基于数字电压表的直流电位差计自动检定装置的讨论

基于数字电压表的直流电位差计自动检定装置的讨论

刘联峰袁志勇郭玉玲何彦琦

(国网新疆电力有限公司巴州供电公司新疆库尔勒841000)

摘要：目前我国电力企业发展迅速，数字电压表被广泛应用。但是规程对检定标准数字电压表的选择描述并不详尽，因此在实际使用中存在选择测量范围、准确度等级、标准溯源的问题。文章主要对使用直流数字电压表对直流电位差计检定方法中数字电压表的选择、溯源等问题进行了探讨和分析。

关键词：数字电压表；直流电位差计；自动检定装置；讨论

引言

直流电位差计具有准确度等级高、便于携带、价格低廉、测量结果准确可靠等优势，因此在企业、科研机构等相关单位广泛使用。在检定中通常采用的检定方法为对检法，即采用高等级的电位差计检定低等级的电位差计。但该方法在检定过程中需要反复的对检流计进行平衡调节，操作较为复杂，检定的效率较低。数字电压表具有读数方便、操作简单和接口丰富便于扩展等优势，若再配合计算机及相应软件控制则可实现自动测量、记录等优势，其检定效率将大大提升，因此数字电压表检定法在检定中采用的越来越多。

1概述

携带式直流电位差计(以下简称电位差计)内附标准电池、检流计和工作电源,其使用温度范围宽,体积小,携带方便,是工作现场电测量和非电测量广泛应用的测量仪器。目前检定电位差计均采用以标准直流电位差计为标准仪器的直接比较法,此方法虽准确可靠,但操作繁琐,费时,辅助设备多,环境条件要求高。随着数字仪表的广泛应用,采用高准确度、高稳定性、高线性及高分辨力的数字电压表(下称DVM)为标准来替代由标准电位差计、标准电池和检流计等辅助设备组成的传统检定装置,直接检定电位差计,省去了辅助设备,减少了误差来源,接线简单,省去了检定过程中调校标准和测量等平衡调节,操作简便,测量速度及读数快。大大提高了检定效率,并且还可实现电位差计的半自动检定和数据自动处理。

2数字电压表的选择

（1）实现对直流电位差计的自动测量、数据自动处理及自动生成原始记录功能。电位差计自动检定装置通过计算机和数据采集器的功能可以有效提高人工记录数据。（2）自动检定装置所使用的数字电压表的误差修正和mV、μV位数值的准确性及有效性确认。例如，目前常用的高等级数字电压表FLUKE八位半的8508A和吉时利七位半的2182A等，在中国计量科学研究院进行量值溯源时，其量值一般溯源至其最小量程的十分之一，即mV量程的级别。而在用数字表对直流电位差计进行检定的过程中，要求数字表的量程与被检直流电位差计的一致。但在实际使用及计量标准的考核中，对数字表在μV级别甚至nV级别数值的有效性及准确性难以确认。因此，对数字表的mV、μV及nV位数值的准确性及有效性需经确认和误差修正。（3）检定装置提供高稳定度的供电电压源。直流电位差计的高稳定供电电压源是其准确度的保证。

3数字电压表的溯源

电位差计检定时要对电位差计的每个测量盘的每个测量点进行检定。如基准值为1V，最小步进值为1μV的直流电位差计，则最小点应检定至1μV，且最小分辨力为0.1μV。若此时选用的数字表为2182A型，则选择的量程为10mV。此时按数字表的误差公式:读数×ppm+量程×ppm计算，因为读数值较小，则误差的主要贡献为量程误差，其读数误差可以忽略，其误差为:4×10－8V。但按照我们日常对数字表检定和使用的规则，一般按全检量程的10%～100%进行选点检定，其他量程为选点检定，下限为量程的10%，因此我们在10mV量程进行1μV的电压测量，该值的准确性若不经验证将无法保障。为了保障在该值数字电压的准确性，可以通过对小电压对量程电压进行校准和检验。一般的标准电压源的输出电压最小值也仅为mV级别，难以对μV级别电压校准。而标准电流源的最小输出值可以达到μA级别，且准确度等级也较高。如FLUKE的5700多功能校准器220μA量程、2.2mA量程的准确度均为:读数值×60ppm+10nA。因此可以采用一等标准电阻作为负载电阻，在电位端进行电压采样，一等电阻的年稳定性在6ppm以内，因此得到的电压误差则以电流误差为主要影响量的误差，根据不同的电流值可以获得不同的标准电压值，从而可以实现对数字表的校准验证。0.01级直流电位差计0.01，基准电压为1V，则仅常数项误差就为10μV，因此在μV量级，采用数字表做标准测量，其误差要求并不高。下面将对该方法进行验证试验，试验电阻采用的是1mΩ标准电阻，5700多功能校准器，电流根据所需电压进行调节。

采用此电流源在标准电阻上的压降采样法计算的理论数据和数字电压表上的电压显示数据基本吻合。该方法可以有效验证该数字表在其量程的下限测量中其准确度是否合格，同时可以根据该值对数字表的误差进行修正，保证其测量的准确性。

4装置的设计讨论

基于数字电压表的直流电位差计自动检定装置主要是完成对直流电位差计的直接自动测量。其主要是以数字电压表直接测量电位差计的方法为参考，通过对数字电压表误差进行修正补偿的方法，利用高稳定度电压源对电位差计进行供电，采用控制采集器以实现自动误差补偿，实现自动测量、自动处理测量数据的检定系统。项目参照国家检定规程给出的检定方法，为实现自动测量、自动化数据处理和提高数字电压表的准确度等级，检定装置中加入了误差补偿端口、数据采集控制器、PC终端、控制软件及相应的打印设备。该自动检定装置可以通过误差修正端口对数字电压表的误差进行补偿和修正，PC端通过控制采集器打开电位差计测量通道，对电位差计的电势进行测量，测量结果自动采用修正值进行修正，并将修正后的结果添加到原始记录模板的相应位置处。依次测量完成后，可将记录存储到存储器中，并可以通过外接打印设备完成原始记录的打印工作。

基于数字电压表的直流电位差计自动检定装置误差补偿装置是通过FLUKE多功能标准源的直流微小电流作为标准电流源，其在一等直流电阻器上的压降作为标准电压，用以对数字电压表上的mV、μV及nV位数值的准确性及有效性进行确认和误差修正。

基于数字电压表的直流电位差计自动检定装置的供电模块高稳定度供电电源采用二级稳压电路设计，一级稳压采用稳压器实现，二级稳压采用光电稳压系统。

基于数字电压表的直流电位差计自动检定装置在电位差计的检定过程中具有效率高、人为操作对误差影响小等优点，可大幅提升人员的工作效率，节约支出，保证其量值传递的准确、可靠和有效。

结语

随着数字表技术的快速发展，其在直流电位差计检定中的优势在不断凸显。利用数字表的高准确度等级、多量程、接口丰富等优势，配合计算机软件控制可以将电位差计的检定工作的效率有效提高，降低人工操作、计算成本。通过小电流源在标准电阻上压降的方法可以有效弥补数字表在量程下限的量值溯源和验证问题，并可以通过将验证值输入计算机软件，对各个量值进行误差修正，在测量过程中自动对测量值补偿，提高测量准确度。

参考文献:

[1]黄小平,蓝德良等.精密多功能恒流源.计量技术,2001(7)

[2]JJG125-1986直流电桥检定规程.北京:中国计量出版社

[3]JJG166-1993直流电阻器检定规程.北京:中国计量出版社