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【原创】分流器的管理与校准

zhonzhon

2008/04/27

仪器检定/校准/计量

一、问题的提出
直流大电流的准确计量在电化学、电冶金行业生产管理中占有重要的地位。直流大电流测量不准确的直接后果是生产工艺技术条件不能优化，从而降低了电能利用率和经济效益，严重制约企业管理、技术进步。同时，直流大电流测量的不准确对产品质量亦有着直接影响，如在电镀中镀层的厚度与电流的大小及通电时间成正比，当不能准确测量电流时其镀层厚度也就无法保证，保证产品质量也就成了一句空话。
在工业生产和科学实验中，通常用分流器及配套的二次仪表来测量电路中的大电流。对直流大电流测量设备的校准是通过校准（检定）分流器和二次仪表来实现的。分流器是测量系统的重要部件，在我公司主要应用于产品试验设备及热处理车间，用于10A以上直流大电流的测量。目前国家尚无分流器的校准规范，致使分流器的校准工作无法进行。本课题拟针对分流器的校准进行研究，研究其校准方法，使分流器的校准做到有法可依，有据可查，使其校准工作统一化、文件化，有力保障航空军品性能测试的可靠性、统一性及一致性。同时，如果二次仪表的选择、校准或使用不当将对测量的准确性产生较大的影响，而且这种影响通常是隐性的，是一种方法误差。为此，有必要对分流器的管理与校准进行研究。
考虑到此类大电流的准确度较低，一般均在5级以下，因此对0.5级以下分流器的校准是本课题研究的重点。
二、分流器的校准
★方案设想
分流器一般做成四端钮电阻形式（两个电流端、两个电位端）。当有电流流过分流器时，在其电位端上会产生相应的电动势，通过测量电动势的大小来确定流过电路中的电流大小。因此，可利用欧姆定律测试分流器阻值与其理论值进行比较，确定其冷态下是否合格，研究分流器冷态及热态下电阻值的变化，绘制其变化曲线。为确定其校准方法的可行性，须对以下项目进行试验，并对试验结果进行分析：
1．测量重复性试验，要求：
……………………………………（1）
式中：
s——测量重复性；
δ——分流器允许误差极限。
2．短期稳定性试验，要求：
……………………………………（2）
式中：
S——短期稳定性。
3．长期复现性试验，要求：
…………………………………（3）
式中：
Sm——长期复现性。
4．温度影响试验，要求：
……………………………………（4）
式中：
γT——温度影响。

★方案实施及试验结果分析
校准不同等级的分流器选用的测量标准不同，现以校准0.5级，300A/75mV的分流器为例加以分析。
1．测量重复性试验
室温条件下，在分流器的两电流端通以电流I0（用XF30-I直流多功能校准仪作为电流源提供电流，取I0=30A），1分钟后在两电位端检测其电动势V0（用HP34420A数字多用表检测）。重复测量10次，测量数据见表1。
表1 测量重复性试验数据
次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电压测量/mV 7.490 7.492 7.491 7.500 7.493 7.493 7.487 7.492 7.494 7.495
计算电阻/uΩ 247.67 249.73 249.70 250.00 249.77 249.77 249.57 249.73 249.80 249.83
用贝塞尔公式计算测量重复性，得：

结论：测量重复性满足试验预期要求。
2．短期稳定性试验
室温条件下，在分流器的两电流端通以电流I0（用XF30-I直流多功能校准仪作为电流源提供电流，取I0=30A），每隔1分钟读取两电位端的电动势V0（用HP34420A数字多用表检测）。记录30分钟内检测的电动势的最大与最小值，数据见表2。
用极差法计算短期稳定性，得：

结论：短期稳定性满足试验预期要求。
表2 短期稳定性试验数据
极值最大值最小值
电压测量/mV 7.507 7.493
计算电阻/uΩ 250.23 249.77
3．长期复现性试验
每隔一段时间（一个月以上），在室温条件下，在分流器的两电流端通以电流I0（用XF30-I直流多功能校准仪作为电流源提供电流，取I0=30A），1分钟后在两电位端检测其电动势V0（用HP34420A数字多用表检测），重复测量10次，测量数据见表3。
表3 长期复现性试验数据
测量时间
测量次数 20070515 20070615 20070718 20070821
1 7.490 7.494 7.493 7.499
2 7.492 7.496 7.497 7.484
3 7.491 7.498 7.496 7.491
4 7.500 7.497 7.495 7.491
5 7.493 7.496 7.497 7.496
6 7.493 7.496 7.497 7.495
7 7.487 7.495 7.496 7.495
8 7.492 7.494 7.497 7.495
9 7.494 7.494 7.496 7.493
10 7.495 7.491 7.492 7.496
电压平均值 /mV
7.493 7.495 7.496 7.494
计算电阻 /uΩ
249.76 249.84 249.85 249.78
按式（5）计算电压（测量）平均值，按式（6）计算电阻值，计算结果填入表3中。
………………………………………（5）
………………………………………（6）
用贝塞尔公式计算长期复现性，得：

结论：长期复现性满足试验预期要求。

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