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    电学计量——直流电压计量基础知识

    作者:  浏览量:2013  发布时间:2014-03-05


    直流电压是电磁学计量的基本参数许多电学量由它推导得出同时直流电压单位伏特还与国际单位制的复现紧密相关因此直流电压计量在电磁学计量中具有重要的地位直流电压的标准仪器主要有标准电池和固态电压标准

     

    第一节            直流电压计量概述

     

    直流电压的定义及其单位

          根据电磁场理论静电场是无旋场即静电场力作功与路径无关因此可以引入电位或电势的概念电场中某一点a的电位是指把单位正电荷从该点移动无穷远处电场力所作的功

    Ua = ·dl           (2-1-1)

          式中:E——电场强度单位为V/m;
                     l——积分路径单位为m;

                  Ua——a点的电位或电动势单位为V。

          电位是从能量角度描写电场性质的物理量它是标量可正可负电场中一点的电位和参考点选择有关(2-1-1)式定义的电位是取代无穷远处为参考点

          直流电压又称为电动势或电位差是指电场中的a、b两点之间的电位之差其定义是在电场中单位正电荷从a点移动b点时电场力所作的功

          Uab = -  ·dl = Ua - Ub (2-1-2)

          式中:Uab——a,b之间的电压单位为V。

          由此可见电压与所取的参考点无关只取决于两点的电位在实际电yabo亚博体育app下载中通常认为大地的电位为零

          在国际单位制中电压电位差电动势的单位名称是伏特伏特不是SI单位制中的基本单位是具有专门名称的导出单位其定义是从安培和力学单位功率瓦特导出的伏特的SI定义为:“在保持1 安培恒定电流的导线上两点之间导线上的功率消耗为1瓦特时两点之间的电压为1伏特”,表示伏特的符号为V,表示式为

          1V = 1W/1A (2-1-3)

          式中: A——安培

                     W——瓦特

          因此伏特与SI单位制中的基本单位有以下关系

          1V = 1m2·kg·s-3· A-1

          式中:m——SI 基本单位

                   Kg——质量SI基本单位千克

                     S——时间SI基本单位

                     A——电流SI基本单位安培

           在实际应中可以用SI词头和伏组合在一起构成倍数单位和分数单位常用的有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)、纳伏(nV)

           电动势工作基准一般由6~10只标准电池组成平时保存在温控油槽中检定周期规定为一年通常采用送检的方式可由电动势国家副基准检定以保证电压量值的准确统一检定电动势工作基准允许的扩展不确定度为U≤0.2μV。在二次溯源中间进行量值的自我跟踪也就是用核查标准校核的方法跟踪量值是否稳定可靠确保量值的准确

          10V电压工作基准有2~4只固态电压标准组成需保证在恒温实验室中检定周期规定为一年通常采用送检的方式由直流电压国家基准或副基准检定对于标准电池串联构成的10V电压工作基准也可由电动势国家副基准检定检定10V电压工作基准时允许的扩展不确定度为U≤2×107

           校准实验室电压参考标准一般是一等标准电池组成或(2~5)×10610V电压标准一等标准电池组一般采取送检的方式可直接用电动势工作基准检定各校准实验室将自己实验室的电压最高标准送到电动势工作基准实验室进行检定检定一等标准电池组允许的扩展不确定度为U≤0.8μV。量传后出具检定证书给出电压值及不确定度

          (2~5)×10610V电压标准一般也采取送检的方式目前由直流电压国家副基准或10V电压工作基准检定检定时允许的扩展不确定度为U≤(0.8~2)×106且应满足U≤1/2.5γ(10V电压标准的年变化相对值)。

     

    第二节             直流电压量值传递

     

           量值传递是统一计量器具的必要手段是保证计量结果准确可靠的基础直流电压量值传递是将国家电压基准所复现的电压单位量值通过检定的方式传递给下一等级的计量标准并依次逐级传递到工作计量器具以保证被计量的对象的量值准确一致

