基准镇流器的校准方法及不确定度评定

陈文星

（广东产品质量监督检验研究院，广州 510220）

概述

本方法适用于在设计上具有相应灯的标准所规定的工作特性的基准镇流器的校准。该镇流器的用途是检验镇流器、选择基准灯及检验在标准化条件下生产的灯；其基本特性是在额定频率下具有稳定的电压/电流比，相对不受电流、温度和周围磁场变化的影响。按照相关标准的要求，基准镇流器的主要计量特性是电压/电流比和功率因数。

1 校准条件

1.1 环境条件

校准基准镇流器的环境条件应满足以下要求：

环境温度：20℃±5℃。

环境湿度：30%RH～70%RH。

周围无影响测量的强电场和交变磁场。

1.2 计量标准器

1.2.1 基准镇流器的校准装置由变频稳压电源、交流调压器、交流标准电压表、交流标准电流表、交流标准功率表组成，其校准装置的扩展不确定度应小于被校准对象基本误差限值的1/3。

1.2.2 变频稳压电源的稳定性：电源电压和适用于基准镇流器的频率应稳定保持在±0.5%的变化幅度内，但是在实际测量期间，电压的调节幅度应在规定实验电压的±0.2%之内。

1.2.3 作为标准用的交流电压表、交流电流表、交流功率表的允许误差应小于被校基准镇流器允许误差的1/ 5～1/10。

2 校准项目和校准方法

2.1 校准项目

校准 试验项目：外观检查、电压/电流比、功率因数。

2.2 校准方法

2.2.1 外观检查

检查基准镇流器，其铭牌应清晰耐久地标出：①完整的“基准镇流器”字样；②来源标志，该标志可以是商标或制造商名称；③产品序号；④灯的额定功率或灯的型号及校准电流；⑤ 额定电源电压和频率。

2.2.2 电压/电流比基本误差校准

2.2.2 .1 校准点的选取

无论是固定式阻抗基准镇流器还是可调式阻抗基 准镇流器的每个规格的校准点应至少包括50%In、100%In、115%In（In为基准镇流器的额定校准电流）三个点，或由校准用户指定增减校准点。

2.2.2 .2 电压/电流比的技术要求

基准镇流器的电压/电流比应为标准GB/T 10682和GB/T 17262中相应灯的参数表所给定的值，并应满足下述公差：

1）在校准电流下，公差为±0.5%；

2）在校准电流的50%～115%的其他任一电流下，公差为±3%。

2.2.2 .3 电压/电流比的测量线路图

交流标准电压表、交流标准电流表能满足允许误差要求，并且交流标准电压表的输入电阻要足够大并满足流过它的电流应小于标称 工作电流的0.05%；电流线路应具有足够低的阻抗，以便使电缆的电阻效应的电压降不超过基准镇流器的标称电压的0.05%。当满足上述条件时，电压/电流比的测量线路可采用如图1线路。

2.2.2 .4 电压/电流比基本误差校准过程

图1 电压/电流比的测量线路

按照图1所示连接好线路；设置变频电源的输出电压和频率与基准镇流器的标称额定电压和频率基本一致，将交流调压器调到零位，启动电源输出；调节交流调压器的输出电压，观察标准电流表的读数，使电流分别为基准镇流器的额定校准电流的50% In、100%In、115%In（In为基准镇流器的额定校准电流），并分别读取交流标准电压表、交流标准电流表对应的电压读数和电流读数，取三次读数的平均值作为测量结果，按照下式便可计算出基准镇流器的电压／电流比（阻抗Zn）。

式中：

Un——标准交流电压表实际值；

In——标准交流电流表实际值。

则电压/电流比的绝对误差为：

△Z= Zx－Zn

电压/电流比的相对误差用百分数表示为:

式中：

Zx——被检基准镇流器的阻抗标称值；

Zn——被检基准镇流器的阻抗实际值。

2.2.3 功率因数基本误差校准

2.2.3 .1 校准点的选取

无论是固定式阻抗基准镇流器还是可调式阻抗基准镇流器的每个规格的校准点应至少包括50%In、100%In、115%In（In为基准镇流器的额定校准电流）三个电压/电流比校准点下的功率因数，或由校准用户指定增减电压/电流比校准点下的功率因数。

2.2.3 .2 功率因数的技术要求

基准镇流器的功率因数应达到标准GB/T 10682和GB/T 17262中相应灯的参数表所给定的值，并应满足±0.005的公差。

2.2.3 .3 功率因数的测量线路图

交流标准功率表的功率因数的最大允许误差应小于被校准对象基本误差限值的1/5。当满足上述条件时，功率因数的测量线路可采用如图2线路。

2.2.3 .4 功率因数基本误差校准过程

按照图2所示连接好线路；设置变频电源的输出电压和频率与基准镇流器的标称额定电压和频率基本一致，将交流调压器调到零位，启动电源输出；调节交流调压器的输出电压，观察标准电流表的读数，使电流分别为基准镇流器的额定校准电流的50%In、100%In、115%In（In为基准镇流器的额定校准电流），并读取标准交流功率表的功率因数的读数，功率因数的基本误差按下列公式计算：

