5520A型多功能校准器交流电流的溯源

张露妍 赵品彰 李林 / 江苏省计量科学研究院

5520A型多功能校准器交流电流的溯源

张露妍 赵品彰 李林 / 江苏省计量科学研究院

探讨了FLUKE公司5520A型多功能校准器交流电流的溯源问题，介绍了两种不同的校准方法，即用高准确度数字多用表直接校准和使用A40B型交流分流器配合高准确度数字多用表进行校准。简单评定了两种校准方法对交流电流校准结果的不确定度，通过对比得到解决5520A型多功能校准器交流电流溯源的解决方案。对一个交流电流校准点的校准结果不确定度评定结果表明，所提出的解决方案能够满足5520A型多功能校准器交流电流的溯源要求。

5520A型多功能校准器；交流电流；溯源；不确定度评定

0 引言

随着电子产品的飞速发展，计量被越来越多的企事业单位所重视。在各电子产品校准实验室中，多功能校准器起到了至关重要的作用，其中FLUKE公司生产的55XX型多功能校准器更是被广泛应用于低频交直流电压、电流以及电阻的校准工作。多功能校准器的溯源问题一直被计量人员所关注，尤其是交流电流的溯源一直以来都是困扰计量人员的一个难题。本文主要探讨FLUKE公司5520A型多功能校准器交流电流的溯源问题，并比较两种校准方法之间的差异。

1 校准方法

1.1 FLUKE公司5520A型多功能校准器交流电流技术指标

由FLUKE公司生产的5520A型多功能校准器，其交流电流技术指标如表1所示。

表1 5520A型多功能校准器交流电流技术指标

1.2 使用高准确度数字多用表直接校准

使用FLUKE公司的8508A型8位半数字多用表，对校准器交流电流进行直接测量。在FLUKE公司提供的技术说明书中，8508A型数字多用表交流电流的技术指标如表2所示。

表2 8508A型数字多用表交流电流技术指标

利用高准确度数字多用表的电流测量功能进行直接测量，方法简单，是一般电流源的常规校准方法。数字多用表的电流测量一般采用内置分流器。被测电流流过内置分流器，通过监测分流器两端电压即可测得输入电流。而一般数字多用表体积有限，内置分流器一般都做得比较小，一是准确度不高，二是空间有限，散热效果比较差，温度系数比较大。因此采用数字多用表测量电流的准确度都不是很高。

由表1和表2可得到直接用8508A型数字多用表的交流电流功能测量5520A型多功能校准器交流电流的TUR比率，如表3所示。

表3 8508A型数字多用表直接测量5520A型多功能校准器交流电流的TUR比率

由表3所示的TUR比率可以看出，8508A型数字多用表对交流电流的测量不确定度不能满足小于5520A型多功能校准器交流电流测量不确定度1/3的要求。

1.3 使用交流分流器和高准确度数字多用表校准

A40B 系列精密分流器有14个低电感同轴分流器，电流量程额定值从1 mA到100 A，用于在实验室测量交直流电流和校准交直流电流转换测量装置。整个装置包括四个封闭的小尺寸分流器：1 mA，10 mA，20 mA，50 mA；五个小尺寸同轴分流器100 mA，200 mA，500 mA，1 A，2 A；三个中等尺寸的分流器：5 A，10 A，20 A；两个大尺寸的分流器：50 A和100 A。根据校准点选择1 mA，10 mA，50 mA，500 mA，5 A，10 A和20 A这七个分流器。多功能校准器交流电流通过分流器得到交流电压，通过数字多用表直接测得电压值。因此标准器测量结果的不确定度由分流器和数字多用表两者引入的不确定度合成得到，如表4所示。

由表1和表4可得到用A40B型分流器和8508A型数字多用表测量5520A型多功能校准器交流电流的TUR比率，如表5所示。

表4 A40B型分流器与8508A型数字多用表合成不确定度

表5 A40B型分流器和8508A型数字多用表测量5520A型多功能校准器交流电流TUR比率

由表5所示的TUR比率可以看出，使用A40B型分流器和8508A型数字多用表配合测量，交流电流的测量不确定度完全可以满足小于5520A型多功能校准器交流电流测量不确定度1/3的要求，测量结果的不确定度大大降低，实现了可靠的校准。

