軍品型號試驗中不間斷電源的校準方法研究

王永鵬 劉志華 賈志杰 呂守國

摘 要：本文描述了軍品型號試驗中測控系統專用設備-不間斷電源的校準方法。由于軍品型號試驗的特殊性，對不間斷電源的校準參數有不同的需求和關注點。確定校準方法后需要對該方法的各個校準參數進行不確定度的評定，以滿足型號試驗溯源精度和可靠性的要求。

關鍵詞：型號試驗 不間斷電源 校準方法

引言

在軍工、國防等領域的多種型號試驗的測試任務中，不間斷電源（簡稱UPS）的使用非常普遍。該設備主要有兩大功能：1、為各類儀器設備提供穩定的交流供電電壓。2、內置電池組能夠在外部市電斷電時為試驗設備提供短時間的交流電壓，保障軍品型號試驗指揮員在斷電后短時間內緊急完成應急操作，順利完成數據存儲、切斷燃料輸送等風險規避動作，保障試驗的安全與可靠性。

目前對于不間斷電源的校準主要依據交流電源校準規范[1]。但對于在軍工型號試驗中使用的不間斷電源，在設備使用要求、使用條件等方面均與普通部門的使用有著很大的不同。因此，有針對性地開展不間斷電源校準方法的研究對保障軍品型號試驗系統可靠性以及計量量值傳遞準確性具有非常重要的意義。

1不間斷電源的主要工作原理與功能簡介

在軍品型號試驗中普遍采用市電-不間斷電源-設備的模式。不間斷電源通常由整流回路、后備/擴充電池組、可逆變電路、控制電路和輸出轉換開關等五部分組成。按照不間斷電源的輸入、輸出方式可分為單進單出型、三進單出型和三進三出型。按輸出功率的大小可分為大（>80 kVA）、中（10～80 kVA）、小功率（<10 kVA）三種類型;按工作方式可分為后備式、在線式和在線互動式三種類型。

在北京航天試驗技術研究所試驗臺測控系統中，均使用后備式、小功率（<10 kVA）型不間斷電源。試驗臺測控系統的組成圖如圖1所示。

2校準環境以及校準項目

不間斷電源的校準項目參照相關校準規范[1]的要求，主要有以下內容：外觀以及附件、工作正常性、輸出電壓的示值誤差、電網調整率、負載調整率、電池組后備時間。

3各校準項目的校準方法

3.1外觀以及附件

采用目測和手動的方法檢查被校準設備的外觀和附件。外觀應該完好，附件以及技術說明書等文件資料齊全。

3.2工作正常性

檢查設備的外部保護機殼與設備內部的接地端是否導通。設備通電時，設備是否處于正常的工作狀態，各狀態知指示燈是否工作正常。

3.3輸出電壓的示值誤差

該指標用于考核不間斷電源的指示表工作是否正常，輸出電壓的數值是否在技術指標之內。調節調壓器，不間斷電源的供電交流電壓為220V（V1=220V），再調節可編程電子負載使其處于不間斷電源滿載功率的90%，交流數字電壓表（V2）、電流表（A2）分別測量其輸出電壓、電流。

3.4電網調整率

該項指標用來考核輸入不間斷電源的電網電壓發生在一定范圍內波動時，不間斷電源是否能正常工作。通過調壓器調節不間斷電源輸入端的交流供電電壓。調節可編程電子負載，在不間斷電源負載消耗功率為滿載功率的90%時，通過調壓器調節不間斷電源輸入端的供電電壓分別為正常電壓的 90%（198V）和110%（242V），交流數字電壓表（V2）分別測量不間斷電源在三種情況下的輸出電壓值，計算電網調整率。電網調整率SV按照公式（1）計算。

3.5負載調整率

該指標用來衡量不間斷電源帶負載能力的指標。校準方法：調壓器穩定輸出220V交流電壓，不間斷電源分別在空載和滿載時測量其實際的電壓輸出值。負載調整率SL按照公式（2）計算。

3.6電池組備用時間

該指標用于考核在切斷市電供電后，不間斷電源后備電池組的最大備用時間是否滿足技術指標或者使用方的要求。在進行該指標考核前，需要完成電池組充電。調節交流調壓器，不間斷電源的供電電壓為220V，調節電子負載，使其處于不間斷電源最大功率的90%工作狀態，關閉交流調壓器，使被校不間斷電源切換至電池供電，同時用秒表計時，直到被校不間斷電源輸出斷電為止，通過秒表記錄備用時間。

4校準方法的不確定度評定

由于軍品型號試驗對測量的精度和可靠性的要求，對于校準方法要進行不確定度評定，滿足要求后方可開展設備的校準工作。測量不確定度評定方法參照文獻[5]。

4.1 測量不確定度的主要來源

測量時的不確定度來源如下：

（1）標準電壓表的最大允許誤差引入的不確定度ud1;

（2）標準電壓表的分辨力引入的不確定度ud2;

（3）電源輸出電壓測量重復性引入的不確定度ud3;

4.2.1標準電壓表的最大允許誤差引入的不確定度 ud1

參考測量結果不確定度的分布率，標準電壓表的最大允許誤差引入的不確定度 ud1按照JJF1059.1-2012規定，該項采用B類不確定度評定方法。根據數字電壓表的技術說明書查詢其1年內最大允許誤差為：±（0.06%×R+0.03%×FS）。a1=0.06%×220V+0.03%×750V=0.357V。其分布服從均勻分布，包含因子k=。相對不確定度為：ud1 =a1/（k×FS）=0.357V/（×750V）=2.7×10-4。

4.2.2標準電壓表的分辨力引入的不確定度ud2

標準電壓表的750V量程的分辨力1.0 mV，依據B類不確定度評定方法，半寬a2=0.5mV，視為均勻分布，包含因子k=，則ud2= a2/（×量程）=0.5 mV/（×量程）=3.8×10-7（k=）。

4.2.3電源輸出電壓測量重復性引入的不確定度ud3

在短時間內交流標準電壓表進行10次重復測量，n=10，重復性計算公式參照文獻[5]。電壓測量的

實驗標準偏差Sn（V）=0.87mV，重復性引入的標準不確定度為：

4.2.4合成不確定度

220V點的合成不確定度uc為：

4.2.5擴展不確定度

220V點的擴展不確定度Ur為：Ur= kuc =5.4×10-4 （k=2）

其他校準參數的不確定度可參照電源電壓調整率的評定方法進行評定。

5結論

通過對軍品型號試驗不間斷電源校準方法的探索，較為全面地考核不間斷電源的性能指標，為保障軍品型號試驗的可靠性提供技術依據和支持。目前該方法已直接服務于多種型號試驗任務的設備計量保障工作，為保障軍品型號試驗中設備可靠性奠定基礎。

參考文獻

[1]QJ3233-2005《交流穩壓電源穩態特性校準規范》

[2]王兵，印朝輝，張鵬程，李元芳，UPS 校準方法研究[J]，宇航計測技術，2017，37（6）：70～74

[3]李瑞堅，UPS校準方法研究計量與測試技術[J]，2016，43（12）：80～81

[4]王奇，型號試驗用UPS故障診斷與對策[J]，航天器環境工程，2009，26（1）：73～76

[5]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》