電學計量中多功能校準器的校準方法

賈維海

（遵義師范學院，貴州 遵義 563006）

隨著智能電網和現代工業的快速發展，對電學計量的準確度和可靠性提出了更高要求。國家重視電學計量在經濟建設中的作用，出臺了一系列政策法規，規范電能計量裝置的管理。在此背景下，多功能校準器作為電學計量的核心設備，在高校電子、機械和自動化等涉電專業的實驗教學也會使用與校準器相關的設備，其校準和維護顯得尤為重要。文章將從多功能校準器的基本原理入手，詳細介紹其校準方法和日常維護，以期為相關教學管理人員或從業者提供參考。

1 多功能校準器的基本原理

多功能校準器是電學計量領域中一種功能強大、精度高的關鍵設備。它集多種電學量校準功能于一體，可對直流電壓、交流電壓、直流電流、交流電流、電阻、頻率和相位等進行高精度校準。多功能校準器的核心部件包括基準源、比較器、控制器和輸出電路等。其中，基準源是產生高穩定度電學量的關鍵，通常采用精密的基準電壓源和基準電阻等，經過嚴格篩選和校準，確保其輸出的電學量長期保持穩定。比較器則用于將被校準儀器的輸出與基準量進行比較，采用高分辨率A/D 轉換器，能夠精確測量兩者之間的偏差。控制器負責協調各部件工作，根據預設的校準程序，自動完成校準過程并記錄數據。輸出電路則將校準后的電學量準確輸出，同時具有過載保護功能。多功能校準器憑借其全面的校準功能和優異的計量性能，在電力、電子、通信等領域得到廣泛應用。實驗及工程技術人員通過使用多功能校準器對各類電學計量儀器進行定期校準，不僅可以確保計量結果的準確可靠，而且有助于及時發現儀器的性能退化，為檢修和更換提供依據，從而有效提高電學計量的整體水平，為教學和科研提供可靠保障。

2 多功能校準器的校準方法

2.1 校準前準備

多功能校準器的校準工作需要嚴謹細致地準備，才能確保校準過程的順利進行和校準結果的高度可靠。首先，校準環境要求嚴格，實驗室需保持清潔整潔，溫度和濕度控制在規定范圍內，避免灰塵、振動和電磁干擾等因素影響校準結果。其次，要對多功能校準器及其配套設備進行全面檢查，確保其處于最佳工作狀態。通過目視檢查和試運行，排除儀器的機械故障和電氣故障，檢查各項指標是否符合出廠標準。還要仔細檢查信號線纜和接口的連接是否牢固，接觸是否良好，避免因接觸不良導致信號失真或中斷。最后，選擇合適的接線方式也至關重要。根據待校準的電學量類型和范圍，合理設計接線方案，確保信號傳輸的完整性和準確性。對于不同的校準項目，可能需要采用不同的接線拓撲結構，如串聯、并聯、四線制等。工程技術人員要根據具體情況，選擇最優的接線方式，盡可能減少接線引入的附加誤差。同時，要注意接線的絕緣性能和屏蔽措施，避免信號泄漏和受外界干擾。

2.2 校準項目和方法

2.2.1 直流電壓校準

直流電壓校準是多功能校準器的基本功能之一。校準過程中，首先要選擇合適的校準點，覆蓋被校準儀器的量程范圍。根據直流電壓的大小，可分為高壓和低壓兩種情況。對于低壓校準，通常采用電壓比較法，即將多功能校準器的輸出電壓與被校準儀器的示值進行比較，記錄誤差并判定是否合格。對于高壓校準，則需要使用高壓分壓器，將高壓轉換為低壓后再進行比較。無論高壓還是低壓，都要注意連接線的絕緣性能和接觸可靠性，避免因泄漏或接觸電阻引入誤差。在校準過程中，要嚴格按照規定的步驟進行（如：預熱、調零、讀數等），確保測量結果的可重復性。必要時還需要考慮環境溫度和濕度等因素的影響，修正測量結果。總之，通過科學嚴謹的校準，可以進一步提高評估直流電壓測量設備的準確計量性能，提供可靠的計量保障

2.2.2 交流電壓校準

交流電壓校準是評估交流電壓測量設備準確性的重要手段。與直流電壓校準不同，交流電壓校準需要考慮電壓的幅值和頻率特性。因此，在選擇校準點時，既要覆蓋被校準儀器的電壓量程，又要覆蓋其頻率范圍。常用的校準方法有電壓比較法和熱電轉換法，電壓比較法是將多功能校準器輸出的標準交流電壓與被校準儀器的示值進行比較，根據計算誤差判定被校準儀器是否合格可靠。熱電轉換法則是利用熱電轉換器將交流電壓轉換為直流電壓，再與直流標準源進行比較。無論采用哪種方法，都要注意信號的畸變度和穩定性，避免由于波形失真或幅值波動引入誤差。此外，外界干擾和泄漏電流也會影響校準結果，需要注意連接線屏蔽和絕緣性能的選用參數。交流電壓校準對設備和操作人員的要求較高，需要嚴格遵循操作規程，細致分析誤差來源，從而確保校準結果準確可靠。

