示波器在耐電壓測試儀時間參量校準中的應用

陳永順

無錫精緯計量檢驗檢測有限公司 江蘇無錫 214135

耐電壓測試儀是測量耐電壓強度的儀器，它可以直觀、準確、快速、可靠地測試各種被測對象的擊穿電壓、漏電流等電氣安全性能指標，并可以作為支流高壓源用來測試元器件和整機性能。因此，耐電壓測試儀性能的好壞直接涉及到產品在使用中的安全與否[1]。而耐電壓測試儀輸出電壓的保持時間是保證耐電壓測試儀能否在足夠時間的前提下發現產品隱形隱患的重要一環。其中，電子元器件的耐壓測試有耐壓保持時間短的特點，比如0.5s、1s。然而市面上大多數校準時間參數用到的標準器為電子秒表，因人員操作帶來的為主要誤差，在較短的保持時間的測量中人員操作帶來的誤差占比大，不能正確表征耐電壓測試儀保持時間的真實誤差，因此需要一款精度高的時間參數校準裝置來實現耐電壓測試儀更為準確的時間參量性能[2-3]。

1 檢定規程中對耐電壓測試儀保持時間的定義及計量步驟

JJG 795-2016《耐電壓測試儀檢定規程》中耐電壓測試儀保持時間的定義為“耐電壓測試儀輸出電壓在穩定階段所經歷的時間，不包括電壓上升和下降的時間”。

計量步驟如下：將耐電壓測試儀時間控制置于定時方式。調整輸出電壓至0.1Un，但不能低于500V。按下輸出“啟動”鍵，當耐電壓測試儀輸出電壓達到穩定時自動或手動啟動標準計時器，當發出切斷信號時，自動終止計時。重復測量兩次，兩次測量結果的平均值即為電壓持續（保持）時間實際值。

2 用示波器校準耐電壓測試儀保持時間

將耐電壓測試儀的電壓和時間設置好后（設置為電壓500V，時間1s），連接示波器和高壓衰減棒（衰減棒選擇寬帶寬，上升時間短，筆者用的Tektronix P6015A，帶寬70MHz，上升時間4ns），實物連接圖如圖1所示。

示波器設置為單次觸發模式，探頭設置為1000:1，當耐電壓測試儀電壓到達觸發電壓時立即捕捉信號。按照規程中保持時間的定義調出測量圖標，測得其保持時間為712ms。波形圖如圖2所示。

圖2 波形圖

為驗證其數據的可靠性，筆者分別用電子秒表和耐電壓測試儀檢定裝置中的時間測量功能進行驗證。電子秒表和耐電壓測試儀檢定裝置測得時間分別為0.812s和0.72s。

3 耐電壓測試儀保持時間的不確定度評估

3.1 概述

①評定依據：JJG795-2016《耐電壓測試儀檢定規程》

②環境條件：溫度（20±5）℃，相對濕度（60±15）%RH

③測量標準：數字示波器MDO4014+高壓探棒P6015A

④被測對象：耐電壓測試儀RK2670A

⑤測量方法：將耐電壓測試儀時間控制置于定時方式。調整輸出電壓至0.1Un，但不能低于500V。輸出端和示波器用衰減棒進行連接。按下輸出“啟動”鍵，當耐電壓測試儀輸出電壓斷開，從示波器中讀取保持時間的測量值。

3.2 數學模型

設xx為被測耐電壓測試儀的設定值，xN為示波器的顯示值，由使用說明書可知，對于耐電壓測試儀和示波器，在標準條件下，溫度、濕度、輸入阻抗等帶來的影響可忽略不計，因此可得：

式中：△x———儀器示值誤差，s；

xx———被測儀器示值，s；

xN———示波器顯示值，s。

3.3 標準不確定度的評定

3.3.1 示波器測量重復性引入的標準不確定度分量u1

在規定的相同條件下，用示波器對耐電壓測試儀測量點1s重復測量10次，獲得測量值如下表1所示。

表1 測量值

3.3.2 示波器分辨力引入的標準不確定度分量u2

示波器在1s點顯示值的分辨力為1ms，按照B類評定，假設服從均勻分布，包含因子k=，則由示波器分辨力引入的不確定度分量為：u2=0.5ms/=0.29ms。

3.3.3 示波器允差引入的標準不確定度分量u3

示波器經上級計量機構溯源合格，在1s點測量時應用的時基為100ms/div，經查其說明書可知，在此時基下，示波器精度為0.2級，即示波器在1s點的最大允許誤差為e=±（100×0.2%）ms=0.2ms，其半寬度為0.2ms，按照B類評定，在區間內認為服從均勻分布，包含因子k=，則由示波器允差引入的不確定度分量為：u3=0.2ms/=0.12ms。

3.3.4 合成標準不確定度

不確定度分量的匯總見表2，靈敏度系數由公式（1）計算得到。

表2 不確定度分量匯總

由于分量u1，u2，u3彼此獨立互不相關，則合成標準不確定度為uc==2.0ms

3.3.5 擴展不確定度

U=k×uc，取k=2，由此得到耐電壓測試儀保持時間1s校準結果的擴展不確定度為：U=2×2.0ms=4.0ms換算至相對擴展不確定度為：Urel=0.4%。

4 結語

耐電壓測試儀的保持時間在安規測試中同樣有著重要的地位，對于較短的耐壓保持時間情況下，用示波器+衰減棒的方法可以獲得更高的準確度數值，更小的不確定度，對于安規工藝來說，能獲得更可靠的分析結果。此文是筆者根據多年計量經驗探索出的耐電壓測試儀保持時間的另一種校準方法，經過多次實踐，得到大多數客戶的認可。