直流电位差计.doc

中华人民共和国国家标准
直流电位差计
Direct-current potentiometers
1 范围
本标准适用于准确度等级为0.0001～0.1〔1ppm～1000ppm(百万分之几)1×10-5～1×10-3(科学标记法scientific notation)〕的直流电位差计，并适用于上述电位差计的内附辅助设备。
本标准不适用于自动获得零平衡的电位差计，不适用于那些借平衡检测器刻度获得部分指示值的电位差计，也不适用于与电位差计一起使用的外部辅助设备。
2 术语与定义
下列诸定义适用于本标准。
2.1 直流电位差计(以下简称电位差计)D.C potentiometer
是一个测量电压的仪器，它用一个已知电压与被测电压相平衡，该已知电压可以由固定电流流过可调电阻或由可调电流流过固定电阻来获得，或者由它们的组合而获得。
2.2 测量盘 measuring dials
用来确定被测量数值的标度盘。如果有的话，还应乘上相应的量程因数。
2.3 有效量程 effective range
对于某一规定量程因数，电位差计在规定的准确度下能够测量的标度盘示值范围。
2.4 量程变换器 effective range
一个可将有效量程乘上一个被称为“量程因数”的系数(如0.1)的装置。
2.5 电位差计的标准化 standardization of a potentiometer
为保证电位差计测量时的准确示值所必须的调整。
2.6 标度盘示值 dial setting
电位差计标准化后，当确定被测量电压时，电位差计平衡后测量盘的示值。如必要的话，需再乘上量程因数。
2.7 辅助设备 auxiliary equipment
能保证使电位差计按规定而准确安全地工作所必须的附加设备。它可以是，也可以不是电位差计整体的一部分。
2.8 分辨力 resolution
相当于最低值测量盘的一个步进电压或最小分度电压。
2.9 线路绝缘电压(标称线路电压) circuit insulation voltage(nominal circuit voltage)
可施加于电位差计线路而对接触电位差计不至成为危险的最高对地电压。
注：辅助线路(如有的话)可以有不同的线路绝缘电压(标称线路电压)值。
2.10 一个量的纹波含量 ripple content (of a quantity)
波动分量的均方根值/直流分量值
2.11 泄漏电流屏蔽(线路 leakage current screen(circuit)
防止泄漏电流影响测量结果的一个导电通路。
2.12 静电屏蔽 electrostatic screen
一个导电的外壳或涂层，使所包围的空间不受外界的静电影响。
2.13 测量端 measuring terminals
连接被测电压线路的端钮。
2.14 测量线路 measuring circuit
与(或能够与)测量端导电连接的电位差计内部线路。
2.15 被测量线路选择器开关 measured quantity circuit selector switch
可选择各测量端组接到测量线路的开关。
2.16 电位差计的残余电动势 residual e.m.f of a potentiometer
当电位差计工作而其测量盘都置于零时，由于电位差计自身的缘故，出现在测量端上的开路电压。
2.17 增量线性度 incremental linearity
电位差计的综合线性度由以下两方面表示：
a.表示同一值的任何两个不同的测量盘示值所产生的电压恒定性；
b.任一测量盘的两个相邻示值之间产生的电压增量的恒定性。
2.18 影响量 influence quantity
除被测量外，易于引起标度盘示值发生不希望变化的量。
2.19 共模电压 common mode voltage
分别或共同(按规定)地存在于某一测量端(称为共模电压参考端)与接地端，或泄漏电流屏蔽端，或静电屏蔽端之间的电压。
2.20 影响量引起的变差 variation with influence quantity
当某一影响量依次取两个不同规定值时，同一个被测量两次测量值之间的差。
2.21 参考条件 reference conditions
使电位差计满足有关基本误差的规定的条件。
2.22 参考值 reference value
一个影响量的规定单值，在其规定的允差内，电位差计满足有关基本误差的要求。
2.23 参考范围 reference range
影响量的规定数值范围，在此规定范围内，电位差计满足有关基本误差的要求。
2.24 标称使用范围 nominal range of use
引起的变差不超过规定极限时，各影响量值能取的规定范围。
2.25 影响量的极限值 limiting values of an influence quantity
不使电位差计受到损坏或造成永久性变化，以致不再满足其准确度等级要求的一个影响量可取的最大值。
2.26 基准值 fiducial value
为了规定电位差计的准确度供各有效量程作参考的一个单值。
除非制造单位另有规定，有效量程的基准值规定为该量程中最大的10的整数幂。
例如：电位差计最大标度盘示值为1.8V，量程因数为1，0.1和0.01则各有效量程的基准值分别为1.0V，0.1V和0.01V。
2.27 误差 error
由标度盘示值减去被测量的真值所得到的差值。
由于真值不能由测定来确定，所以就用在规定的测试条件下和规定的时间内所得到的值来代替，该值是由国家测量标准或用户与制造单位一致同意的测量标准导出。
注：不附于电位差计内的任何辅助设备的误差均不包括在电位差计误差内。
2.28 基本误差 intrineic error
在参考条件下确定的误差。
2.29 准确度 accuracy
电位差计的准确度由基本误差极限和由影响量引起的变差极限来限定。
2.30 准确度等级 accuracy class
电位差计的等级，凡符合本标准全部要求的所有电位差计，都可用相同的数字表示其准确度。
2.31 等级指数 class index
标志准确度等级的数字。
2.32 失真系数(一个量的总谐波) distortion factor(total harmonic)(of a quantity)

