JJF 1075-2015 钳形电流表校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 0 7 52 0 1 5钳形电流表校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC l a m pA mm e t e r s 2 0 1 5-1 2-0 7发布2 0 1 6-0 6-0 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布钳形电流表校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC l a m pA mm e t e r sJ J F1 0 7 52 0 1 5代替J J F1 0 7 52 0 0 1 归 口 单 位:全国电磁计量技术委员会 主要起草单位:天津市计量监督检测科学研究院 参加起草单位:长沙天恒测控技术有限公司 本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释J J F1 0 7 52 0 1 5本规范主要起草人:马连慧(天津市计量监督检测科学研究院)刘 勇(天津市计量监督检测科学研究院)孙 冰(天津市计量监督检测科学研究院)参加起草人:周新华(长沙天恒测控技术有限公司)J J F1 0 7 52 0 1 5目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量特性(1)5 校准条件(1)5.1 环境条件(1)5.2 测量标准及其他设备(2)6 校准项目和校准方法(3)6.1 校准项目(3)6.2 校准方法(3)7 校准结果表达(6)8 复校时间间隔(7)附录A 钳形电流表电流测量不确定度评定示例(8)附录B 钳形电流表校准方法介绍及误差分析(1 1)附录C 钳形电流表电流最大允许误差表示形式(1 5)附录D 钳形电流表校准原始记录格式(1 6)附录E 钳形电流表校准证书内页格式(1 8)J J F1 0 7 52 0 1 5引 言 本规范依据J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则、J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示、J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义编制。本规范是对J J F1 0 7 52 0 0 1 钳形电流表校准规范的修订。与J J F1 0 7 52 0 0 1相比,主要修订的内容有:编写格式符合J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则的要求;对适用范围进行了调整。将钳形电流表的工作频率范围调整为直流或(4 54 0 0)H z;扩大了电流测量范围,由原来的(0.110 0 0)A扩大为(0.120 0 0)A;把被校表的准确度等级提高到0.2级;对扩展不确定度的k值重作规定,规定k=2;对校准方法重新作了划分,划分为四个方法:1)标准电流源法;2)标准表比较法;3)标准互感器法;4)标准电阻法;附录A增加了钳形电流表电流测量不确定度评定示例;附录B增加了钳形电流表校准方法介绍及误差分析;附录C增加了钳形电流表电流最大允许误差表示形式;附录D、E增加了钳形电流表校准原始记录/校准证书内页格式。本规范历次版本的发布情况为:J J F1 0 7 52 0 0 1。J J F1 0 7 52 0 1 5钳形电流表校准规范1 范围本规范适用于线路电压不超过6 5 0V,直流或交流频率为(4 54 0 0)H z、电流(0.120 0 0)A钳形电流表的校准,也适用于多功能钳形表电流功能的校准。