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提高0.2级交直流电表检定装置控制系统 的可靠性

发布时间:2018-12-29

 徐州电力试验中心计量所 

前言

本装置由三相多功能表GXM305、数字繁用表7151、大功率标准电阻BZ6高精度低频频率计GXLF5交直流标准源LLT801型构成,根据JJG124-2005《电流表、电压表、功率表及电阻表检定规程》、JJG6032006《频率表检定规程》、JJG4402008《工频单相相位表检定规程》、SD11083《电测量指示仪表检验规程》,采用直接比较法检定(校准)0.2级及以下等级交直流电流表、电压表;单、三相功率表;0.1级及以下等级频率表,以及1.0级及以下等级的单、三相相位表;单、三相整步表工作。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、 选题理由

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、计量标准器及主要配套设备


 

 

 

 

  

 

测量范围

不确定度

或准确度等级

或最大允许误差

制造厂及

出厂编号

检定或

校准机构

检定周

期或复

校间隔


三相数字功能表

GXM305

U  0750V

I  020A

P3×400V3×10A

Hz 4565Hz;

j  0360

0.05

0.05

     0.05

  0.02 (Hz)

0.20

珠海高新

 仪表公司

077

电力部江苏

计量测试中心

12个月


数字繁

用表

7151

U01000V

I 02A

Ω 020MΩ

DC0.02

上海电表厂9201537

电力部江苏

计量测试中心

12个月


大功率标准电阻

BZ6

0.01Ω

0.1Ω

0.01

上海电表厂74008

83090

电力部江苏

计量测试中心

12个月


高精度低频

频率计

GXLF5

106000 Hz

0.01

九江电表厂

025

电力部江苏

计量测试中心

12个月


















 

 

 

 

仪表校验装置

LLT801

U 0600V

I  020A

P 3×600V

     3×20A

j  03600

Hz4070Hz

 

 

 

 

 

±0.05%

        ±0.05%

 ±0.05%

 

±0.20

±0.05 Hz

输出稳定度:

0.02%/2min

波形失真度:

0.5%

纹波系数:<1%

1200±0.50(三相四线)

600±0.50(三相三线)

 

深圳雷力特0074

江苏电研所电测

9909-47

36个月


三、计量标准的主要技术指标


1.准确度等级:交流电流表、电压表、功率表±0.05% 频率:±0.01Hz;相位:±0.2°

               直流电流表、电压表±0.05%

2.装置扩展不确定度:

  0.2交流仪表: 电压、电流、功率        U5.8×10-4   k=2p=95%

      0.1频率表:                           U2.3×10-4   k=2p=95%

      1.0相位表:                            U2.8×10-3  k=2p=95%

  1.0级整步表                            U2.4×10-3  k=2p=95%

      0.2直流仪表:  电流、电压              U4.0×10-4    k=2p=95%

3.测量范围:  ACU  3×(0~500VV

I   3×(0-20A

F   45Hz-65Hz

φ:  0~±3600

                   DCU   0.1V-1000V

                    I    1mA-10A

4.输出波形失真度:<0.5%

5.输出纹波系数:   1%

6.输出稳定度:    2×10-4/30S


四、环境条件


序号

项 目

   

   

 


1

温 度

20±2.0)℃

19.2---21.5

合格


2

湿 度

40%60%

42%---58%

合格


3

  

无震动

检流计无晃动

合格


4

  

防尘良好

手摸无灰尘

合格


5

防外电场

5μv

合格


6

外磁场影响

0.05mT

合格


7

交流畸变因数

1

0.5

合格


8

直流测量纹波

1

0.3

合格


9

室内摆设

整齐

整齐

合格


五、计量标准的量值溯源和传递框图


       

 

 

 

 

 

 

 


六、检定和校准结果的测量不确定度评定

交流部分

本装置申请开展的检定项目有:交流电压表、电流表、单相功率表、三相功率表、频率表及相位表,整步表。以下对于装置的不确定度分别进行评定。

1.测量方法:根据SD111-83《交流仪表检验装置检定方法》选用0.05级多功能表GXM 305为标准表,配以交流三相源LLT801,组成0.2级及以下三相指示表示值误差测量系统。

2.数学模型:设标准表示值为X0,被检表示值为X,则被检表示值误差表达式为:Δ=X-X0

方差和灵敏系数:

     uc2y=    uc2= 

                       

3.测量不确定度分析:由测量方法和数学模型可知,测量不确定度来源有以下因素:

① 标准表不准确;   

② 标准表的分辨率;   

③ 各种随机因素的影响使读数不重复。  

4.标准不确定度分量评定

41各种随机因素的影响使读数不重复所引入的不确定度分量u1A类评定.