2 校准结果的不确定度评定（30mA，1kHz校准点）

2.1 测量方法

使用A40B分流器和8508A型数字多用表测量5520A型多功能校准器的交流电流。交流电流通过A40B分流器产生的交流电压输入到8508A型数字多用表，即可测得被测多功能校准器的交流电流值Ix。

2.2 测量模型

式中：Ix—— 被测多功能校准器的交流电流值；

Um—— 数字多用表的测量值；

R—— A40B的阻值；

ΔI—— 被测交流电流值与标准值的绝对误差

各输入量Um、R、ΔI彼此独立，互不相关，所以合成标准不确定度uc的平方为

所以，被测多功能校准器交流电流值的不确定度来源有：

1）8508A型数字多用表引入的不确定度分量u(Um)；

2）A40B型分流器引入的不确定度分量u(R)；

3）测量重复性引入的不确定度分量u(ΔI)

2.3 输入量估计值的相对标准不确定度评定

2.3.1Um的相对标准不确定度urel(Um)

Um的不确定度主要来源于数字多用表的示值误差。FLUKE公司给出的8508A型数字多用表交流电压1 a的最大允许误差±（65×10-6Reading + 10×10-6Range），采用B类方法进行评定，可认为是均匀分布，。则

2.3.2R的相对标准不确定度urel(R)

R的不确定度主要来源于分流器的示值误差。FLUKE公司给出的A40B型分流器1 a的最大允许误差为±23×10-6，采用B类方法进行评定，可认为是均匀分布，。则

2.3.3 ΔI的相对标准不确定度urel(ΔI)

ΔI的不确定度主要来源于测量重复性，采用A类方法进行评定。对30 mA，1 kHz校准点进行6次测量，实际交流电流测量值如表6所示。

表6 使用A40B和8508A测量交流电压6次

单次测量的实验标准偏差为

算术平均值的实验标准偏差为

2.4 相对标准不确定度分量一览表

表7 相对不确定度分量一览表

2.5 计算合成标准不确定度

以上各分量相互独立，故合成标准不确定度ucrel为

2.6 确定扩展不确定度

取包含因子k= 2，于是扩展不确定度为

2.7 使用数字多用表直接测量的测量结果不确定度评定

使用8508A型数字多用表直接测量5520A型多功能校准器30 mA，1 kHz校准点，测量结果的扩展不确定度（评定步骤参照2.1～2.6）为

3 结语

综上所述，使用8508A型数字多用表的交流电流功能对5520A型多功能校准器的交流电流进行直接测量，由于TUR比率不能达到3倍以上关系，因此测量结果的不确定度较大。而采用A40B型分流器和8508A型数字多用表配合对5520A型多功能校准器的交流电流进行校准，TUR比率完全满足3倍以上关系，因此，此方法能够对5520A型多功能校准器的交流电流进行校准，且测量结果的不确定度大大降低。

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AC current traceability of 5520A multifunction calibrator

Zhang Luyan，Zhao Pinzhang，Li Lin
（Jiangsu Institute of Metrology）

The AC current traceability of 5520A multifunction calibrator manufactured by FLUKE company is discussed in the paper.Two different calibration methods are introduced, i.e.using a high precision digital multimeter only for direct calibration, and using A40B AC current shunt with a high precision digital multimeter for calibration.The uncertainties of AC current calibration results obtained by the two calibration methods are simply evaluated.By comparing the calibration uncertainties, a solution to AC current traceability of 5520A multifunction calibrator is presented.The uncertainty evaluation results of the calibration data acquired at a AC current calibration point show that the solution could meet the AC current traceability requirement of 5520A multifunction calibrator.

5520A multifunction calibrator; AC current; traceability;uncertainty evaluation