不适用于钳形泄漏电流表的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G1 2 42 0 0 5 电流表、电压表、功率表及电阻表J B/T9 2 8 51 9 9 9 钳形电流表凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 概述钳形电流表(包括数字式、指针式)是一种将开合的磁路套在载流导体上测量其电流值的仪表。它的特点是无需断开回路,即可测量被测电路的电流。按照测量原理钳形电流表又可分为互感器式、霍尔效应式以及磁平衡式等。互感器原理的钳形电流表仅能测量交流电流,霍尔效应原理和磁平衡原理的钳形电流表可测量交直流电流。4 计量特性电流:测量范围:(0.120 0 0)A;工作频率:直流或交流频率(4 54 0 0)H z;最大允许误差见表1,其中数字式钳形电流表的误差用相对误差表示,指针式钳形电流表的误差用引用误差表示。误差表示形式见附录C。表1 钳形电流表最大允许误差准确度等级0.2级0.5级1.0级2.0级5.0级最大允许误差0.2%0.5%1.0%2.0%5.0%注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。5 校准条件5.1 环境条件环境温度:(2 05);1J J F1 0 7 52 0 1 5相对湿度:(5 52 0)%;电磁场:周围不存在影响测量的电磁干扰。5.2 测量标准及其他设备测量标准及其对应的校准方法见表2。表2 测量标准及其对应的校准方法测量标准校准方法标准电流源(多功能校准器)标准电流源法标准电流表标准表比较法标准电流表、标准电流互感器标准互感器法标准数字电压表、标准电阻标准电阻法 由测量标准引入的扩展不确定度(k=2)一般不超过被校表允许误差绝对值的1/4,分辨力一般不超过被校表允许误差绝对值的1/1 0。5.2.1 标准电流源(多功能校准器)对标准电流源的要求见表3。表3 对标准电流源的要求被校表准确度等级0.2级0.5级1.0级2.0级5.0级标准电流源最大允许误差0.0 4%0.1%0.2%0.4%1%标准电流源3 0s稳定度0.0 2%0.0 5%0.1%0.2%0.5%标准电流源调节细度0.0 2%0.0 5%0.1%0.2%0.5%直流电流源纹波含量1%1%1%1%1%交流电流源失真度1%1%1%1%1%5.2.2 标准电流表对标准电流表的要求见表4。表4 对标准电流表的要求被校表准确度等级0.2级0.5级1.0级2.0级5.0级标准电流表最大允许误差0.0 4%0.1%0.2%0.4%0.5%5.2.3 标准电流互感器对标准电流互感器的要求见表5。表5 对标准电流互感器的要求被校表准确度等级0.2级0.5级1.0级2.0级5.0级标准电流互感器准确度等级0.0 1级0.0 2级0.0 5级0.1级0.2级2J J F1 0 7 52 0 1 55.2.4 标准数字电压表对标准数字电压表的要求见表6。表6 对标准数字电压表的要求被校表准确度等级0.2级0.5级1.0级2.0级5.0级标准数字电压表最大允许误差0.0 4%0.1%0.2%0.4%0.5%5.2.5 标准电阻被校钳形电流表为0.2级时,标准电阻应符合0.0 1级要求;被校表为其他级别时,标准电阻应符合0.0 2级要求。必要时应浸至恒温油槽内控温。5.2.6 其他设备a)交直流电流源交直流电流源3 0s内电流稳定度不大于被校表允许误差限值的1/1 0。b)电流升流器电流升流器范围能覆盖被校表的校准范围。c)相应的调节设备调节设备的调节细度不大于被校表允许误差限值的1/1 0。调节设备应连续可调至被校表的任何校准点(数字式)或任何一个数字分度线(指针式)。6 校准项目和校准方法6.1 校准项目校准项目:交直流电流。6.2 校准方法6.2.1 工作正常性检查a)钳形电流表应标有型号、出厂编号、生产商等标识和正确使用的标志。钳口端面清洁干净并保证两端面接触完好,不应有可以引起测量错误和影响测量准确度的缺陷。b)对数字式钳形电流表应做通电检查,并观察当电流源输出连续变化的信号时被校表的显示能否作相应变化。