二者的技术指标说明［5－6］， K2006型交流电流功能准确度高于8508A型。因此，为满足目前普遍被校装置的计量特性要求，采用K2006型进行交流电流功能校准，其它功能校准采用8508A型。对于不同功能的校准，2种标准表可自动切换。

2 测量条件

测量依据：JJF 1284—2011《交直流电表校验仪校准规范》。

环境条件：环境温度 （20±2）℃；相对湿度（60±15）%RH。

被测对象：5730A型多功能标准源的交流电压（简称ACV，频率60 Hz）100 V测量点、交流电流 （简称ACI，频率60 Hz）5 A测量点、直流电压 （简称DCV）100 V测量点、直流电流 （简称DCI）1 A测量点分别进行校准。

测量原理：采用直接比较测量法如图2所示，由被校装置输出一个测量值给标准表，与标准表上测得相应的输出实际值进行比较，实现对被校装置的量值传递。

图2 直接比较测量法原理

3 测量不确定度分析

3.1 测量模型

在标准环境条件下，环境带来的影响可以忽略，测量模型可用式 （1） 表达［3］：

式中：Δ为被校装置输出值的示值误差；Ax为被校装置的输出值；An为标准表测得的输出实际值。

3.2 标准不确定度分量评定

通过该套标准装置对被校装置主要功能的基本量程主要测量点进行测量，在重复性测量条件下，分别测量10次，根据贝塞尔公式法计算试验标准偏差［7］。测量重复性引入的A类标准不确定度如表1所示，其中，y 为算术平均值；s为实验标准偏差；u为标准不确定度。实际测量时，被测量估计值由单次测量得到，A类标准不确定度等于试验标准偏差。

测量不确定度的来源还包括标准表示值误差［5－6］和被校装置测量分辨力引入的分量，采用B类评定方法，假设服从均匀分布，置信因子为 3，标准不确定度分量如表2所示。

表1 A类标准不确定度评定

表2 标准不确定度分量汇总表

3.3 合成标准不确定度

被校装置分辨力也会影响测量重复性，计算合成标准不确定度时，在分辨力与测量重复性引入的不确定度分量中，仅需选取较大的分量［8］。除此之外，各输入量之间未发现有其它值得考虑的相关性，合成标准不确定度uc按式 （2）计算：式中：u1为标准表示值误差引入的标准不确定度分量；u2为测量重复性与被校装置分辨力引入的标准不确定度分量进行比较，取较大的分量。

结合表2中各标准不确定度分量数据，按式（2）计算ACV 100 V测量点、ACI 2 A测量点、DCV 100 V测量点、DCI 1 A测量点、OMH 1 kΩ测量点的合成标准不确定度分别为5.81×10－3V、9.35×10－5A、 2.54×10－4V、 1.07×10－4A、 6.08×10－6kΩ。

3.4 不确定度报告

扩展不确定度U由合成标准不确定度uc乘包含因子k得到，按式 （3）计算：

将各测量点的合成标准不确定度分别代入式（3）计算相应的扩展不确定度，测量不确定度报告如表 3 所示［9］。

表3 测量不确定度报告

4 测量结果的验证

采用传递比较法对交直流电表校验仪校准装置的测量结果进行验证［8］。以5730A型多功能标准源 （出厂编号为3609502）为被测对象，用该套装置进行测量，与中国计量科学研究院使用高一级计量标准装置对其测量的结果比较，测量结果分别为ylab和yref，扩展不确定度分别为Ulab和Uref，应满足（Uref≤Ulab／3 时， 可忽略 Uref的影响）［10］：

将表4中该套装置与中国计量科学研究院测量的结果代入式 （4）验证，各测量点均满足条件。因此，该套交直流电表校验仪校准装置给出的测量结果是可信的，给出的测量结果不确定度合理。

表4 测量结果验证

5 结束语

目前，交直流电表校验仪应用广泛，型号及功能多样。文中提出一种交直流电表校验仪校准装置用于校准该类可输出多功能标准电信号的校验仪式装置，同时规范其标准名称。不同于使用各类电测仪表的常规测量方法，该方法可对测量数据进行自动化采集和处理，并保证读取数据的准确性。通过对测量结果分析，验证了该套装置给出的测量结果的可信度、不确定度合理性以及装置的有效性，为校准交直流电表校验仪类型装置以及评定其不确定度过程提供一定借鉴。

交直流电表校验仪的常见结构形式中，也有表源一体式，具有标准信号源性质，同时附有标准表功能。对于该种装置的校准，将是后续研究工作中的重点内容。

［1］ 马琳娜.电量变送器检定装置的测量不确定度评定 ［J］.高电压技术，2004，30 （7）： 26，49.

［2］ 鹿凯华，杨 静.交流采样测量装置示值误差测量结果的不确定度评定 ［J］.电测与仪表， 2007， 44 （7）： 45－46， 28.

［3］ 交直流电表校验仪校准规范：JJF 1284—2011［S］.

［4］ 计量标准命名与分类编码：JJF 1022—2014［S］.

［5］ Fluke Corporation.8508A Reference Multimeter Extended Specifications ［ DB ］. http： ／／download. flukecal. com／pub／literature／1887212F＿ EN＿ 8508A＿ Ext＿ Specs＿ w.pdf，2013.

［6］ MTE Meter Test Equipment AG.Meter Test Equipment K2006［ DB ］. http： ／／www.mte.ch／data／files／K% 202006%20English.pdf，2007.

［7］ 测量不确定度评定与表示：JJF1059.1—2012［S］.

［8］ 计量标准考核规范：JJF1033—2016［S］.

［9］ 杨 梅，张春梅，李 悠，等.基于欧盟MID认证要求的电能表检定装置测量结果不确定度评定 ［J］.电测与仪表，2016， 53 （19）： 62－66.

［10］ 范巧成，姜文娟，杨 梅，等.一种高准确度直流毫伏校准装置及其不确定度 ［J］.电测与仪表，2015，52（8）：101－103.

Calibration of AC／DC Electric Instrument Calibrator and Its Uncertainty

ZHOU Hao1， ZHU Shuyuan1， LIU Gang1， WU Qiutong1， GUO Hao2

（1.State Grid Liaoning Electric Power Co.， Ltd.， Metrological Center， Shenyang， Liaoning 110168， China；2.State Grid Urumqi Power Supply Company Urumqi， Xinjiang 830011， China）

To solve the problem which the calibration method ofmulti-functional electrical signal output device is complex and the accuracy of readingmeasurement data is not high.It is proposed to use a calibration of AC／DC electric instrument calibrator to calibrate the output devices.It uses automatic calibration system to automatically switch status of the corresponding standard meter.It calibrates and process the data according to different output functions and measurement points of the calibrated device.Measurement principle，measurementmodel and measurement uncertainty are analyzed.The demands about verification ofmeasurement result in JJF 1033－2016 Rule for the Examination of Measurement Standard meets through the comparison from China Institute of Metrology.The results verifies the credibility and uncertainty of themeasurement results given by the calibration，which proves the validity of the calibration.

AC／DC； electric instrument； calibration； measurement uncertainty

TM93

A

1004－7913（2017）11－0044－03

周 浩 （1988），男，硕士，国家二级注册计量师，从事电磁计量技术研究工作。

2017－07－10）