3 分类
本标准规定的电位差计，按照2.30条定义的准确度等级作如下分类：

电位差计的等级指数可用a以百分数表示、b以ppm表示、c以科学标记法表示。
如果电位差计有几个测量量程，各量程可以有各自的等级指数。
4 基本误差的极限
如果遵守制造单位所规定的使用、运输和贮藏条件，电位差计从交货检定日或制造单位(或负责任的供货者)与用户商定的另一日起在一年内，应满足其各自准确度等级规定的相应的基本误差极限。
注：对于电位差计，与时间有关的稳定性是一个基本特性，这里仅规定为一年，但经验证明，由老化作用而引起的变化率随时间而减小。
4.1 基本误差的允许极限
电位差计误差的允许极限由两部分组成：
与基准值有关的常数项；
与标度盘示值成比例的可变项。
由二项式分别给出正、负两个极限值。

式中：Elim-是误差的允许极限值，V；
Un-是基准值，V；
x-是标度盘示值，V；
c-是等级指数，以百分数表示。
*除基波外。
当等级指数c用ppm表示时，应使用下列公式：

当等级指数c用科学标记法表示时，应使用下列公式：

4.2 增量线性度
4.2.1 对应于同一被测量值所获得的任意两个标度盘示值误差的值，应不超过基本误差允许极限的一半。
4.2.2 任何一个测量盘的任意两个相邻的标度盘示值误差的差值，应不超过与该示值符号相同的基本误差的允许极限平均值的一半。
4.3 分辨力
分辨力不应有值超过：
0.5c/100Un(等级指数c百分数表示)。
或：0.5c/1000000Un(等级指数c用ppm表示)。
或: 0.5cUn(等级指数c用科学标记法表示)。
4.4 量程变换器
如果在改变量程时，电位差计需重新标准化，制造单位应予指明。
4.5 电位差计的标准化独立线路
如果电位差计在任何量程上不用测量盘，而是独立线路进行标准化时，由这种标准化引入的附加误差应不超过允许基本误差的一半。
5 基本误差的确定条件
5.1 各有关影响量的参考值，如表1所示。
5.2 任何测量前，应有足够的时间使电位差计达到稳定状态，并在影响量的参考值下达到均衡。
5.3 泄漏电流屏蔽和静电屏蔽(如果有的话)应按制造单位的指示连接。
表1 影响量的参考条件和允差

