淺析直流分流器檢定過程中遇到的問題

蘇建明 李華杰

摘 要：本文把多年從事直流分流器的檢定、校準(zhǔn)工作中遇到的問題一一列出，本著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度分析其原因，并給出詳細(xì)的解決方法，供同行參考。

關(guān)鍵詞：直流大電流;分流器;遇到的問題;分析

我國現(xiàn)代化工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，直流大電流扮演了重要的角色。比如電解鋁、冶金、軌道交通、直流超高壓輸電、直流充電樁等都用到直流大電流。直流大電流的精準(zhǔn)檢定與校準(zhǔn)關(guān)系到各企業(yè)的安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制、節(jié)能減排等工作，因此對直流大電流進(jìn)行快速準(zhǔn)確測量顯得尤為重要。

近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流大電流測量技術(shù)也不斷更新。直流分流器（以下簡稱“分流器”） 、直流互感器 、霍爾電流傳感器、直流電流比較儀等。其中最為原始、普遍的分流器，在很多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。分流器的計(jì)量性能直接影響直流大電流測量的準(zhǔn)確性。如何科學(xué)的評(píng)估分流器的計(jì)量性能也很重要。

1分流器的結(jié)構(gòu)原理

分流器是四端小電阻量具，它由兩個(gè)銅接頭及其之間的片狀或棒

狀電阻元件組成，這電阻元件由采用低溫度系數(shù)的合金制成，普遍采用的是錳銅合金。分流器上的電壓降由安裝在接頭上的電位端子引出。當(dāng)銅接頭施加輸入電流I1，此時(shí)輸出電壓為U2，則分流器實(shí)際電阻值為RM=U2/I1。

2遇到的主要問題及分析

2.1 直流數(shù)字電壓表如何選取

JJG 1069—2011直流分流器檢定規(guī)程里介紹了兩種檢定方法：直流電流比較儀電壓測差法、直流標(biāo)準(zhǔn)源法。在采用前者時(shí)，直流數(shù)字電壓表是作為測量差值電壓使用，規(guī)程要求應(yīng)滿足測量誤差不大于±3%。后者是業(yè)內(nèi)普遍使用的方法。測量時(shí)，直流數(shù)字電壓表作為測量分流器輸出電壓值使用，規(guī)程要求應(yīng)滿足測量誤差不大于被檢分流器最大允許誤差的1/10。選用電壓表時(shí)，注意該表電壓量程引入的誤差。比如34401A這款表，該表100mV檔技術(shù)指標(biāo)為±（0.005%rdg+0.0035%fs）。如果簡單理解該表為0.005級(jí)的電壓表，可以用來檢定0.1級(jí)分流器是不對的。通常分流器輸出電壓都是幾十毫伏，對于額定輸出電壓為50mV的分流器，在其10%額定電流測量時(shí)，輸出電壓為5mV。該表在這點(diǎn)的最大允差為0.00375mV，已接近0.1%了，是不能用來檢定0.1級(jí)的分流器。所以作為測量分流器輸出電壓值的電壓表，不應(yīng)只考慮該表的最大允許誤差，還應(yīng)考慮該表量程范圍給測量結(jié)果帶入的誤差。34420A、2182A這些納伏表準(zhǔn)確度高，又有低電壓量程就是不錯(cuò)的選擇。

2.2 檢定過程中安全預(yù)防

分流器在測量直流大電流時(shí)會(huì)存在發(fā)熱現(xiàn)象，由于材料和制作工藝的缺陷，隨著電流的增大和測量時(shí)間的延長，溫度有時(shí)候會(huì)非常高。還有分流器銅接頭表面不干凈或夾具聯(lián)接不牢固造成接觸電阻過大，通大電流時(shí)也會(huì)造成分流器或夾具溫度過高。如果檢完后立即用手去拆卸，有燙傷的風(fēng)險(xiǎn)，存在一定的安全隱患。所以在進(jìn)行大電流分流器檢定時(shí)，應(yīng)配備溫度監(jiān)視工具來監(jiān)視分流器的溫度。出現(xiàn)分流器溫度異常升高，造成分流器輸出電壓異常增大，應(yīng)立即停止檢定，避免造成因發(fā)熱帶來的其他問題。