6.2.2 校准的一般规定a)测量时除被测导线外,其他所有载流导体与被校表之间的距离应大于0.5m(包括被测导线弯曲部分)。b)仅有直流或交流功能的多量程钳形电流表一般选取误差限最小的量程为基本量程;交直流两用多量程钳形电流表一般选取交流量程且误差限最小的量程为基本量程。其他量程为非基本量程。c)有额定频率范围的钳形电流表在5 0H z频率下校准。d)数字式钳形电流表校准点的选取原则为:基本量程下限至上限均匀选取不少于5个校准点,非基本量程只校准满量程的9 5%。e)指针式钳形电流表校准点的选取原则为:基本量程选取有效范围内的数字分度3J J F1 0 7 52 0 1 5线,非基本量程只校准上限分度线。f)也可根据用户要求选取基本量程、校准频率、校准点等。g)对每个校准点读数两次,指针式钳形电流表上升和下降各一次。h)指针式钳形电流表校准读取数值时,应减小视差。6.2.3 交直流电流校准按测量原理可归纳为四类:标准电流源法、标准表比较法、标准互感器法、标准电阻法。校准方法及其对应的被校表见表7。在满足校准结果测量不确定度的条件下,允许使用本规范未规定的校准方法。推荐见附录B。表7 校准方法及其对应的被校表校准方法被校表标准电流源法交直流钳形电流表标准表比较法交直流钳形电流表标准互感器法交流钳形电流表标准电阻法交直流钳形电流表6.2.3.1 标准电流源(多功能校准器)法标准电流源的主要技术指标应满足表3的要求,校准原理如图1所示。Ix被校钳形电流表图1 标准电流源法的原理图调整被校钳形电流表的零位并处于标志位置,将被测导线置于钳口近似几何中心位置或标志位置。调节电流源,使被校表顺序地指示在已选定的校准点(数字式)或数字分度线(指针式),并记录在校准已选定点时标准电流源输出的电流实际值I1,则示值误差按公式(1)计算:=I-I1(1)式中:被校钳形电流表示值误差,A;I 被校钳形电流表显示值(数字式)或指示值(指针式),A;4J J F1 0 7 52 0 1 5I1 标准电流源输出电流实际值,A。6.2.3.2 标准表比较法标准电流表应符合表4的要求,校准原理如图2所示。钳形电流表的校零、放置位置、调节校准指示点等步骤同6.2.3.1,记录在校准已选定点时标准电流表的电流实际值I2,则示值误差按公式(2)计算:=I-I2(2)式中:I2 标准电流表电流实际值,A。其余符号含义同式(1)。Ix被校钳形电流表;In标准电流表图2 标准表比较法的原理图6.2.3.3 标准互感器法标准电流表、标准电流互感器应符合表4、表5的要求,校准原理如图3所示。钳形电流表的校零、放置位置、调节校准指示点等步骤同6.2.3.1,记录在校准已选定点时标准电流表的电流实际值I2,则示值误差按公式(3)计算:=I-KiI2(3)式中:Ki 标准电流互感器的额定变比系数。其余符号含义同式(1)式(2)。Ix被校钳形电流表;In标准电流表;BL标准电流互感器图3 标准互感器法的原理图5J J F1 0 7 52 0 1 56.2.3.4 标准电阻法当标准数字电压(多用)表的误差绝对值不大于被校表允许误差绝对值的1/5时,可采用标准电阻法进行校准,要求见表6,校准原理如图4所示。采用这种校准方法,必须注意标准电阻的取值。根据被校表所选取的校准点,既要保证回路电流不大于标准电阻的额定电流值,又尽可能使标准数字电压表的读数接近其满量程值。由数字多用表输入阻抗所引起的附加误差绝对值应不大于被校表允许误差绝对值的1/1 0。标准数字电压表要按说明书要求进行预热和预调,选择合适的功能和量程。作为交流标准的数字电压表,必须有与被校表校准频率相同或相近的检定或校准结果。Ix被校钳形电流表;Rn标准电阻图4 标准电阻法的原理图钳形电流表的校零、放置位置、调节校准指示点等步骤同6.2.3.1。设测得标准电阻两端电压实际值为Vn,标准电阻实际值为Rn,被校准点的示值误差按公式(4)计算:=I-VnRn(4)式中:Vn 数字电压表实际值,V。Rn 标准电阻实际值,。其余符号含义同式(1)。