续表1

注：①对参考范围或标称范围，不允许有允差。
②制造单位在标明温度时，应从20℃、23℃和27℃中选择*。
③这涉及到有关的外部直接电源的纹波分量，外部电压参考源(如有的话)的纹波以及迭加在被测量上的纹波。
④直流电源变化的影响不予考虑，它们一般在标准化过程中被排除。
6 允许的变差
6.1 变差的极限
当电位差计在表1给出的参考条件下而单个影响量按照6.2条变化时，变差应不超过表2和6.3条的规定值。
采用说明：*IEC 523-75(79年第一次修订稿)《直流电位差计》原文为“根据IEC 160，应从20℃、23℃和27℃中选择。”
表2 标称使用范围的极限和允许的变差

注：①以允许基本误差的百分数表示。
②从施加被测量的两个端钮之间看过去的电阻，即为外电路电阻，应不超过10kΩ。
6.2 变差的确定条件
6.2.1 应对各个影响量来确定变差，在各次测定期间，所有其它影响量均应保持在其参考条件下。
6.2.2 变差评定如下：
6.2.2.1 当对电位差计指定一个参考值时，影响量应在该值和表2给出的标称使用范围极限内的任意值之间变化。
6.2.2.2 当对电位差计指定一个参考范围和标称使用范围时，影响量应在参考范围的各个极限和与之相部的标称使用范围部分内的任意值之间变化。
6.3 共模电压影响的确定
共模电压的影响取决于被测量的外部电路的电阻。
共模电压的影响可按下述方法确定：
附录A中给出的直接法，或者附录B中给出的间接法。
如果电位差计的外壳是用绝缘材料制成的，可用一个导电的支撑板代替接地端钮。
确定共模电压的影响试验仅按制造单位与用户之间的协议进行。
6.4 由外界磁场影响引起的变差
当在制造单位规定的标称使用范围内(见表2)测定的变差应不超过表2中所规定的极限，这项试验的仪器在本标准的附录C中叙述*，或由制造单位与用户双方协议，可以使用在电位差计不存在的试验条件下，能产生均匀磁场的其它装置。
线圈内的电流应依次是各个方向的直流电流和电源频率的(45～65Hz)交流电流。
注：这项试验的目的是确定使用变压器器件的(例如电流比较仪式电位差计)直流电位差计对外界磁场的充分抑制效果。但是，应该注意完全由电阻器构成的曜闰差计在交流磁场内工作时，在电路中可能产生显著的交流电流。这种交流电流通过以下途径能产生直流误差。
a.与指零仪工作的互相作用；
b.在电路中的整流势迭层上(例如开关触点上的氧化铜或标准电池的化学界面)产生直流误差电压。
因此在使用电位差计时，应采取适当的预防措施，以避免误差发生。
7 附加的电气和机械要求
7.1 电压试验和其它安全要求
电位差计的试验电压与其线路绝缘电压(标称线路电压)有关，在表中列出了与各线路绝缘电压(标称线路电压)相应的试验电压值**。
表3 测量线路的线路绝缘电压(标称线路电压)、标志和试验电压

采用说明：
*IEC523的原文为：“在IEC51号出版物一文的6.3.4款中叙述”。
**IEC523的原文为：“对电压试验和其它安全要求包括在IEC414《指示与记录电气测量仪表及其附件的安全要求》中，应予参考。”
***IEC414的原文为：“按4.2条要求置于星形符号内的数字。”
续表3

7.2 功能绝缘试验
7.2.1 本试验的目的在于确定当测量一个具有高达10kΩ的源电阻或具有10kΩ或更大的对地电阻的电压时，电位差计的内部泄漏不会显著降低测量准确度。
7.2.2 在直流500V±10%的电压下，从不作任何连接的任意二点间测得的绝缘电阻值应不低于表
4中给出值。
测试应在施加电压后1至2分钟之间进行。
表4 绝缘电阻的最小值

