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直流稳压电源电压调整率测量结果不确定度评定

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 198次

 


杨会民      陈珺

(中国洛阳电子装备试验中心  471003

  要:本文论述了直流稳压电源电压调整率的检定方法,分析了测量结果不确定度分量的来源以及各个不确定度分量的评定方法. 以直流稳压电源DH17167A检定为例,计算各个不确定度分量,通过对SV数学模型及检定方法的分析计算合成标准不确定度。

关键词:直流稳压电源    电压调整率    不确定度

中图分类号:TH701                      文献标识码:A

Verification and uncertainty estimation of voltage regulation factor of DC regulated power supply

Hui-min YANG, Yi WANG, Jun Chen

(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China, 471003)

Abstract: The paper discusses verification method of voltage regulation factor of DC regulated power supply, analyzes sources and evaluation methods of uncertainty components. Take DH17167A, DC regulated power supply verification, for example. Calculate every uncertainty components. Through analyzing Sv mathematical model and verification method, calculate combined standard uncertainty.

Keywords: DC regulated power supply    voltage regulation factor    uncertainty

CLC: TH701                Document code: A     

1  引言

直流稳压电源主要用于为电子线路等装置提供直流供电电源。按其电压调节原理分有串联调整式、并联调整式及开关式。

    直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,反映直流稳压电源的固有特性,如输入直流稳压电源电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围;另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻)、纹波电压及温度系数等。

技术指标包括电压表及电流表的示值误差、电源电压调整率、电源负载调整率、输出电压短期稳定性、纹波电压等。下面以直流稳压电源DH17167A电源电压调整率SV检定为例,说明直流稳压电源的校准方法及测量结果不确定度的评估方法。

DH1716型是具有恒压(CV)、恒流(CC)自动切换工作模式的中功率单路稳压稳流直流电源。为提高电源的可靠性,应用了相位控制电路,输出端设计有过压保护电路,机内有过温保护继电器、智能风机。本电源具有主从串联、并联、电压遥控、电压信号回读、外控通断等功能。DH17167A输出电压控制范围(035V,输出电流控制范围(030A

电源电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能优劣的重要指标,又称为稳压系数或稳定系数,它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。

2  直流稳压电源电压调整率的检定

    检定所用的设备必须经过计量技术机构检定合格,并在有效期内。标准设备的测量范围要覆盖被检器具的测量范围。标准设备的不确定度应优于被检器具不确定度(或允许误差极限)的三分之一。构成标准的主标准器包括直流电子负载DH2794A4、数字多用表34401A及配套设备调压器TDGC-3及数字万用表FLUKE 75组成。检定原理框图如图1所示。

文本框: 调压器TDGC-3文本框: 被检稳压电源DH1716-7A文本框: 直流电子负载DH2794A-4

数字多用表

FLUKE 75

数字多用表

34401A

调压器TDGC3

被检稳压电源DH17167A

直流电子负载DH2794A4

图1 直流稳压电源检定原理框图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


    电压调整率SV检定过程如下:

    1)调节交流调压器输出电压为220V,调节直流电子负载DH2794A-4使被检稳压电源在最大输出电压时,直流电流表指示达到额定输出电流,读取此时的直流数字电压表的读数U220

2)调节交流调压器输出电压为242V,负载电流不变,读取此时的直流数字电压表的读数U242

3)调节交流调压器输出电压为198V,负载电流不变,读取此时的直流数字电压表的读数U198

电压调整率SV的计算方法为公式(1)。

       1

式中:

    SV——被检直流稳压电源电压调整率;

    U242——调压器输出电压为242V,直流数字电压表读数;

U198——调压器输出电压为198V,直流数字电压表读数;