△cosφ=cosφx－cosφn

式中：

cosφx——被检基准镇流器的功率因数标称值；

cosφn——被检基准镇流器的功率因数实际值。

3 阻抗校准结果的不确定度评定

3.1 测量标准及被测对象

测量标准：工频数字标准表,型号JX1904，测量范围3V～750V；标准数字多用表，型号8508A，测量范围20mA～20A。

被测对象：标称功率6 5 W；额定电压2 2 0 V（f=50Hz）；校准电流0.670A；电压/电流比240Ω；功率因数0.10的基准镇流器。

3.2 数学模型

在标准条件下，当忽略电源电压、温度、湿度、电磁场变化带来的影响时，电压/电流比（阻抗）实际值的数学模型为：

式中：

Zn——被检基准镇流器的阻抗实际值；

Un——标准表交流电压实际值；

In——标准表交流电流实际值。

图2 功率因数的测量线路

3.3 方差和灵敏系数

灵敏系数：

3.4 不确定度的来源及评定

3.4.1 测量不确定度的主要来源有：

根据数学模型，被校基准镇流器电压/电流比（阻抗）测量结果的不确定度取决于输入量Un、In的不确定度。

3.4.1 .1 输入量Un的标准不确定度来源主要有：

1）工频数字标准表的电压分辨力、交流电压源稳定度、环境干扰等随即效应使交流电压测量不重复引入的不确定度分量u1(Un)，可用A类标准不确定度评定；

2）由工频数字标准表的最大允许误差引入的不确定度分量u2(Un)，可用B类标准不确定度评定；

3）由电流线路的电压降引入的不确定度分量u3(Un)，可用B类标准不确定度评定；

3.4.1 .2 输入量In的标准不确定度来源主要有：

1）由标准数字多用表的电流的分辨力、交流电压源稳定度、环境干扰等随即效应使交流电流测量不重复引入的不确定度分量u1(In)，可用A类标准不确定度评定；

2）由标准数字多用表的最大允许误差引入的不确定度分量u2(In)，可用B类标准不确定度评定；

3）由流过工频数字标准表的电流引入的不确定度分量u3(In)，可用B类标准不确定度评定；

3.4.2 测量不确定度的评定：

3.4.2 .1 输入量Un的标准不确定度分量的评定

1）在重复性条件下，对基准镇流器两端的交流电压重复测量10次，得测量列数据，据此计算标准不确定度分量u1(Un)如表1所示。

2）由工频数字标准表的最大允许误差引入的标准不确定度分量u2(Un)的评定

根据工频数字标准表的技术指标，计算测量160V交流电压的最大允许误差，其分布区间的半宽为α ,在区间[-α , α]服从均匀分布，得评定点的标准不确定度分量u2(Un)如下表2所示。

3）电流线路的电压降引入的不确定分量u3(Un)的评定

根据基准镇流器电压/电流比的校准方法可知：电流线路应具有足够低的阻抗，以便使电缆的电阻效应的电压降不超过基准镇流器的标称电压的0.05%。其分布区间的半宽为α=0.05%×160V=0.08V ，在区间[-α , α]服从均匀分布，得标准不确定度分量u3(Un)：

因输入量Un的测量不确定度各分量彼此独立，所以合成标准不确定度为：

那么由Un引入的相对标准不确定 urel(Un)为：

3.4.2 .2 输入量In的标准不确定度分量的评定

1）在重复性条件下，对流过基准镇流器的交流电流重复测量10次，得测量列数据，据此计算标准不确定度分量u1(In)如表3所示。

表1 标准不确定度分量u1(Un)

表2 标准不确定度分量u2(Un)

表3 标准不确定度分量u1(In)

2）由多功能交流标准表的电流的最大允许误差引入的标准不确定度分量u2(In)的评定

根据由标准数字多用表的技术指标，计算测量0.67A交流电流的最大允许误差，其分布区间的半宽为α ,在区间[-α , α]服从均匀分布，得评定点的标准不确定度分量u2(In)如表4所示。

3）流过标准电压表的电流引入的不确定度分量u3(In)的评定

根据基准镇流器电压/电流比的校准方法可知：电压表输入阻抗足够大并满足流过它的电流应小于标称工作电流的0.0 5%。其分布区间的半宽为α=0.05%×0.67A=0.0004A ,在区间[-α , α]服从均匀分布，得标准不确定度分量u3(In)

因输入量In的测量不确定度各分量彼此独立，所以合成标准不确定度为：

表5 标准不确定度一览表

那么由In引入的相对标准不确定为：

3.5 合成标准不确定度

3.5.1 标准不确定度一览表，见表5。

3.5.2 合成标准不确定度计算

因测量不确定度各输入量彼此独立，所以合成标准不确定度为：

3.6 扩展不确定度

取包含因子k=2, 扩展不确定度由合成标准不确定度乘以包含因子得到：

由型号为JX1904的工频数字标准表和型号8508A标准数字多用表组成的校准装置，在校准基准镇流器电压/电流比（阻抗）时，由标准器及环境条件引起的测量结果的扩展不确定度小于被校准对象基本误差限值的1/3。

[1]JJF 1059.1-2012, 测量不确定度评定与表示[S].

[2]GB/T 10682-2010, 双端荧光灯 性能要求[S].

[3]GB/T 17262-2011, 单端荧光灯 性能要求[S].

[4]GB/T 14044-2008 ,管形荧光灯用镇流器 性能要求[S].

[5]GB/T 15144-2009 ,管形荧光灯用交流电子镇流器 性能要求[S].