耐电压测试仪交流泄漏电流示值误差测量不确定度评定

耐电压测试仪交流泄漏电流示值误差测量不确定度评定

王志华

广州市番禺质量技术监督检测所，广东 广州 511400

摘要：为加深了解耐压测试仪的工作特点以及在生产生活中的发展变化，确保企业的耐压测试仪的量值准确可靠，文章建立了测试模型并利用校准装置进行了实验。用实验数据作为基础，充分考虑各个引入的影响量，主要分析了耐压测试仪的交流电流测量结果不确定度的来源并加以量化，得出结果证明本文采用的检定方法和检定装置满足开展要求。    

关键词：耐压测试仪；发展变化；规程变更；不确定度评定；

中图分类号：TB97

引言

耐压测试仪又称为耐电压测试仪、高压试验器、介质强度测试仪等，是通过调节输出需要的交/直流试验电压以及设定击穿（保护）电流来测量各种电器装置、绝缘材料和绝缘结构的耐电压能力的仪器，在产品出厂检验、产品质量检验以及计量检定/校准中常常作为主要的配套设备来配置，还可以作为支流高压源用来测试元器件和整机性能，具有准确、直观、可靠、快速等优点。

早期的耐压测试仪多为指针式，通过机械式指针显示电压值和漏电流值，其优点在于结构简单，操作方便，维护成本低。然而，随着电子产品的复杂性增加，指针式仪器的精度和响应速度逐渐无法满足现代测试要求。数字技术的兴起为耐压测试仪的发展带来了新的契机。数字式耐压测试仪利用微处理器和数字信号处理技术，能够提供更高的测量精度和更快的响应速度；它能够记录测试数据，方便后续分析和追溯；它也可以实现自动化测试，提高测试效率，减少人为误差；它具备多种测试功能，能够满足不同测试需求。

随着耐压测试仪器的更新换代，为此确保企业的耐压测试仪的量值准确可靠，相关测试规程也必须进行相应的修订和更新，初版规程的制定，最初的《JJG 795》规程主要基于指针式耐压测试仪的特点，测试方法和标准较为简单，主要关注仪器的基本功能和性能指标。然而当数字式耐压测试仪的普及，《JJG 795》规程进行了多次修订，以适应新技术和新需求。因此在越来越多实验室选择配备精度、线性度、稳定性高的数字式耐压测试仪的前提环境下，有必要配备符合最新要求的检定标准器以及配套仪器设备，建立耐压测试仪检定装置计量标准，满足客户的溯源需求。

1  测量方法

依据耐压测试仪的工作特点，本文测量依据《JJG 795—2016 耐电压测试仪检定规程》、JJF 1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》，建立耐压测试仪检定装置，装置主要以耐电压测试仪校验仪为主要标准器以及其他配套设备。在确保被检仪器和检定装置有良好的接地前提下，将环境条件控制在温度22℃，湿度 70%以内，采用直接测量法，将被检耐电压测试仪输出端与测试仪校验装置输入端通过测试线连接，在耐电压测试仪校验仪校验装置上设置合适的测量功能并选择合适负载电阻,通过调节被测耐压测试仪的输出高压至耐电压试仪校验仪，输出的耐电压值不少于500V的前提下，测量漏电流示值，通过分别读取被检耐压测试仪上的泄漏电流示值IX与耐电压测试仪效验仪上显示的电流示值IN，然后进行比较得出其示值误差。

本文采用的测量标准为1级耐电压测试仪校验仪，具有交直流电压/电流测试功能，其交流电流测量范围为：(0.1～240)mA。被测对象为性能稳定的5级耐电压测试仪的交流电流部分，其电流测量范围(0.1～20)mA。按照下图1的接线方式如下：

          高压                                    高压

            回路     内置负载                         

                                                        回路端

               外置负载

耐电压测试仪效验仪                          耐电压测试仪

图1  耐压测试仪泄漏电流检定示意图

2  建立数学模型

式中：  △I—被检耐压测试仪漏电流示值误差，mA；

        IX—被检耐压测试仪漏输出的电流示值，mA；

        IN—耐电压试仪校验仪显示的电流示值，mA。

按上述模型可列出下面的合成不确定度的方差和灵敏度系数方程:

