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直流稳压电源标准装置的研究

2012/9/21 19:13:23  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  【摘 要】 论述了建立直流稳压电源标准装置的基本步骤,主要讨论其数学模型的建立、不确定度的分析、重复性与稳定性验证的评价过程,并通过实验数据分析建立了直流稳压电源的二级计量标准.

  直流稳压稳流电源是工业仪器仪表测试计量的重要组成部分,对其进行校准检定有着重要的军事和民用价值,然而国家和军队一直没有出台有关对直流稳压电源建立检定标准的相关文件.因此,为了有效地开展直流稳压电源的检定工作,我站电源计量室根据总装电子基础部的批复,进行了建立直流稳压电源二级检定标准的研究,以确保直流稳压稳流电源量值的准确传递.

  1 建立测量标准的组成与工作原理

  本测量标准以34401A型数字多用表和C64型直流电流表为标准,检定方法采用直接和间接测量法进行各项指标的检定,此方法符合JJG(航天)6-1999《直流稳压电源检定规程》[1]的规定,检定原理图如下:

  标准表显示值为标准值Yr,被检电源显示值为Yt,则被检电源示值误差为:Δ= Yt-Yr.

  2 测量标准不确定度的评定

  根据JG(航天)6-1999《直流稳压电源检定规程》的技术指标可知:其主要检定项目为直流电压、直流电流、纹波、源电压效应以及负载效应等.由于源电压效应与负载效应均为直流电压的比值,因而只要对直流电压的示值误差进行分析即可.本标准主要对直流电压、直流电流及纹波(视为交流电压信号)建立测量标准.设被检对象输出示值为Yr,标准表的示值为Y,则系统的数学模型可表示为:Y = Yr

  2.1 直流电压部分

  根据数表的技术参数,选34401A数字多用表一个最好点直流10 V(10 V档)、一个最差点直流100 mV(100 mV档)进行评定.其不确定度主要来源(设环境、温度带来的影响忽略不计)为:a.校准34401A数字多用表的上级标准的标准不确定度,由上级计量机构给出,为B类不确定度,即:

  c. 34401A数字多用表的测量重复性,即示值的不重复性带来的不确定度由重复性验证中的Sn给出:

  2.2 纹波部分

  采用4800(30666)多功能校准源输出50 Hz,10 mV信号,对34401A数字多用表交流100 mV量程10 mV点进行评定.

  其不确定度主要来源(设环境、温度带来的影响忽略不计)为:

  a)校准34401A数字多用表的上级标准的标准不确定度,

  b)34401A数字多用表的年变化量,

  c)34401A数字多用表的测量重复性.

  其数据的计算过程同上,求得标准装置的纹波电压合成标准不确定度为:

  2.3 直流电流部分

  选C64直流电流表15 A量程的一个最好点15 A、一个最差点8 A进行评定.不确定度主要来源(设环境、温度带来的影响忽略不计):

  a)校准C64直流电流表的标准不确定度,

  b) C64直流电流表的年变化量,

  c) C64直流电流表的分辨力,

  d) C64直流电流表的测量重复性.

  通过计算.求得标准装置的纹波电压合成标准不确定度为:

  3 测量标准重复性和稳定性

  为了验证不确定度的分析过程,利用公式:

  计算重复性.为简便起见,这里只对直流电压测量重复性与稳定性进行分析.

  3.1 直流电压测量重复性

  在装置规定的工作条件下,对DH1716-4D直流稳压电源的10 V输出重复测量10次.

  将表1数据代入公式(1),求得Sn≈1.2×10-4V,而uc=2.0×10-5,将Sn化成与uc相同的量为1.2×10-5,小于直流电压合成标准不确定度的三分之二,因而装置的电压重复性符合要求.

  同理,其他各项(纹波、直流电流)的重复性指标都达到了要求.

  3.2 直流电压测量稳定性

  测量标准的稳定性采用5520多功能校准源作为信号源,对标准的评定点进行观测,每隔一个月观测一次,每次测量6个数据,测量4组,用下列公式计算:

式(2)中:xm为m次观测的算术平均值;xn为次观测时n个测量值的算术平均值.

  对10 V点直流电压测量稳定性进行评定的过程如下:

  将上述数据代入公式(2),求得xm=10.064 4,Sm≈1.0×10-4V,而uc=2.0×10-5,将Sm化成与uc相同的量为1.0×10-5< uc,装置直流电压稳定性符合要求.

  同理,其他各项(纹波、直流电流)的稳定性指标都达到了要求.

  4 测量标准不确定度的验证与结论

  根据本实验室的实际条件,采用两台比对法来对该标准进行验证.设测量结果为y和y0,则两台标准所测值比较应满足:

  从表3可以看出,以上各点的验证均满足要求,且符合GJB/2749-96的要求.经以上分析,从而得出其各项功能的扩展不确定度为:

  电压:4.0×10-5~8.0×10-5  (k =2)

  纹波:3.6×10-3(k =2)

  电流:4.4×10-3~7.4×10-3(k =2)

  依据规程JJG598-89、JJG(航天)6-1999、JJG124-93,可开展对直流稳压电源的检定工作.建立直流稳压电源的测量标准在我军具有较重要的军事应用价值,因此该标准的建立必须严格遵守军标的编写要求[2].由于国内目前还没有有关直流稳压电源的一级测量标准出台,因而本论文所阐述的观点仅用作二级及以下电学计量单位的工作参考.

  【参 考 文 献】

  [1] JJG(航天)6-1999,直流稳压电源检定规程[S].

  [2] GJB/J2749-96,建立测量标准技术报告的编写要求[S].

  【作者简介】 汪旭东(1978—),湖南祁东人,硕士研究生.主要研究方向为测试计量技术及仪器.

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