7.2.3 如果在500V电压下测量绝缘电阻值，2分钟后在等于或高于绝缘的要求值上不稳定时，可以使用较低的试验电压，另外也可采用间接法测定绝缘电阻。
7.2.4 如果不能获得要求的绝缘电阻时，制造单位应说明可能获得的最小绝缘电阻值和设计电位差计使之工作所依据的最大源电阻。
7.3 被测量线路的选择开关
被测量线路的选择开关(如有的话)应这样安排，使所有未被选择的被测量线路完全被隔离。开关动作时，几个被测量线路即使是在瞬间也不应该连接到一起。
7.4 电位差计的调节
如果为建立正确工作或对电位差计进行标准调节时，它们在操作时应平滑和连续并应具有微调，以便使电位差计电流能以小于或等于相应等级指数10%的分辨力进行调节。
7.5 贮存、运输和使用的温度极限
除非制造单位另有规定，电位差计应能在-10～50℃的环境温度中经受暴露而不损坏，恢复到参考条件后，电位差计应满足本标准的要求。
注：①如电位差计装在机架或试验台上，应注意确保其工作所需的通风不受阻挡。
②如果电位差计有内附标准电池或其它会因温度变化而损坏的器件时，制造单位可以规定其它温度值。
8 资料、标志和符号
8.1 资料
8.1.1 制造单位应给出下列资料：
a.制造单位(或能负责任的供货者)的名称或商标；
b.制造单位(或能负责任的供货者)给出的型号；
c.顺序号；
d.有效量程、分辨力和测量的量程因数；
e.等级指数；
f.如果与表1和表2给出的不同时，温度的参考值和标称使用范围；
g.如必要时，应给出参考位置和位置的标称使用范围；
h.如必要时，应给出辅助设备的主要参数，特别是电压参考源和电流源设备在主要参数；
辅助电源的标称电压或电压的标称范围(如有的话)
辅助电源的标称频率或频率的标称范围(如有的话)；
i.电位差计的标准化和使用步骤；
如果绝缘电阻值小于表4(见7.2.4款)规定值和适用于正确工作的最大源电阻；
j.线路图、元件值和可替换部件清单；
k.影响量如果与表1和表2给出的不同时，则应给出其它影响的(见f和g)参考值(范围)和标称使用范围；
l.试验电压。
8.1.2 如果检定证书是由制造单位或负责任的供货者与用户之间协商供给的话，应包括下列内容：
a.检定值及其不确定值；
b.检定日期；
c.检定单位名称。
8.2 标志、符号及其位置
标志和符号应清晰易读和不易擦掉。
应使用表5中规定的符号。
8.2.1 下列内容应在铭牌或外壳上标出：
8.1条中的a、b、c、e(使用E-5，E-7或E-8的符号)、g(使用D-1至D-6的符号)、1(使用C-1至C-
3的符号)。
另外还应作出下列标志：
“直流电位差计”或和其它文种表达的这一术语。
必要时，符号F-33表示在另给的文件中给出的一些其它必要的内容。
如果标出参考值或参考范围时，应在字下划线以便辨认。
8.2.2 所有端钮应标出极性(如果必要时)，功能和电源特性。
特别是在下列端钮的附近应作出标志以便识别：
a.测量端钮；
b.连接辅助设备的端钮；
c.接地端钮，如有的话(用符号F-31)；
d.泄漏电流屏蔽(线路)端钮，如有的话；
e.静电屏蔽端钮，如有的话。
辅助电源的接线图应标在辅助电源连接器附近或辅助电源软线进入口附近。
8.2.3 在铭牌或外壳上，或在另给的文件中给出下列内容：8.1条中的d、f、k。
8.3 文件
8.3.1 文件应说明：
8.1条中a、b、c、h、i、j、d、f、k，如在铭牌或外壳上没有标出时(见8.2.3款)。
8.3.2 当按8.1.2款提供检定证书时，应说明：
8.1条中的a、b、c、m、n、o。
8.4 电位差计的标志示例

在此例中，标志提供下列内容：
a.直流电位差计，型号为A、B、C、D，编号为12345，由N.N.制造；
b.等级指数：1×10-4；
c.量程因数为1时；
有效量程为(0……1.1V)×1，分辨力为10μV；
量程因数为0.1时：
有效量程为(0……1.1V)～0.1，分辨力为1μV；
d.温度的参考值：23℃，
标称使用范围从13～33℃，
因为这些值与表1和表2的规定值不同，所以要标明；
e.更详细的内容在另给的文件中给出；
f.试验电压为500V。
表5 标志电位差计用的符号*