其中：

式中：uc(△I)—合成标准不确定度；

u(IX)—被检耐压测试仪引入标准不确定度；

u(IN)—耐电压试仪校验仪引入标准不确定度；

c(Ix)、c(IN)—灵敏度系数。

由于输入量之间均不相关，因此合成标准不确定度可以简化为：

3  标准不确定度分量的评定

根据上面选定的测量标准装置，在工频50Hz频率，电源电压为220V±10V条件下，对一台泄漏电流性能稳定的5级耐电压测试仪进行测量试验（被检耐压测试仪设置电压在510V到550V之间，耐电压测试仪校验仪选择内置负载电阻为1kΩ，并把微调电阻左旋归零），以交流泄漏电流5mA作为测试点进行评定。

3.1  被检耐压测试仪测量重复性引入的标准不确定度分量u1(IX)

输入量IX的标准不确定度u1(IX)主要是由被测耐压仪泄漏电流的测量重复性引起的，可通过连续测量列采用A类方法进行评定。

对被检耐压测试仪交流泄漏电流5mA点连续重复测量10次读数，测量结果如下表1:

表1  重复性的数据及结果(mA)

按照贝塞尔公式测得单次实验标准偏差如下:

mA   （n=10）

式中：s(Ix)—被检耐压测试仪交流泄漏电流测量的实验标准偏差；

Ixi—被检耐压测试仪第i次交流泄漏电流值；

Ix—被检耐压测试交流泄漏电流值测量平均值；

n—测量次数。

按照检定规程要求，实际检定时取2次测量结果的平均值作为校准结果，因此测量重复性引入的标准不确定度分量为：

mA   （N=2）

3.2  被检耐电压测试仪示值分辨率引入的标准不确定度分量u2(IX)

被耐电压测试仪在5mA所在量程对应其分辩率为0.001mA，服从均匀分布,则被检示值分辨力引入的标准不确定度分量为：

mA

由于u1(IX)与u2(IX)具有相关性，并且u2(IX)远小于u1(IX))，我们可以认为被检耐电压测试仪示值分辨率引入的不确定度分量己包含在重复性条件下所得测量列的分散性中，可忽

略不计。故被检耐压测试仪引入的不确定度分量为：

mA

3.3  耐电压试仪校验仪误差引入的标准不确定度分量u1(IN)

泄漏电流输入量IN的标准不确定度主要是由耐电压试仪校验仪误差引起的，可以采用B类方法进行评定。根据耐电压测试仪校验仪检定装置经上级计量机构校准结果，电流表功能符合1级的技术指标，在交流泄漏电流5mA点上技术指标e为:±(1%×5),按均匀分布，取覆盖因子k=，则：

mA

3.4  耐电压试仪校验仪示值分辨率引入的标准不确定度分量u2(IN)

耐电压试仪校验仪在5mA所在量程对应其分辩率为0.001mA，服从均匀分布，可见该标准不确定度分量远小于耐电压试仪校验仪的误差引入的标准不确定度分量，因此忽略不计。

故耐压测试仪效验仪引入的不确定度分量为:

mA

4 标准不确定度分量汇总

4.1标准不确定度分量及来源汇总（见下表2）

表2  交流泄漏电流标准不确定度一览表

4.2合成标准不确定度计算

根据一览表我们计算出合成标准不确定度为：

mA

5 扩展不确定度U

取包含因子k=2，则扩展不确定度为

mA

6 相对扩展不确定度Urel：

取包含因子k=2，则相对扩展不确定度为

，k=2 。

7 结语

本文在依据最新的JJG 795-2016《耐电压测试仪检定规程》并依照其计量标准的建立方法，进行针对耐压测试仪检定方法的学习与实践，并利用本实验室内自有仪器开展多次校准试验，积累了大量经验及数据，进而建立了耐电压测试仪检定装置。同时，依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》并参照本文对耐压测试仪泄漏电流的测量不确定度进行评定进行量化，得出耐压测试仪的泄漏电流示值误差-0.1%＜5%,不确定度评定结果为Urel=1.5%（k=2），泄漏电流检定结果及不确定度评定结果符合仪器检定开展要求。同理，本实验室试验得出电压和时间的校准结果及不确定度评定结果也均符合仪器检定开展要求。顺利建立的检定装置能够满足检定要求，提高了本实验室电学类计量仪器的校准能力，为开展检定工作提供重要的支持。借鉴于以上方法评定仪器的不确定度，可对今后开展电学类精密仪器的不确定度评定及计量标准建立，具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]耐电压测试仪：JJG 795-2016[S].北京：中国标准出版社,2016.

[2]测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].北京：中国标准出版社,2012.

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作者简介：王志华(1982-)，男，汉族，广东广州，中级工程师，本科。工作单位：广州市番禺质量技术监督检测所，主要从事电学及温度类计量检定工作。