U220——调压器输出电压为220V,直流数字电压表读数。

3  测量结果不确定度评定方法

3.1  不确定度的来源

1)测量人员在重复条件下进行重复测量引入的不确定度分量

2)标准装置的输出不准确引入的不确定度

3)被检直流稳压电源的分辨力引入的不确定度

4)数字多用表FLUKE 75测量输出电压不准确引入的不确定度分量

5)环境变化、电磁场等环境条件引入的不确定度分量

3.2  不确定度的评定方法

1)测量人员在重复条件下进行重复测量引入的不确定度分量。被检直流稳压

电源的重复性,用单次测量值的实验标准偏差来定量表征。按以下公式计算测量值的不确定度

    2)标准组成设备HP34401A数字多用表的输出不准确引入的不确定度,该不确定度分量由其最大允许误差决定,其标准不确定度分量为

其中:为最大允许误差区间的半宽度,按均匀分布,测量结果的测量不确定度。

3)被检直流稳压电源DH17167A分辨率引入的不确定度

分辨力为,半宽度为:k为包含因子。

4)数字多用表FLUKE 75测量输出电压不准确引入的不确定度分量对直流稳压电源输出电压变化的影响微乎其微,可以忽略不计;实验室在检定所要求的温度、湿度的环境条件下进行检定,没有电磁场以及静电等干扰因素的存在,因此不确定度对测量的影响可以忽略不计。

4 直流稳压电源电压调整率测量结果不确定度评定

4.1 不确定度来源及评定方法

(1)由被检定直流重复测量10次读数值及A类评定见下表:

电源电压的输出值

测量值

V198(V)

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

0

V220(V)

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

0

V242(V)

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

34.64

0

该标准不确定度的自由度

2HP34401A数字多用表的输出不准确引入的不确定度

数字万用表34401A的最大允许误差为Δ=±(0.0045%读数+0.0006%量程),其引入的不确定度是在三次相互独立的测试中分别引入的,不确定度评定方法如下:

电源电压为220V时,a=0.0045%×34.64+0.0006%×100=2.2×10-3V

 V

电源电压为198V时,a=0.0045%×34.64+0.0006%×100=2.2×10-3V

V

电源电压为242V时,a=0.0045%×34.64+0.0006%×100=2.2×10-3(V)

(V)

由于所使用的经检定合格的标准数字多用表在测量前已经按说明书要求,经过充分的预热时间,且测量时环境温度、湿度符合其技术指标标定范围,故按照该标准器技术条件要求。半宽度a为允许误差范围的一半;估计为均匀分布,取包含因子,且估计,其自由度

 

3)被检稳压电源分辨力引入的不确定度分量

分辨力为,半宽度为:

按均匀分布,取包含因子k=

故标准不确定度分量为:

2.9×10-2V

由于标准数字多用表的量化误差,可认为在其分辨力范围内均匀分布,k取为 ,另外,标准数字多用表的量化误差100%地在其分辨力范围之内,据此获得的不确定度是很可靠的,故其自由度可取为

4)函数SV的每一个输入量的合成不确定度:

电源电压为220V时,

电源电压为198V时,

电源电压为242V时,

电源电压220V198V242V时,三次测量次数、方法等完全相同,因此其有效自由度相同。

4.2  合成标准不确定度评定

1)灵敏系数

数学模型   

灵敏系数   

2)合成标准不确定度汇总表

标准不确定度汇总表9-1

 

9-1标准不确定度汇总表

 

 

 


不确定度来源

标准不确定度

测量引入的不确定度

0.029

测量引入的不确定度

0.029

测量引入的不确定度

0.029

3)合成不确定度估算

合成标准不确定度的估算,输入量,彼此独立不相关,所以合成标准不确定度按下式得到。

  

=2.52×10-3

扩展不确定度:  (k =2

结束语:

   本文根据直流稳压电源检定装置的设备组成、检定方法等几个方面考虑电源调整率SV检定过程中的主要影响因素,确定了其不确定度来源,建立了测量结果不确定度评定模型,通过实验数据及仪表的性能指标确定了直流稳压电源DH1716-7A电源电压调整率校准的不确定度分量,计算出最终的测量结果不确定度。希望能给计量检定人员及研究人员提供一些借鉴和参考。

 

 

参考文献:

1         DH1716系列直流大功率稳压稳流电源说明书[Z]. 北京大华无线电仪器厂,2010(1)

2         DH2794系列程控直流电子负载使用说明书[Z]. 北京大华无线电仪器厂,2010(11)

3         马志毅、王南光. 直流稳压电源检定规程[M]. 中国航天工业总公司,1999(8)

4         蒋和平. 常用测量不确定度评定方法及应用实例[M].中国计量出版社,2004(2)

5         倪育才. 实用测量不确定度评定[M].中国计量出版社,2010(3)

6         宁锁珍. 测量不确定度评定方法探析[J]. 甘肃冶金,2005(6)

作者简介:

杨会民,男,1971年7月生,学历,军事装备学硕士;职称:高级工程师;从事工作电学计量

 

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