钳形电流表示值误差测量结果不确定度评定

2021-01-25张振国

科技创新与应用 2021年5期

张振国

（河北前进机械厂，河北石家庄 050035）

钳形电流表是一种将开合的磁路套在载流导体上测量其电流值的仪表。它的特点是无需断开回路，即可测量被测电路的电流，操作简单，大量应用于科研生产和检修测试当中。按照测量原理钳形电流表又可分为互感器式、霍尔效应式以及磁平衡式等。互感器原理的钳形电流表仅能测量交流电流，霍尔效应原理和磁平衡原理的钳形电流表可测量交直流电流。

钳形电流表的校准方法一般采用单匝法或等效安匝法。单匝法能对测量数据进行有效溯源，适用于高、低准确度钳形电流表的校准；等效安匝法难以进行测量数据的直接溯源，仅适用于低准确度钳形电流表的校准。可根据被校钳形表的电流测量范围及准确度等选择合适的测量方法。

本文以常用的FLUKE 319 钳形电流表为例，采用等效安匝法，对校准过程中的主要不确定度因素进行分析、评价，希望对相关工作者能起到帮助作用。

1 概述

1.1 校准依据

JJF 1075-2015《钳形电流表校准规范》。

1.2 环境条件

1.3 测量标准

（1）多功能校准器，型号：5500A，量程：DCI（0～10）A。

（2）100 匝钳形电流表校准线圈，型号：HG1000A，量程：DCI（0～1000）A。

1.4 被校对象

数字式钳形电流表，型号：FLUKE 319，量程：DCI（0～600）A，准确度：±（1.5%+5）。

1.5 校准方法

采用等效安匝法，100 匝钳形电流表校准线圈在结构上把多功能校准器输出的电流以100 匝形式沿同一方向多次穿过铁芯，因此在100 匝线圈导线汇聚的一侧中产生的等效安匝电流是多功能校准器输出电流的100倍。

将多功能校准器5500A 预热30min 后，输出直流电流（0～10）A 给 100 匝钳形电流表校准线圈，将该线圈放置于钳形电流表钳口几何中心位置，在钳形电流表上读取相应的电流示值，并将此示值与实际值相减，其差值即为钳形电流表示值误差，原理如图1 所示。

图1 钳形电流表校准原理

1.6 评定结果的应用

在符合上述条件下的测得值，一般可直接使用本评定结果。

2 测量模型

式（1）中，ΔI-被校钳形电流表示值误差（A）；IX-被校钳形电流表的示值（A）；IB-匝线圈输出的等安匝电流值，即多功能校准器5500A 输出的直流电流值乘以线圈匝数 100（A）。

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2.1 灵敏系数

对式（1）中各参量求偏导，得到灵敏系数如下：

2.2 不确定度传播率

因为各输入量之间彼此独立不相关，所以传播率公式为：

3 输入量的标准不确定度评定

3.1 输入量 IX 的标准不确定度 u（IX）

（1）被校钳形电流表测量重复性引入的标准不确定度分量 u（IX1）

任选4 台FLUKE 319 数字式钳形电流表，对其直流100 A 处进行10 次测量，得到4 组测量结果，利用贝塞尔公式分别计算出每组测量结果的实验标准偏差Sj，如表1 所示。

合并样本标准偏差SP：

由于实际测量时，取两次测量值的平均值作为测量结果，故：

（2）被校钳形表分辨力引入的标准不确定度分量u（IX2）

该钳形电流表在直流100 A 时，分辨力为0.1 A，半宽度α=0.05A，设在该区间内服从均匀分布，取置信因子，则

重复性条件下，示值的分散性既取决于仪器结构和原理上的随机效应影响，也取决于分辨力。在测量不确定度评定中，当重复性引入的标准不确定度分量大于被测仪器分辨力所引入的不确定度分量，可以不考虑分辨力所引入的不确定度分量。在本次测量不确定度评定中，分辨力引入的不确定度分量为0.029A，小于重复性引入的标准不确定度分量，因此舍去。