选择性能稳定的被检表,对于单相电压、电流、频率、单相功率,三相功率、频率、相位在重复性条件下测试10, 其数据如下:  

 

 

 

根据贝塞尔公式可得测量结果的相对实验标准差: 

工作中取一次读数作为测量结果,故标准不确定度为:

      u1U=1.43×10-5    u1I=1.84×10-5     u1PA=2.27×10-5

      u1P=1.28×10-5     u1P=6.46×10-6   u1(φ)=0.94×10-4    u1f=1.4×10-5

其自由度:V1=n-1=9

42标准不确定度分量的B类评定.

421标准表不准确引入的不确定度分量u2B类评定。查手册电压、电流、功率的准确度为0.05% 。在±0.05%区间内呈均匀分布,查JJF1059-2012中表2可知k =   则标准不确定度为: 

          u2= =2.89×10-4       自由度:V2    

         即:u2U=2.89×10-4         u2I=2.89×10-4       

             u2PA=2.89×10-4         u2P=2.89×10-4       

频率的准确度为0.02% 。在±0.02%区间内呈均匀分布,查JJF1059-2012中表2可知k =   则标准不确定度为: 

u2f= =1.15×10-4       自由度:V2    

相位的准确度为0.2° 。在±0.2%区间内呈均匀分布,查JJF1059-2012中表2可知k =   则标准不确定度为:

          u2(φ)= =1.15×10-3       自由度:V2    

422标准表分辨率引入的不确定度分量u3B类评定.

  根据手册技术指标,标准表分辨率为: 电压:BU=10-5  电流: BI=10-5  功率: BP=10-5  

                                  频率: Bf=10-5    相位: Bf=10-3  

 在各自的±0.5区间内呈均匀分布,查JJF1059-2012中表2可知k =

       则标准不确定度为:

          u3U=2.89×10-6             u3I=2.89×10-6      u3P=0.289×10-6

u3f=2.89×10-6              u3(φ)=5.0×10-4

自由度:V3  

5. 合成标准不确定度评定:

51标准不确定度一览表(以单相功率为例)  

 

 

52 合成标准不确定度:

            

   代入以上数据,可得:ucU=2.899×10-4 =0.02899 %

53 有效自由度

6. 确定扩展不确定度:

6.1 确定包含因子k 

由以上计算得,  有效自由度,根据要求置信水平p  = 0.95,查t分布表得

t95= 1.960    故取:k = 1.960

6.2  计算扩展不确定度:  U  = kuC = 1.960×2.89×10-4 =5.6644×10-4  5.7×10-4 = 0.057 %

7.报告测量不确定度:

   由以上评定可知,用0.05级三相多功能标准表GXM 305作标准,采用直接比较法检定0.2级单相功率表,在量程5A×150V时的扩展不确定度为:UPA=0.057% k =2p=95%

   用同样的方法可以计算出,用0.05级三相多功能标准表GXM 305作标准,采用直接比较法检定0.2级交流电流表在5A满量程、交流电压表在150V满量程、三相三线功率表,三相四线功率表在100V5A满量程、频率表在50Hz、相位表在100V的扩展不确定度分别为:

                       电压:   UU  =0.057%         k =2p=95%

                       电流:   UI   =0.058%         k =2p=95%

                   单相功率:   UPA  =0.058%         k =2p=95%

三相三线功率:  UP   =0.058%         k =2p=95%

三相四线功率:  U P =0.058%         k =2p=95%

频率:    Uf    =0.023%         k =2p=95%

相位:     U(φ)   =0.102%         k =2p=95%

直流部分

本装置申请开展的检定项目有:直流电压表、直流电流表,对于装置的不确定度进行分别验证。

1.测量方法:根据SD112-1983《直流仪表检验装置检定方法规程》选用0.02级数字繁用表、0.01级标准电阻和0.05LLT801标准直流源采用直接比较法检验0.2级及以下等级的直流电压表和直流电流表。

2. 数学模型:设标准表示值为U0I0)被检表示值为UX,IX)则被检表示值误差表达式为:

                       Δ= UX - U0      Δ=IX - I0

方差和灵敏系数:

           uc2y=    uc2= 

                              

3.测量不确定度分析:由测量方法和数学模型可知,测量不确定度来源有以下因素:

① 标准源不准确;   

② 标准源的分辨率;  

③各种随机因素的影响使被检表读数不重复.

4.标准不确定度分量评定

①各种随机因素的影响使被检表读数不重复所引入的不确定度分量u1A类评定.