采用说明：
*IEC523原文中为：“这些符号大多数摘自IEC51中的表Ⅺ。”
续表5

续表5

续表5
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附录A共模电压影响的确定直接法(补充件)
对一个给定的被测量，当将一个共模电压施加于测量端的一个端钮时，根据所引起的标度盘示值的变化就可以直接得到共模电压的影响。
如果电位差计的外壳是导电的，则在每个测量端与外壳之间施加规定的共模电压值。如果电位差计的外壳是绝缘材料制成的，则在各测量端钮与导电的支撑板之间施加规定的共模电压值。
为了使辅助设备的泄漏电阻不致影响试验结果，就应采取一切防护措施。辅助设备是指不附在电位差计内的，例如：标准电池、指零仪、电源。
以及外部测量线路，都应仔细地同电位差计外壳(或同导电的底板)绝缘。
当一定要使用有辅助交流电源的外部设备或测量线路时，必须做好防护措施，以免同交流电流耦合而影响试验结果。
当电位差计本身具有泄漏电流屏蔽时，应按制造单位规定连接。
反之，在没有制造单位的声明时，静电屏蔽(若有的话)应与外壳和地连接。
共模电压影响的确定应按下述情况执行：
a.使用外部测量线路，其阻值基本为零；
b.使用约为10kΩ的外部测量线路，共模电压依次施加到二个测量端钮上。
进行试验时至少使用三个被测量，以使之扩展到整个有效量程，每次试验都要使用二种极性的共模电压。
在所有其它试验条件保持不变的情况下，按上述试验测得的值与未加共模电压时所测得的值之差即为变差。
变差应不超过表2给出的值。
附录B共模电压影响的确定间接法(迭加法)(补充件)
迭加法通常比附录A中所述的直接法更切合实际。
间接法是在平衡状态下以极普通的迭加原理为依据的。在这种情况，不对电位差计内部测量线路通电就能确定共模电压影响。
短路直接电源的连接端钮，当辅助电源是在电位差计内部时，必须首先从内部断开其线路。
电位差计的指零仪应按正常状态使用，当指零仪外接时，应按正常的方法接到电位差计的端钮，但必须采取必要的防护措施，以便保证指零仪与电位差计的外壳(或与放置电位差计的导电板)之间有足够的绝缘，必要时也要与直流电源保持足够的绝缘。总之应采取一切防护措施，以免试验设备和外部辅助设备的泄漏电阻影响试验结果。
如果电位差计在内部测量线路与指零仪的一端之间，或与外部测量线路的一端之间有一内附开关。则在进行试验时应闭合该开关。
用共模电压的规定值，做如下二次试验：
测量线路的二端钮短路，在这二端钮与电位差计外壳(或放置电位差计的导电板)之间施加共模电压；
在测量线路的两端钮之间接10kΩ的电阻，共模电压依次施加于一个端钮，然后再加到另一个端钮。
上述两项试验都要使用两种极性的共模电压，并且至少使用到遍及整个有效量程的三个标度盘示值。
相对于未加共模电压时由指零仪测得值的变差，应不超过表2给出的值。
附录C外磁场试验(补充件)
用来产生磁感应的电流，其种类和频率应与激励测量器件的电流种类和频率相同。当测量器件打算使用直流和交流两种电流时，磁场的感应依次由直流和交流产生。在所有情况下磁感应应达到相位和方向最不利的组合状态。
仪器与活动器件一起安放在平均直径为1米的线圈中心。线圈的横截面成正方形。径向尺寸与直径相比要小得多。
注：当无被试仪器时，在规定的400A(安一匝)线圈中心将产生0.5mT的磁感应。
仪器外形尺寸大于250mm时，应在平均直径为不小于仪器最大尺寸4倍的线圈中试验。
附加说明：
本标准与国际电工委员会(IEC)523-75(79)《直流电位差计》出版物等效，仅作编辑性修改。
本标准由中华人民共和国机械工业部提出。由机械工业部上海仪器仪表研究所归口。
本标准委托机械工业部上海仪器仪表研究所负责解释。
自本标准实施日期起，原部标准JB1390-74《测量用直流电位差计技术条件》即行作废。