钳形电流表的计量研究

摘 要：钳形电流表是一种手持式多功能测量仪表，主要应用于电力、交通、电梯、能源等各个工业领域或科研部门的测量。为保证交、直流大电流测量的统一和准确可靠，对钳形电流表进行计量研究，具有非常明显的社会效益和经济效益。文章介绍了钳形电流表的工作原理、测量方法，并给出示值误差的测量结果不确定度评定实例。

关键词：钳形电流表；不确定度评定；计量

1主要工作原理

测量原理框图如下，采用直接比较法校准

（1）将被测导线置于钳口几何中心位置，调节电流源，使被校表的示值直接与标准电流的标准值相比较，如图1。

（2）将被测线圈置于钳口几何中心位置，调节电流源，使被校表的示值直接与标准电流同校验线圈比率乘积的值相比较，如图2。

2 不确定度评定示例

（1）测量依据：JJF1075-2001 《钳形电流表校准规范》。

（2）计量标准：钳形电流表校准装置 测量范围：交直流电流（0～20）A，线圈50匝。

（3）被测对象：数字钳形表 型号3288 HIOKI 量程100A/1000A。

（4）测量方法：对（0A～20A）电流采用直接比较法，调整被校钳形表零位，将被测导线置于钳口几何中心位置，调节电流源到已选定的校准点，交直流标准表9080A的示值为标准值，钳形电流表的示值为显示值；对20A以上电流采用等安匝法，将钳形电流表夹住50安匝线圈，而后在线圈中通入电流，通过读取交直流标准表的电流值乘以线圈50倍匝数得到标准电流值，用被测表显示值减去标准值为钳形电流表的示值误差。

（5）数学模型

式中：ΔI-被测电流表示值误差；Ix-被测电流表示值；IN-交直流标准表直流电流读数乘以50倍安匝数。

（6）输入量Ix的不确定度分量的评定

a.被校交流电流重复性引入的标准不确定度u（Ix1）

用A类标准不确定度评定，以交流100A量程20A点和1000A量程950A点为例，分别采用直接比较法和等安匝法。

校准20A点时，交流电源输出20A，钳形电流表读取测量值，连续测量10次，得到测量列20.1A、20.2A、20.1A、20.2A、20.1A、20.1A、20.1A、20.1A、20.2A、20.1A。根据贝塞尔公式

S=

计算得：S≈0.0483A；A类不确定度分量为：u（Ix1）=S/≈0.015A

校准950A点时，交流电源输出19A电流到50倍线圈，钳形电流表读取测量值，连续测量10次，得到测量列958A、956A、956A、957A、958A、958A、956A、957A、956A、958A。计算同上得：S≈0.943A

A类不确定度分量为：u（Ix1）=S/≈0.298A

b.由被校钳形电流表分辨率引起的不确定度u（Ix2）

钳形电流表在100A量程的分辨率为0.1A， （均匀分布，包含因子k=）

u（Ix2）=0.1/2=0.029A

钳形电流表在1000A量程的分辨率为1A， （均匀分布，包含因子k=）

u（Ix2）=1/2=0.289A

以上两项互不相关，合成得：

u2（IX）=u2（IX1）+u2（IX2）

校准20A点：u（Ix2）=A≈0.033A；

校准950A点：u（Ix2）=A≈0.415A。

c.由标准装置引入的B类不确定度分量u（IN）

由标准表9080A引入的不确定度分量u（IN1）：

由标准表说明书给出的准确度等级为0.02级，对20A、950A点测量时的不确定度分量（均匀分布，包含因子k=）：

校准20A点：u（IN）=0.02%×20/=0.0023A；

校准950A点：u（IN）=0.02%×950/=0.1097A.＼。

由50匝线圈引入的B类不确定度分量u（IN2）：

校准20A时，没有引入线圈，所以只在大于20A电流时引入这项不确定度。查技术说明书线圈最大允许误差±（0.25%×输出值+0.05A），对输出950A电流时（均匀分布，包含因子k=）不确定度为：

u（IN2）=（0.25%×950+0.05）/=1.400A。

以上两项互不相关，合成得：

u2（IN）=u2（IN1）+u2（IN2）

被标准装置引入的标准不确定度：950A点：

u（IN）=A≈1.404A。

（7）合成标准不确定度的计算

输入量IX与IN彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到。

20A：uc=≈0.033A；

950A：uc=≈1.464A。

（8）扩展不确定度的计算

包含因子k=2时的扩展不确定度为：

20A：U=uc×k=0.066A；50A：U=uc×k=2.928A。

（9）相扩展不确定度

20A：Urel=0.066/20=0.33%≈0.4%；50A：Urel=2.928/950=0.308%≈0.4%。

（10）根据JJF1075-2001 《钳形电流表校准规范》的规定，常规校准应对该交流电流表基本量程下限至上限均匀选取5个校准点，其余量限只校准满量程的95%。

其测量不确定度见表1。

参考文献

[1]JJF1059.1-2012.测量不确定度评定与表示[Z].