C41-AV表在直流电压150V,直流电流10A处做重复性测试10,其数据如下:

                                      

 

根据贝塞尔公式可得测量结果的相对实验标准差:         

在实际工作中,通常取一次的值作为标准偏差估计值。

          故:Uu1=S=0.001%=1.0×10-5    Iu1=S=0.0075%=7.5×10-5  

              其自由度:V1=n-1=9

②标准表不准确引入的不确定度分量u2B类评定.

u2 (I)标准电阻+标准表的允许最大误差为±0.03%(相对于各量程),误差在±0.03%区间内呈均匀分布,取K=,则标准表的不确定度为:

u2=0.03%/=1.73×10-4             自由度:V2趋向于∞ 

u2 (U)标准表的允许最大误差为±0.02%(相对于各量程)误差在±0.03%区间内呈均匀分布,取k =,则标准表的不确定度为:

           u2=0.02%/=1.15×10-4              自由度:V2趋向于∞

③ 标准表的分辨率引入的不确定度分量u3B类评定.

根据手册技术指标,标准表的分辨率为:  1×10-6 ,在±0.5×10-6区间内呈均匀分布,取k =

则此项的不确定度分量为:

           u3 =0.5×10-6/=2.89×10-6            自由度:V3趋向于∞ 

5.合成标准不确定度评定

51标准不确定度一览表

     

52合成标准不确定度:

             

   分别将u1(I)  u1(U)代入以上数据,可得: ucU=1.73×10-4     ucI=1.89×10-4

53 有效自由度  ucI

6.确定扩展不确定度

6.1 确定包含因子 k

由以上计算得,  有效自由度,根据要求置信水平 p = 0.95,查t分布表得:

t95= 1.960    故取:k  = 1.960

6.2  计算扩展不确定度:  U U = kuC = 1.960×1.73×10-4 = 3.39×10-4 = 0.034%

                         U I = kuC = 1.960×1.89×10-4 = 3.7×10-4 = 0.037%

7. 报告测量不确定度:

由以上评定可知,选用0.02级数字繁用表和0.01级标准电阻标准表作为计量标准,采用直接比较法检定0.2级直流电压在150V满量程、检定0.2级直流电流表在10A满量程时的扩展不确定度为:

直流电压:    U =3.5×10-4=0.04%    k =2p=95%

直流电流:    U =3.8×10-4=0.04%    k =2p=95%

 

 

 

 

                                                                                       

七、检定和校准结果的验证

 

直流部分:

 用本装置标准直流源(LLT801)标准电阻+数表7151与标准电阻+数表5017检定同一个被检表C41-AV,其测量结果如下:

技术要求:

若对两台(套)具有相同最大允许误差的仪器进行比对,则可用两台(套)仪器分别测量同一稳定的测量对象,若得到的测量结果分别为y1y2,于是:

1) 假定仪器的测量结果满足均匀分布,故两者的由仪器误差所引入的标准不确定度均为:  a为仪器允许误差限的绝对值;

2) 若其他影响均可以忽略,并取k=2,故两者的扩展不确定度U1=U2=  于是比对结果应满足:     即:

           1.63a=1.63×0.05%=0.082%

        从上表中可看出比对结果满足要求。装置合格。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

交流部分

   采用传递比较法。

   选稳定被检表MT3000A,用本装置进行测量,结果为y;电力部江苏省计量中心检定,结果为y0 

 

    

 

技术要求:

若用被考核计量标准和高一级计量标准进行测量时的扩展不确定度(k=2)分别为UU0,它们的测量结果分别为yy0,则应满足:  成立时,可忽略U0的影响,则应满足:

   从上表中可看出:成立,装置合格。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

、结  

   

    由以上的分析计算、验证,本装置计量标准符合国家检定系统的要求,能提高0.2级交直流电表检定装置控制系统的可靠性、安全性和稳定性。装置各项技术指标,均符合JJG124-2005《电压表、电流表、功率表及电阻表检定规程》、 JJG6032006《频率表检定规程》、 JJG4402008《工频单相相位表检定规程SD110-83(电测量指示仪表检定规程)SD111-83(交流仪表检验装置检定方法规程)SD112-83(直流仪表检验装置检定方法规程)和的具体要求,可以开展0.2级及以下等级交直流电压表、电流表、单、三相功率表;0.1级及以下等级频率表,以及1.0级及以下等级的单、三相相位表;单、三相整步表的检定(校准)工作。

 

 

 

 

 

、附加说明

 

 

附录:

1、 JJG124-2005《电流、电压、功率表及电阻表检定规程JJG 603-2006《频率表检定规程

2、 JJG4402008《工频单相相位表检定规程SD110-83《电测量指示仪表检定规程》SD111-83《交流仪表检验装置检定方法规程》

SD112-83《直流仪表检验装置检定方法规程》 

3、计量标准履历表

4、装置操作规程

5、主标准器历年检定证书