钳形泄漏电流表校准方法及校准装置探讨

杨通

国营长虹机械厂 广西桂林 541002

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]。

1 负载电流影响

钳形泄漏电流表在进行泄漏电流测量时，多在微分模式下测量，此时线路中负载电流值的大小与被测量的泄漏电流大小，对结果的影响显著。通过实验得到结论，在确定泄漏电流值时，随着线路的负载电流值的增大，钳形泄漏电流表测量的泄漏电流值的误差越大；在确定负载电流值时，随着泄漏电流值的不断增大，测量得到的泄漏电流值误差在不断减小。因此，将被校钳形泄漏电流表的最大负载电流量程作为负载电流，对其泄漏电流值最小量程电流点进行误差测量，对量值溯源的意义重大。除此之外，对测量结果影响较小的量还有供电电压、屏蔽装置等。在这些已知的影响量中，通过实验发现，对钳形泄漏电流表测量结果影响较大的有外磁场影响、位置影响、角度影响、负载电流影响。因此，在对钳形泄漏电流表进行校准时，要充分考虑这些影响量较大的因素，以确保钳形泄漏电流表测量值的准确性和有效性[2]。

2 实验方法

钳形泄漏电流表使用的场合多为配电箱或分支线路，受周围外磁场的干扰较为严重，因此其在设计上有别于普通钳形电流表，结构上多采用多层屏蔽技术。钳形泄漏电流表测量泄漏电流的方式分为直接测量方式和差分测量方式（两线模式）。为了验证钳形泄漏电流表受外界磁场的影响，我们进行模拟外磁场影响的试验。试验通过在钳形表周边施加具有电流值的导线进行，在不同电流值下与距离钳形表不同距离时分别进行了试验。实验选用了两款不同厂家的钳形泄漏电流表，一款钳口为单层屏蔽，一款钳口为三层屏蔽设计，两款表均在直接测量方式和差分测量方式下进行试验。施加的外磁场方向与钳表截面平行时，钳表测量值与参比测量状态时的变差最大，其误差值的变差为基本相等的正负变差。钳表测量值与参比测量状态时的变差很小，与其规定的最大允许变差相比基本可忽略。因此，与钳形泄漏电流表钳口截面平行，且与钳口开口截面垂直的方式对其进行试验。

3 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[3]。

4 钳形泄漏电流表校准装置探讨

钳形泄漏电流表在校准时主要考虑的是基本误差以及外磁场影响、位置影响、角度影响、负载电流影响等主要影响因素，因此钳形泄漏电流表校准装置主要需要考虑基本误差测量功能和影响因素对测量结果产生的变差。

（1）基本误差测量装置。钳形泄漏电流表的测量方式分为直接测量和微分测量方式。考虑到两种测量方式不同，通过实验发现，直接测量方式和微分测量方式下，在参考状态时，测量结果基本无影响。为了便于测量和标准器的选择，基本误差的校准采用直接测量方式，采用与其至少等量程的交、直流电流源和对应的导线进行测量即可。

（2）影响量测量装置。考虑到磁场影响、位置影响、角度影响、负载电流影响，应具备的测量装置有外磁场干扰源（10A/m、30A/m、100A/m）、位置影响夹具、角度可调节的导线测试支架，以及满足被校钳形泄漏电流表负载电流量程的电流源和可调节的模拟泄漏电流装置。

5 试验结果

通过试验我们发现，钳形泄漏电流表的测量值越小，其值受负载电流的影响也越大，在同样的电流值时，负载电流越大，对其泄漏电流测量值的影响也越大。在泄漏电流值较大时，其值受负载电流值的大小几乎不影响其测量的准确度，甚至可以忽略；而钳形泄漏电流表的小电流测量的准确度是我们最关心的问题。因此，在钳形泄漏电流表的使用和选择时要对被测量线路的负载电流值进行考虑[4]。

6 结语

综上所述，钳形泄漏电流表的作用主要是用于对小电流值的泄漏电流值的测量，其结果影响对电路安全性的判断。而负载电流对其测量结果的影响较大，如果对测量结果的影响达到10%以上，将严重影响测量结果的准确性和有效性。因此，在选择钳形泄漏电流表时，要考虑线路的负载电流值的大小，应选择对电流负载影响较小的钳形泄漏电流表，以保证其测量数值的准确性和有效性。