鉗形電流表示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

張振國(guó)

（河北前進(jìn)機(jī)械廠，河北 石家莊 050035）

鉗形電流表是一種將開(kāi)合的磁路套在載流導(dǎo)體上測(cè)量其電流值的儀表。它的特點(diǎn)是無(wú)需斷開(kāi)回路，即可測(cè)量被測(cè)電路的電流，操作簡(jiǎn)單，大量應(yīng)用于科研生產(chǎn)和檢修測(cè)試當(dāng)中。按照測(cè)量原理鉗形電流表又可分為互感器式、霍爾效應(yīng)式以及磁平衡式等。互感器原理的鉗形電流表僅能測(cè)量交流電流，霍爾效應(yīng)原理和磁平衡原理的鉗形電流表可測(cè)量交直流電流。

鉗形電流表的校準(zhǔn)方法一般采用單匝法或等效安匝法。單匝法能對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效溯源，適用于高、低準(zhǔn)確度鉗形電流表的校準(zhǔn)；等效安匝法難以進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的直接溯源，僅適用于低準(zhǔn)確度鉗形電流表的校準(zhǔn)。 可根據(jù)被校鉗形表的電流測(cè)量范圍及準(zhǔn)確度等選擇合適的測(cè)量方法。

本文以常用的FLUKE 319 鉗形電流表為例，采用等效安匝法，對(duì)校準(zhǔn)過(guò)程中的主要不確定度因素進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，希望對(duì)相關(guān)工作者能起到幫助作用。

1 概述

1.1 校準(zhǔn)依據(jù)

JJF 1075-2015《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》。

1.2 環(huán)境條件

1.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）多功能校準(zhǔn)器，型號(hào)：5500A，量程：DCI（0～10）A。

（2）100 匝鉗形電流表校準(zhǔn)線圈，型號(hào)：HG1000A，量程：DCI（0～1000）A。

1.4 被校對(duì)象

數(shù)字式鉗形電流表，型號(hào)：FLUKE 319，量程：DCI（0～600）A，準(zhǔn)確度：±（1.5%+5）。

1.5 校準(zhǔn)方法

采用等效安匝法，100 匝鉗形電流表校準(zhǔn)線圈在結(jié)構(gòu)上把多功能校準(zhǔn)器輸出的電流以100 匝形式沿同一方向多次穿過(guò)鐵芯，因此在100 匝線圈導(dǎo)線匯聚的一側(cè)中產(chǎn)生的等效安匝電流是多功能校準(zhǔn)器輸出電流的100倍。

將多功能校準(zhǔn)器5500A 預(yù)熱30min 后，輸出直流電流（0～10）A 給 100 匝鉗形電流表校準(zhǔn)線圈，將該線圈放置于鉗形電流表鉗口幾何中心位置，在鉗形電流表上讀取相應(yīng)的電流示值，并將此示值與實(shí)際值相減，其差值即為鉗形電流表示值誤差，原理如圖1 所示。

圖1 鉗形電流表校準(zhǔn)原理

1.6 評(píng)定結(jié)果的應(yīng)用

在符合上述條件下的測(cè)得值，一般可直接使用本評(píng)定結(jié)果。

2 測(cè)量模型

式（1）中，ΔI-被校鉗形電流表示值誤差（A）；IX-被校鉗形電流表的示值（A）；IB-匝線圈輸出的等安匝電流值，即多功能校準(zhǔn)器5500A 輸出的直流電流值乘以線圈匝數(shù) 100（A）。

社區(qū)是社會(huì)的細(xì)胞，社區(qū)和諧是社會(huì)和諧的基礎(chǔ)，發(fā)展社區(qū)服務(wù)，健全社區(qū)服務(wù)體系是維護(hù)群眾利益、加快推進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌綜合改革、創(chuàng)新社會(huì)治理、激發(fā)發(fā)展活力、推進(jìn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。

2.1 靈敏系數(shù)

對(duì)式（1）中各參量求偏導(dǎo)，得到靈敏系數(shù)如下：

2.2 不確定度傳播率

因?yàn)楦鬏斎肓恐g彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以傳播率公式為：

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.1 輸入量 IX 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（IX）

（1）被校鉗形電流表測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u（IX1）

任選4 臺(tái)FLUKE 319 數(shù)字式鉗形電流表，對(duì)其直流100 A 處進(jìn)行10 次測(cè)量，得到4 組測(cè)量結(jié)果，利用貝塞爾公式分別計(jì)算出每組測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sj，如表1 所示。

合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差SP：

由于實(shí)際測(cè)量時(shí)，取兩次測(cè)量值的平均值作為測(cè)量結(jié)果，故：

（2）被校鉗形表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（IX2）

該鉗形電流表在直流100 A 時(shí)，分辨力為0.1 A，半寬度α=0.05A，設(shè)在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，取置信因子，則

重復(fù)性條件下，示值的分散性既取決于儀器結(jié)構(gòu)和原理上的隨機(jī)效應(yīng)影響，也取決于分辨力。在測(cè)量不確定度評(píng)定中，當(dāng)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量大于被測(cè)儀器分辨力所引入的不確定度分量，可以不考慮分辨力所引入的不確定度分量。在本次測(cè)量不確定度評(píng)定中，分辨力引入的不確定度分量為0.029A，小于重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，因此舍去。

3.2 輸入量 IB 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 u（IB）

（1）多功能校準(zhǔn)器5500A 不準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u（IB1）

由說(shuō)明書(shū)知，多功能校準(zhǔn)器5500A 在直流1A 處最大允許誤差為：±（0.03%×1A＋44μA）=±0.000344A，半寬度α=0.000344A，設(shè)在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，取置信因子k=則

（2）HG1000A 校準(zhǔn)線圈不準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u（IB2）

由說(shuō)明書(shū)知，HG1000A 校準(zhǔn)線圈在直流100A 處最大允許誤差為：±（0.3%×100A）=±0.3A，半寬度 α=0.3A，設(shè)在該區(qū)間內(nèi)服從均勻分布，取置信因子，則：u

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表（見(jiàn)表2）

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表1

表2

以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量互不相關(guān)，因此：

5 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：

U=kuc（ΔI）=2×0.18A≈0.4A

6 測(cè)量不確定度報(bào)告

數(shù)字式鉗形電流表直流100A 示值誤差測(cè)量結(jié)果不確定度：

U=0.4A（k=2）

7 結(jié)束語(yǔ)

本標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：U=0.34A（k=2），被校數(shù)字鉗形電流表在直流100A 處允許誤差為±（100×1.5%+0.5A）=±2.0A，約占被校鉗形電流表1/5，符合JJF 1075-2015《鉗形電流表校準(zhǔn)規(guī)范》技術(shù)要求。對(duì)于其它各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度均可以按上述方法進(jìn)行評(píng)定。