2.3 不同檢定點(diǎn)結(jié)果出現(xiàn)差異

規(guī)程中規(guī)定了檢定分流器的檢定點(diǎn)為分流器額定電流的10%、20%、60%、80%、100%5個(gè)點(diǎn)。通常情況下，隨著電流的增大和時(shí)間的延長，分流器的自熱造成溫度過高，影響到分流器在不同檢定點(diǎn)下電阻值不一樣，電阻值會(huì)隨著材料的正溫度系數(shù)或負(fù)溫度系數(shù)相對應(yīng)的增大或減小。大電流分流器的這種差異性會(huì)更明顯。通常額定電流的10%和20%兩個(gè)點(diǎn)檢定結(jié)果接近且比較穩(wěn)定，60%點(diǎn)檢定結(jié)果開始發(fā)生變化，到額定電流點(diǎn)時(shí)，與前面結(jié)果出現(xiàn)很大差異。只有這5個(gè)點(diǎn)基本誤差均小于分流器最大允許誤差的要求，才能判定分流器檢定合格。所以檢定時(shí)不要不同檢定點(diǎn)結(jié)果出現(xiàn)很大差異表示不理解，或以此判斷分流器性能不好。只有在額定電流下檢定了才能真實(shí)的反映分流器發(fā)熱后的計(jì)量性能?？蛻粢膊灰灶~定電流的10%點(diǎn)電壓值線性推算出100%點(diǎn)的電壓值來使用。

還有首次檢定的分流器在檢定前需對分流器進(jìn)行預(yù)處理。規(guī)程中明確規(guī)定了新制作的分流器必須在額定電流下進(jìn)行（15～30）min預(yù)處理后，在參考工作溫度下放置4h后再進(jìn)行檢定。這是因?yàn)樾轮圃旆至髌鞯牟牧蠜]有完全適應(yīng)冷熱交替工作狀態(tài)，在不同電流下會(huì)影響分流器電阻值。通過預(yù)處理后，改善分流器焊接加工性能、消除了金屬內(nèi)應(yīng)力，減少這種差異對檢定結(jié)果帶來的影響。

2.4 接線方式不同影響檢定結(jié)果

曾經(jīng)有客戶送檢了一個(gè)2000A的分流器，本實(shí)驗(yàn)室檢定的結(jié)果與他們核查的結(jié)果相差較大，多方查找原因，最后發(fā)現(xiàn)客戶使用時(shí)的接線方式（圖1）與本實(shí)驗(yàn)室檢定時(shí)電流輸入銅排全部接觸分流器銅接頭的接線方式不同造成的。后來按照客戶的接線方式重校一次，結(jié)果和客戶的核查結(jié)果基本一致。再以0.2級(jí)、2000A/50mV的分流器（圖2）為例，分析一下不同接線方式檢定結(jié)果的差異。結(jié)果如表1：

可以看出不同接線方式造成的誤差已大于分流器最大允許誤差的1/3，不能忽略該因素對分流器基本誤差的合格判定。

這種差異主要是因?yàn)榇箅娏鞣至髌縻~接頭比較寬大，電流的接入點(diǎn)不一樣，使得分流器電阻元件流過的電流密度不均勻，再加上有些分流器焊接工藝上的缺陷，輸出電壓差異有時(shí)會(huì)比較明顯。所以平時(shí)檢定大電流分流器時(shí)，電流輸入端要全部接觸分流器銅接頭，使得電阻元件流過的電流密度均勻，這樣才能真正體現(xiàn)了分流器的電阻值。另外，也可以根據(jù)客戶提供的接線方式進(jìn)行校準(zhǔn)，但是必須在證書里注明接線方式。因?yàn)樵撔?zhǔn)結(jié)果只能反映出這種接線方式下的電阻值。

3結(jié)束語

綜上所述，我們不僅要認(rèn)真學(xué)習(xí)理解檢定規(guī)程，實(shí)際檢定過程中還得消除上述問題帶來的影響。以便科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)分流器的計(jì)量性能，確保檢定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉浩 項(xiàng)瓊 汪泉 章術(shù)漢.JJG1069-2011《直流分流器》檢定規(guī)程解讀[J].中國計(jì)量，2012：125～127

[2]JJG1069-2011《直流分流器檢定規(guī)程》

（廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，廣東 廣州 510405）