7 校准结果表达校准证书应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)客户名称和地址;d)被校对象的描述和明确标识;e)证书唯一性标识,每页及总页数的标识;f)校准日期;g)校准地点;h)校准所依据的技术规范(名称及代号);i)校准所用标准的溯源性和有效性;6J J F1 0 7 52 0 1 5j)校准环境的描述;k)校准结果及测量不确定度;l)校准证书签发人的签名及签发日期;m)校准结果仅对被校对象有效的声明;n)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。8 复校时间间隔建议钳形电流表复校时间间隔为一年。根据被校表的使用环境条件、频率等也可由用户自主决定复校时间间隔。7J J F1 0 7 52 0 1 5附录A钳形电流表电流测量不确定度评定示例A.1 概述A.1.1 测量方法如图A.1所示。Ix被校钳形电流表图A.1 标准电流源法的原理图A.1.2 计量标准:主要计量标准设备为钳形表检定装置。技术性能如表A.1所示。表A.1 实验室的计量标准器和配套设备序号设备名称测量范围技术指标1钳形表检定装置0.0 2A0.2A0.5A5A2A2 0A5A5 0A1 0A1 0 0A2 5A2 5 0A5 0A5 0 0A1 0 0A10 0 0A(0.0 3%输出值+0.0 2%满量程)A.1.3 被校对象:钳形电流表,技术指标:6 0 0A/10 0 0A:1.5%5字。A.2 不确定度来源A.2.1 钳形电流表测量结果的重复性引入的不确定度,A类评定;A.2.2 钳形电流表分辨力引入的不确定度,B类评定;A.2.3 由于导线近似置于钳口几何中心位置,近似与电流互感器窗口垂直,其引入的不确定度可归为重复性引入的不确定度,导线长度符合本校准规范的规定,对测量结果影响可忽略。A.2.4 由于钳形表检定装置示值不准引入的不确定度,B类评定。A.3 测量模型=I-I1(A.1)8J J F1 0 7 52 0 1 5A.4 不确定度传播律由于输入量I,I1独立,则有u2c=c21u21(I)+c22u22(I1)(A.2)式中灵敏系数c1=/I=1;c2=/I1=-1A.5 标准不确定度评定A.5.1 钳形电流表重复性引入的不确定度,用标准不确定度A类评定。以校准钳形电流表示值1 0 0A(5 0H z)为例,用钳形表检定装置对钳形电流表重复测量1 0次,测量结果见表A.2。表A.2 电流重复性测量数据第i次测量交流电流/A11 0 0.621 0 0.731 0 0.741 0 0.551 0 0.761 0 0.671 0 0.681 0 0.691 0 0.51 01 0 0.6平均值1 0 0.6 1实验标准差0.0 7 38 其单次实验标准差s(xi)=1n-1ni(xi-x)2式中:xi 第i次测量值,A;x n次测量的平均值,A;n 重复测量的次数。s=0.0 7 38A;校准时取两次测量结果平均值,故A类不确定度分量u1(I0 1)为:u1(I0 1)=s/2=0.0 5 22AA.5.2 钳形电流表分辨力引入的不确定度,用标准不确定度B类评定。测量钳形电流表1 0 0A时的分辨力为0.1A,按均匀分布计算,分辨力引入的不确9J J F1 0 7 52 0 1 5定度分量u1(I0 2)为:u1(I0 2)=0.1A/2 3=0.0 2 89AA.5.3 由钳形表检定装置示值不准引入的不确定度,用标准不确定度B类评定。钳形电流表检定装置在1 0 0A时最大允许误差为0.0 5A,按均匀分布考虑,k=3,故钳形电流表检定装置引入的不确定度分量u2(I1)为:u2(I1)=0.0 5A/3=0.0 2 89A由于重复性分量包含分辨力引入的不确定度分量,为避免重复计算,只计算最大影响量u1(I0 1),舍弃u1(I0 2)。A.6 合成标准不确定度及扩展不确定度A.6.1 主要标准不确定度汇总见表A.3。