本文就使用标准电阻法对耐压测试仪进行功能检查时电阻参数的确定以及校准、期间核查与功能检查的区别与联系的问题展开解析,如下文。
一、确定标准电阻参数时应考虑的因素
1、试验的电压值及其偏差
对于使用在检验室的耐压测试仪,由于需要根据不同产品试验条件的不同,比较频繁地调整耐压试验时的电压值,可以考虑使用固定的试验电压值来进行功能检查,比如1500V。
对于使用在专用岗位的耐压测试仪,可以根据专用岗位的实际试验电压值来进行功能检查。
至于试验电压的偏差值,主要取决于耐压测试仪本身显示耐压电压值的电压表的精度,比较常见的是5.0级。
2、动作电流及其偏差
对于使用在检验室的耐压测试仪,由于需要根据不同产品试验条件的不同,比较频繁地设定耐压试验时的动作电流值,可以考虑使用固定的动作电流值来进行功能检查,比如10mA。
对于使用在专用岗位的耐压测试仪,可以根据专用岗位的实际要求的动作电流值来进行功能检查。
至于动作电流的偏差值,主要取决于耐压测试仪本身激发继电器跳闸电流的制造偏差和漂移,是耐压测试仪的技术参数之一,比较常见的也是5.0级精度。
3、标准电阻的功率
用于对耐压测试仪进行功能检查的标准电阻虽然经受的电流比较小,是mA级的,但是检查时的电压比较高,会消耗一定的功率,因此需要选择能承受一定功率的电阻,避免电阻在正常使用中烧毁,或缩短使用寿命。
二、标准电阻参数的计算
1、标准电阻阻值的计算
在试验电压、动作电流及其偏差确定后,可以使用欧姆定律计算标准电阻的阻值。
需要注意的是,对于同样一组试验电压、动作电流及偏差,需要计算两个标准电阻阻值。一个是用它进行功能检查时完好的耐压测试仪不应报警的,标记为RO,一个是用它进行功能检查时完好的耐压测试仪应报警的,标记为RN。
下面以试验电压为1500V,动作电流为10mA,精度等级均为5.0级为例进行计算。
为了保证在功能检查时完好的耐压测试仪不报警,则标准电阻应该足够大,因此有:
式中,
UU——考虑精度后试验电压的上限,单位为V;
IL ——考虑精度后动作电流的下限,单位为mA;
RO——功能检查时,耐压测试仪不应报警的电阻,单位为kV。
为了保证在功能检查时完好的耐压测试仪应报警,则标准电阻应该足够小,因此有:
式中,
UL——考虑精度后试验电压的上限,单位为V;
IU ——考虑精度后动作电流的下限,单位为mA;
RN——功能检查时,耐压测试仪不应报警的电阻,单位为kV。
2、标准电阻功率的计算
标准电阻的功率可以根据功能检查时的试验电压值和动作电流值简单地用下式计算:
以前述试验电压为1500V,动作电流为10mA为例,代入公式(3)注意单位的量纲,可得:
三、标准电阻的选购
有了上述计算的基础,就可以比较方便地选购标准电阻了。
一是要考虑标准电阻能够承受一定的功率,应选择额定功率大于前述计算结果的电阻。可以选购比较常见的水泥电阻(俗称陶瓷电阻),参见下图。
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二是要注意标准电阻本身存在着制造偏差,尽可能在精度高些的产品中选择。
再就是标准电阻都是按照优先数系进行生产的,不可能购买到与计算结果完全一致的电阻。因此,RO的标称阻值应按照比计算结果略大的原则进行选择,而RN的标称阻值应按照比计算结果略小的原则进行选择。
必要时,还可以通过将若干电阻串并联来实现需要的阻值。
四、其它检测设备功能检查标准的确定
通过耐压测试仪功能检查用标准电阻参数的确定方法的示例,我们可以概括出确定用于检验设备功能检查的标准的基本原则,那就是选用接近被测量合格与否临界限值的两个量值来对设备进行检查。
比如,接地电阻测试仪是通过对被测产品的接地线段施加一个恒定电流(比如25A或10A),通过欧姆定律来计算接地电阻,通常接地电阻测试仪都给出了设备的测量精度等级,据此可以计算接地电阻测试仪功能检查用电阻的阻值和功率。
功率测试仪通过试验电压和试验电流的乘积计算,通常测试仪器也给出了功率测试的精度等级,据此也可以计算功率测试仪功能检查用电阻的阻值和功率。
有些检测仪器的被测量相对复杂,比如电机绕组的匝间绝缘测试仪,这时可以直接使用接近合格与否临界值的两个样品来进行检查。
五、功能检查、期间核查与校准的区别和联系
关于功能检查、期间核查与校准的区别和联系,本以为要费一番功夫来整理,正好看到中国合格评定国家认可委员会于2019年12月1日发布了CNAS-GL042《测量设备期间核查的方法指南》(以下简称《指南》)。
该文件给出了测量设备期间核查的一般要求、设备和期间核查的分类、设备计量特性期间核查的一般要求、设备准确性和其它计量特性的期间核查、设备功能的期间核查、相关示例等内容。适用于机构为保持对设备性能信心所实施的期间核查。广大生产企业比较困惑的几个问题有了更明确的答案。
1、什么是功能检查、期间核查、校准?
