军品型号试验中不间断电源的校准方法研究

王永鹏 刘志华 贾志杰 吕守国

摘 要：本文描述了军品型号试验中测控系统专用设备-不间断电源的校准方法。由于军品型号试验的特殊性，对不间断电源的校准参数有不同的需求和关注点。确定校准方法后需要对该方法的各个校准参数进行不确定度的评定，以满足型号试验溯源精度和可靠性的要求。

关键词：型号试验 不间断电源 校准方法

引言

在军工、国防等领域的多种型号试验的测试任务中，不间断电源（简称UPS）的使用非常普遍。该设备主要有两大功能：1、为各类仪器设备提供稳定的交流供电电压。2、内置电池组能够在外部市电断电时为试验设备提供短时间的交流电压，保障军品型号试验指挥员在断电后短时间内紧急完成应急操作，顺利完成数据存储、切断燃料输送等风险规避动作，保障试验的安全与可靠性。

目前对于不间断电源的校准主要依据交流电源校准规范[1]。但对于在军工型号试验中使用的不间断电源，在设备使用要求、使用条件等方面均与普通部门的使用有着很大的不同。因此，有针对性地开展不间断电源校准方法的研究对保障军品型号试验系统可靠性以及计量量值传递准确性具有非常重要的意义。

1不间断电源的主要工作原理与功能简介

在军品型号试验中普遍采用市电-不间断电源-设备的模式。不间断电源通常由整流回路、后备/扩充电池组、可逆变电路、控制电路和输出转换开关等五部分组成。按照不间断电源的输入、输出方式可分为单进单出型、三进单出型和三进三出型。按输出功率的大小可分为大（>80 kVA）、中（10～80 kVA）、小功率（<10 kVA）三种类型;按工作方式可分为后备式、在线式和在线互动式三种类型。

在北京航天试验技术研究所试验台测控系统中，均使用后备式、小功率（<10 kVA）型不间断电源。试验台测控系统的组成图如图1所示。

2校准环境以及校准项目

不间断电源的校准项目参照相关校准规范[1]的要求，主要有以下内容：外观以及附件、工作正常性、输出电压的示值误差、电网调整率、负载调整率、电池组后备时间。

3各校准项目的校准方法

3.1外观以及附件

采用目测和手动的方法检查被校准设备的外观和附件。外观应该完好，附件以及技术说明书等文件资料齐全。

3.2工作正常性

检查设备的外部保护机壳与设备内部的接地端是否导通。设备通电时，设备是否处于正常的工作状态，各状态知指示灯是否工作正常。

3.3输出电压的示值误差

该指标用于考核不间断电源的指示表工作是否正常，输出电压的数值是否在技术指标之内。调节调压器，不间断电源的供电交流电压为220V（V1=220V），再调节可编程电子负载使其处于不间断电源满载功率的90%，交流数字电压表（V2）、电流表（A2）分别测量其输出电压、電流。

3.4电网调整率

该项指标用来考核输入不间断电源的电网电压发生在一定范围内波动时，不间断电源是否能正常工作。通过调压器调节不间断电源输入端的交流供电电压。调节可编程电子负载，在不间断电源负载消耗功率为满载功率的90%时，通过调压器调节不间断电源输入端的供电电压分别为正常电压的 90%（198V）和110%（242V），交流数字电压表（V2）分别测量不间断电源在三种情况下的输出电压值，计算电网调整率。电网调整率SV按照公式（1）计算。

3.5负载调整率

该指标用来衡量不间断电源带负载能力的指标。校准方法：调压器稳定输出220V交流电压，不间断电源分别在空载和满载时测量其实际的电压输出值。负载调整率SL按照公式（2）计算。

3.6电池组备用时间

该指标用于考核在切断市电供电后，不间断电源后备电池组的最大备用时间是否满足技术指标或者使用方的要求。在进行该指标考核前，需要完成电池组充电。调节交流调压器，不间断电源的供电电压为220V，调节电子负载，使其处于不间断电源最大功率的90%工作状态，关闭交流调压器，使被校不间断电源切换至电池供电，同时用秒表计时，直到被校不间断电源输出断电为止，通过秒表记录备用时间。

4校准方法的不确定度评定

由于军品型号试验对测量的精度和可靠性的要求，对于校准方法要进行不确定度评定，满足要求后方可开展设备的校准工作。测量不确定度评定方法参照文献[5]。

4.1 测量不确定度的主要来源

测量时的不确定度来源如下：

（1）标准电压表的最大允许误差引入的不确定度ud1;

（2）标准电压表的分辨力引入的不确定度ud2;

（3）电源输出电压测量重复性引入的不确定度ud3;

4.2.1标准电压表的最大允许误差引入的不确定度 ud1

参考测量结果不确定度的分布率，标准电压表的最大允许误差引入的不确定度 ud1按照JJF1059.1-2012规定，该项采用B类不确定度评定方法。根据数字电压表的技术说明书查询其1年内最大允许误差为：±（0.06%×R+0.03%×FS）。a1=0.06%×220V+0.03%×750V=0.357V。其分布服从均匀分布，包含因子k=。相对不确定度为：ud1 =a1/（k×FS）=0.357V/（×750V）=2.7×10-4。

4.2.2标准电压表的分辨力引入的不确定度ud2

标准电压表的750V量程的分辨力1.0 mV，依据B类不确定度评定方法，半宽a2=0.5mV，视为均匀分布，包含因子k=，则ud2= a2/（×量程）=0.5 mV/（×量程）=3.8×10-7（k=）。

4.2.3电源输出电压测量重复性引入的不确定度ud3

在短时间内交流标准电压表进行10次重复测量，n=10，重复性计算公式参照文献[5]。电压测量的

实验标准偏差Sn（V）=0.87mV，重复性引入的标准不确定度为：

4.2.4合成不确定度

220V点的合成不确定度uc为：

4.2.5扩展不确定度

220V点的扩展不确定度Ur为：Ur= kuc =5.4×10-4 （k=2）

其他校准参数的不确定度可参照电源电压调整率的评定方法进行评定。

5结论

通过对军品型号试验不间断电源校准方法的探索，较为全面地考核不间断电源的性能指标，为保障军品型号试验的可靠性提供技术依据和支持。目前该方法已直接服务于多种型号试验任务的设备计量保障工作，为保障军品型号试验中设备可靠性奠定基础。

参考文献

[1]QJ3233-2005《交流稳压电源稳态特性校准规范》

[2]王兵，印朝辉，张鹏程，李元芳，UPS 校准方法研究[J]，宇航计测技术，2017，37（6）：70～74

[3]李瑞坚，UPS校准方法研究计量与测试技术[J]，2016，43（12）：80～81

[4]王奇，型号试验用UPS故障诊断与对策[J]，航天器环境工程，2009，26（1）：73～76

[5]JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》