表A.3 不确定度汇总表不确定度来源标准不确定度分量灵敏系数u1(I)钳形电流表测量结果重复性引入的不确定度0.0 5 22A1钳形电流表分辨力引入的不确定度0.0 2 89A(舍)1u2(I1)由于钳形表检定装置示值不准引入的不确定度0.0 2 89A-1A.6.2 合成标准不确定度计算以上各项标准不确定度分量是互不相关的,所以合成标准不确定度为:uc=u21+u22=0.0 5 96AA.6.3 扩展不确定度计算取包含因子k=2,则扩展不确定度:U=k uc0.1 2AA.7 测量结果的表述在本实例中,钳形电流表交流1 0 0A的测量结果见表A.4。表A.4 测量结果不确定度频率/H z标准值/A钳形电流表显示值的平均值/A测量结果扩展不确定度/A,k=25 01 0 0.0 01 0 0.6 10.1 201J J F1 0 7 52 0 1 5附录B钳形电流表校准方法介绍及误差分析钳形电流表的校准方法一般采用单匝法或等效安匝法。单匝法能对测量数据进行有效溯源,适用于高、低准确度钳形电流表的校准;等效安匝法难以进行测量数据的直接溯源,仅适用于低准确度钳形电流表的校准。可根据被校钳形表的电流测量范围及准确度等选择合适的测量方法。B.1 钳形电流表测量有限长导线电流的误差分析钳形电流表是通过检测磁场来间接测量电流的仪表,最理想的校准方法是用标准电流源对一根无限长导线施加测试电流,并使该导线垂直穿过被校钳形表电流钳的几何中心。实际中,因导线不可能无限长,会带来较大的误差。图B.1 有限长导线磁感应强度Bx 图B.2 无限长导线磁感应强度B0如图B.1所示,有限长载流导线W1在P点所产生的磁感应强度:Bx=0I0c o s2 r(B.1)式中:0 真空中的磁导率;I0 流过载流导线的电流,A;r P点到载流导线中心线的垂直距离,m。=a r c t a n2rL(B.2)式中:L 载流导线的长度,m。11J J F1 0 7 52 0 1 5如图B.2所示,无限长载流导线W0在P点所产生的磁感应强度:B0=0I02 r(B.3)钳形电流表所测量的电流值与其所检测到的磁感应强度成正比。由此可得到有限长载流导线所带来的系统相对误差:=(Bx-B0)B01 0 0%(B.4)将式(B.1)、式(B.2)、式(B.3)代入式(B.4)可得到:=(c o s-1)1 0 0%(B.5)如图B.3所示,钳形电流表测量有限长导线电流会产生误差,表B.1列出了D与L在不同取值下的误差。表B.1 D与L在不同取值下的系统误差表序号钳形电流表检测线圈直径D/mm载流导线长度L/mm误差/%1234561 0 08 06 04 02 01 02 0 0-1 0.5 5 7-7.1 5 2-4.2 1 7-1.9 4 2-0.4 9 6-0.1 2 57891 01 11 21 0 08 06 04 02 01 05 0 0-1.9 4 1-1.2 5 6-0.7 1 2-0.3 1 8-0.0 8 0-0.0 2 01 31 41 51 61 71 81 0 08 06 04 02 01 010 0 0-0.4 9 6-0.3 1 8-0.1 8 0-0.0 8 0-0.0 2 0-0.0 0 521J J F1 0 7 52 0 1 5图B.3 载流导线与钳形表测量误差分析模型从表B.1中我们可以看出:有限长钳形电流输出环会给电流测量带来系统误差,钳形电流表检测线圈直径D越大,测量所产生的系统误差越大;当钳形电流表检测线圈直径D固定时,钳形电流输出环的载流导线长度L越大,系统误差越小。以上仅分析了载流导线直线部分的误差,但不代表全部载流导线(钳形电流输出环)所产生的系统误差,因此不能把表B.1中的误差视为钳形电流输出环的系统误差,亦不能作为钳形电流输出环的不确定度分析的依据。B.2 单匝法钳形电流输出环的结构范例如图B.4所示,铜环制作中,应保持A-A成轴对称,直径不小于1m,与电流源端子应保持可靠牢固的连接并接触良好。持续大电流工作时,其温升应不超过2 0。铜环应方便拆卸,便于使用高等级的穿心电流互感器或直流比较仪对装置进行交直流电流的量值校准。