《指南》给出了核查、期间核查、校准定义:
3.2 核查 checks
设备在投入使用前,按照规定程序验证其功能或计量特性能否满足方法要求或规定要求而进行的操作。
注 1:“方法要求”指机构开展某检测/校准项目的方法对设备(功能或计量特性)的要求;
注 2:“规定要求”由机构根据使用需求和风险自己确定,通常严于“方法要求”。
3.3 期间核查 intermediate checks
设备在使用过程中或在相邻两次校准之间,按照规定程序验证其功能或计量特性能否持续满足方法要求或规定要求而进行的操作。
3.8 校准 calibration
在规定条件下的一组操作,其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系,第二步则是用此信息确定由示值获得测量结果的关系,这里测量标准提供的量值与相应示值都具有测量不确定度。
注 1:校准可以用文字说明、校准函数、校准图、校准曲线或校准表格的形式表示。某些情况下,可以包含示值的具有测量不确定度的修正值或修正因子。
注 2:校准不应与测量系统的调整(常被错误称作“自校准”)相混淆,也不应与校准的验证相混淆。
注 3:通常,只把上述定义中的第一步认为是校准。
从定义可知,我们平时说的“功能检查”是“核查”和“期间核查”的其中一部分活动,即“设备在投入使用前、使用过程中或在相邻两次校准之间,按照规定程序验证其功能能否持续满足方法要求或规定要求而进行的操作” ,它与“核查”和“期间核查”的区别主要是未涉及计量特性的验证。
2、哪些检测设备需要校准?
《指南》将测量设备分为了A、B、C三类设备:
a) A类设备:检测/校准方法对其有量值要求、需要校准的设备。该类设备的验证采用校准的方式,验证其计量特性是否符合方法要求,适用时,机构可在相邻两次校准之间对设备进行期间核查。
b)B类设备:检测/校准方法对其有量值要求、无需校准(通过核查即可判定设备与方法要求的符合性),计量特性影响测量结果有效性的设备。该类设备的验证采用核查的方式,核查其计量特性是否符合方法要求,期间核查方法与设备投入使用前的核查方法相同,是在使用过程中对设备进行的再核查。
c) C 类设备:检测/校准方法对其无量值要求(无法校准),功能的正常性影响测量结果有效性的设备。该类设备的验证同样采用核查的方式,核查其功能是否符合方法要求,期间核查方法与设备投入使用前的核查方法相同,是在使用过程中对设备进行的再核查。
注:A类设备和B类设备也可能涉及设备功能的期间核查,如设备开机的正常性核查等。
《指南》的6.1.1进一步明确:
计量特性期间核查适用于A类设备和B 类设备:
a) 对于A类设备,机构可根据资源条件、风险和必要性决定是否对其进行核查。
b) 对于B类设备,期间核查适用于无计量溯源性要求、但有计量特性要求、在测量过程中起辅助作用、对测量结果的不确定度贡献不大(如对测量结果的不确定度贡献不大于10%)的设备。
以耐压测试仪为例,仪器有试验电压、动作电流,甚至还有施加电压的时间等量值要求,直接涉及对测量结果的判定,因此应列为A类设备,定期校准。
同时,因为耐压测试仪具有报警功能,因此耐压测试仪需要进行功能检查。
《指南》给出了设备的分类、校准、核查和期间核查的关系,如下图:
3、检验设备是否必须进行计量特性期间核查?
根据《指南》规定,对于A类设备,机构可根据资源条件、风险和必要性决定是否对其进行计量特性期间核查。因此,在进行周期校准(包括内部校准)的基础上,是否要对检验设备进行计量特性期间核查由企业根据自身实际情况确定。
4、使用标准电阻进行功能检查能否代替计量特性期间核查?用于功能检查的标准电阻是否需要定期校准?
根据前述标准电阻的计算方法可知,该标准电阻仅是针对报警功能检查进行设计的,对阻值的准确度要求并不高,因此未能起到核查设备计量特性(包括准确性(或(示值)误差)),因此不能代替计量特性期间核查,该标准电阻也不必定期校准。
5、使用标准电阻对耐压测试仪进行功能检查相比短接法有什么优点?
使用标准电阻对耐压测试仪进行功能检查,虽然未能取得计量特性核查的效果,但是,由于标准电阻值是根据特定的电压值和动作电流计算得到,当电压表、动作电流的示值与实际值偏差过大时也是可以发现的,因而比短接法更可取。