          我国直流电压计量一般采用实物标准进行逐级传递的方式即把标准电池或固态电压标准送到建高一等级的计量标准的计量部门检定应执行国家质量技术监督局制订的《JJG2087-99直流电压电动势计量器具检定系统》。检定合格的出具检定证书计量标准或工作计量器具取回可以继续使用检定不合格的出具检定结果通知书计量标准或工作计量器具取回以后不能继续使用

           目前用计量保证方案MAP进行传递的方式也值得推广尤其是对于10V量值可以采用固态电压标准作为传递标准这种量值传递方式不是将被检计量器具送上一级单位称中心实验室检定而是上一级计量技术机构将经过长期稳定性考核合格的便携式计量标准检定条件和方法交给被传递的下一级计量技术机构不给出校准结果下一级机构将传递标准作为未知标准进行校准考虑该校准实验室所yabo亚博体育app下载的所有偶然误差及系统误差包括时间运输操作者设备和周围条件的影响),并将传递标准和校准数据送回上一级机构然后中心实验室对yabo亚博体育app下载数据进行分析处理及审查给出的报告中包括该校准实验室电压单位与中心实验室电压的差值并列出测试期间观察到的该差值得不确定度在此实验应估计电压参考标准运输中产生的不确定度并包括在最后的不确定度来源中上一级机构对所有yabo亚博体育app下载数据进行处理分析并综合判断被检电压标准是否合格

           用计量保证方案MAP进行传递与通常的送检方式相比有突出的优点检定过程主要是由被检单位完成的即在被检单位的实验室里利用其计量标准和计量检定人员对传递标准进行校验这样不仅能考核其计量标准的准确度而且还可以对检定方法操作人员的技术水平和环境条件进行全面综合的考核通过对数据的分析还能发现问题便于上级机构对下级机构技术指导用计量保证方案的方式进行量值传递要有一定的条件首先标准必须便于携带第二传递标准必须有良好的稳定性第三是被检单位要具有相应的条件

           在国际上计量体系有两种模式一种是自上而下的逐级量值传递方式一种是自下而上的量值溯源方式

           我国的电压量值传递多年来采用了前一种方式保证了我国电压量值准确一致但是这种方式也有缺点人力物力浪费较大在运输过程中计量器具容易损坏不出现故障的计量器具有时也很难知道是否保持着检定时的准确度

           在电压量值传递时标准电池的运输就是难以解决的问题随着科学技术的发展计量测试工作必须适应市场经济的新情况国际上通常采用的溯源方式将会逐步得到发展作为量值传递的一种补充

     

    直流电压检定系统

     

           1998年起我过正式启用约瑟夫森阵列电压标准作为直流电压国家计量主副基准国家质量技术监督制订了《 JJG2087-99 直流电压电动势计量器具检定系统》,替代《 JJG2087-90 直流电动势计量器具检定系统》。该检定系统适用于1000V以下1000V)所有级别的直流电压电动势计量器具规定了直流电压国家计量基准复现直流电压单位伏特的原理方法和不确定度以及借助直流电压电动势国家计量副基准依次逐级向电压电动势工作基准标准和工作量具传递电压单位量值的程序指明了传递或检定的基准方法和相对应的扩展不确定度U(k=3)。该检定系统把工作计量器具的量值和直流电压国家计量基准的量值联系起来是直流电压量值传递的法定性文件在计量工作中具有十分重要的作用所涉及的直流电压计量基准器具有为直流电压国家计量基准国家计量作证基准国家计量副基准电动势国家计量副基准电动势工作基准和10V电压工作基准

           目前国家直流电压计量检定系统规定直流电压国家主基准与副基准作证基准之间每两年比对一次可采用直接比对或通过传递标准进行间接比对的方法当比对结果差值在允许的不确定度范围内时说明各基准均为处于正常运行状态可按原定技术指标进行工作当对比结果超出允许的不确定度范围时应分析对比结果超差的原因并报请相关领导部门决定是否重做


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