图B.4 单匝钳形电流输出环结构对钳形电流输出环交流电流校准时,使用一只高等级的穿心电流互感器(铁心的几何中心置于钳形表钳口放置处)和高等级的交流电流表,其不确定度不大于被校装置允许误差绝对值的1/4。对钳形电流输出环直流电流校准时,使用一只高等级的穿心式直流比较仪(铁心的几何中心置于钳形表钳口放置处)和高等级的直流电流表,其不确定度不大于被校装置允许误差绝对值的1/4。31J J F1 0 7 52 0 1 5该方法是校准钳形电流表的主要方法,也符合钳形电流表向高准确度等级发展的方向。B.3 等效安匝法钳形电流输出环的典型结构与说明如图B.5所示,w/2代表C0柱与C1柱、C2柱的中心线距离,h代表钳形电流输出环载流导体中心线的高度。图B.5 等效安匝法钳形电路输出环结构在绕制过程中,匝与匝之间应保持良好的绝缘,整个钳形电流输出环的制作应尽量保持中心对称。系统所产生的误差与形状有关,一般来说,w与h的取值越大,系统误差就越小。持续大电流工作时,其温升不应超过2 0。校准时,被校钳形电流表钳口应放于C0位置。C1位置与C2位置因磁场分布的均匀性差一般不宜作为钳形表校准位置使用,否则,系统不确定度评定时应考虑由此产生的附加误差。在交流校准时,不确定度的评定还要考虑匝与匝之间的交流电流泄漏会带来系统误差,频率越高,误差越大。41J J F1 0 7 52 0 1 5附录C钳形电流表电流最大允许误差表示形式C.1 用绝对误差形式表示的钳形电流表的允许误差公式,即:=(a%Ax+n)(C.1)式中:被校表的示值最大允许误差;Ax 被校表的显示值或指示值;a 与显示值有关的误差系数;n 以数字表示的绝对误差数,n1 0。C.2 用相对误差形式表示的钳形电流表的允许误差公式,即:=(a%+b%AmAx)(C.2)式中:Am 被校表的量程值;b 与量程值有关的误差系数,b0.2 5a。C.3 用引用误差形式表示的钳形电流表的允许误差公式,即:=(a%AxAm+b%)(C.3)51J J F1 0 7 52 0 1 5附录D钳形电流表校准原始记录格式钳形电流表校准原始记录第 页 共 页记录/证书报告编号:报检协议书/委托书编号:委托(报检)单位名称:委托(报检)单位地址:仪器/样品名称:型号规格:制造厂/商:测量范围:出厂编号:准确度:标准器名称型号规格编号不确定度或准确度或最大允许误差证书编号有效期至标准器及配套设备使用前状态是否正常:是 否 情况说明:标准器及配套设备使用后状态是否正常:是 否 情况说明:技术依据:测量地点:测量日期:环境温度:相对湿度:%测量结果扩展不确定度:其他说明:校准员:核验员:61J J F1 0 7 52 0 1 5钳形电流表校准原始记录第 页 共 页记录/证书报告编号:报检协议书/委托书编号:一、外观检查及通电检查:二、电流校准:指针式钳形电流表功能量程频率被校表指示值标准值上升下降平均值测量不确定度数字式钳形电流表功能量程频率标准值被校表显示值1次2次平均值测量不确定度71J J F1 0 7 52 0 1 5附录E钳形电流表校准证书内页格式证书编号校准机构授权说明校准环境条件及地点:温 度地 点相对湿度%其 他校准所依据的技术文件(代号、名称):校准所使用的主要测量标准:名 称测量范围不确定度/准确度等级检定/校准证书编号证书有效期至 注:1.仅对加盖“校准专用章”的完整证书负责。2.本证书的校准结果仅对所校准的对象有效。3.未经实验室书面批准,不得部分复印证书。第页 共页81J J F1 0 7 52 0 1 5证书编号校 准 结 果直流电流:功能量程仪表显示值或指示值/A标准值/A测量结果扩展不确定度(k=2)交流电流:功能量程频率/H z仪表显示值或指示值/A标准值/A测量结果扩展不确定度(k=2)校准结果不确定度的评估和表述均符合J J F1 0 5 9的要求。敬告:1.被校准仪器修理后,应立即进行校准。2.在使用过程中,如对被校准仪器的技术指标产生怀疑,请重新校准。3.根据客户要求和校准文件的规定,通常情况下个月校准一次。校 准 员:核 验 员:第页 共页91J J F1 0 7 52 0 1 5