2.2.3 直流電流校準

直流電流校準對于確保電流測量設備的準確性至關重要。多功能校準器憑借其優異的電流輸出性能，可對各種電流表、電流互感器等進行高精度校準。校準前，要根據被校表的量程選擇合適的校準點，通常采用線性遞增的方式，覆蓋從零到滿量程的各個區間。校準時，多功能校準器輸出穩定的直流電流信號，同時測量被校表的示值，計算誤差并判斷是否合格。對于大電流校準，可采用分流器法，即用高精度分流器將大電流轉換成小電流，再進行測量比較。整個校準過程中，要特別注意連接線的截面積和接觸電阻，避免因壓降或發熱引起誤差。同時，還要考慮環境溫度對分流器電阻值的影響，必要時進行溫度補償。

2.2.4 交流電流校準

交流電流校準是評估交流電流測量設備性能的有效方法。與直流電流校準類似，交流電流校準也需要選擇合適的校準點，覆蓋被校準儀器的量程和頻率范圍。常用的校準方法有電流比較法和電流互感器法。電流比較法是將多功能校準器輸出的標準交流電流與被校表的示值進行比較，計算誤差并判定合格性。電流互感器法則是利用標準電流互感器將大電流轉換為小電流，再與多功能校準器的輸出進行比較。無論采用哪種方法，都要注意信號的畸變度和穩定性，避免由于波形失真或幅值波動引入誤差。此外，還要注意連接線的屏蔽和絕緣，防止外界干擾和泄漏電流的影響。對于大電流校準，還要特別關注互感器和連接線的發熱問題，避免因溫升引起誤差。

2.2.5 電阻校準

電阻校準是確保電阻測量設備準確性的重要手段。多功能校準器憑借其優異的電阻輸出性能，可對各種電阻表、電橋等進行高精度校準。校準前，要根據被校設備的量程選擇合適的校準點，通常采用線性遞增的方式，覆蓋從零到滿量程的各個區間。校準時，多功能校準器輸出穩定的標準電阻值，同時測量被校設備的示值，計算誤差并判斷是否合格。對于高阻值的校準，可采用分壓比較法，即用高精度分壓器將高阻值轉換成低阻值，再進行測量比較。整個校準過程中，要特別注意連接線的絕緣電阻和三端效應，避免因泄漏電流或寄生電容引起誤差。同時，還要考慮環境溫度對電阻值的影響，必要時進行溫度補償。隨著精密電子儀器的不斷發展，對高阻值、低阻值等特殊電阻的計量需求日益增長，這對多功能校準器的測量范圍和分辨率提出了更高要求。還需要開發新的校準技術，不斷拓展電阻校準的應用領域。

2.2.6 頻率校準

頻率校準在許多領域具有重要意義（如：通信、航天和導航等）。多功能校準器憑借其優異的頻率測量和輸出性能，可對各種頻率計、頻率源等進行高精度校準。校準前，要根據被校設備的頻率范圍選擇合適的校準點，通常采用對數遞增的方式，覆蓋從低頻到高頻的各個區間。校準時，多功能校準器輸出穩定的標準頻率信號，同時測量被校設備的示值，計算誤差并判斷是否合格。對于高頻校準，還需要考慮傳輸線的特性阻抗匹配和矢網絡參數的影響。整個校準過程中，要特別注意信號的純度和穩定性，避免由于雜散頻率或頻率漂移引入誤差。同時，還要考慮環境溫度和濕度對頻率信號的影響，必要時進行環境修正。隨著5G 通信和量子科技的興起，對高精度、寬頻帶的頻率計量需求日益增長，這對多功能校準器的性能指標提出了更高挑戰。還需要使用新的頻率校準方法和技術（如：采用光頻梳和原子鐘等）不斷推進頻率校準的發展進步。

2.2.7 相位校準

相位校準在電力系統和電子測量領域具有廣泛應用。多功能校準器憑借其優異的相位測量和輸出性能，可對各種相位表、相位比較器等進行高精度校準。校準前，要根據被校設備的相位范圍選擇合適的校準點，通常采用等間隔的方式，覆蓋從0°～360°各個區間。校準時，多功能校準器輸出兩路穩定的標準相位信號，同時測量被校設備的示值，計算相位差并判斷是否合格。對于高精度相位校準，還需要考慮信號的幅值匹配和諧波干擾的影響。整個校準過程中，要特別注意信號的穩定性和一致性，避免由于幅值波動或觸發抖動引入誤差。同時，還要考慮環境溫度和電磁干擾對相位測量的影響，必要時進行屏蔽和隔離。隨著電力電子和智能電網技術的快速發展，對高精度、寬范圍的相位計量需求日益增長，這對多功能校準器的測量性能提出了更高要求。

2.3 校準結果分析與不確定度評定

多功能校準器校準結果的分析和不確定度評定是校準工作的關鍵環節。通過對校準數據的統計分析，可以全面評估多功能校準器的準確度和穩定性。一方面，要計算校準結果的平均值、標準差等統計量，判斷其是否滿足規定的技術指標。另一方面，還要分析校準結果的重復性和再現性，評估多功能校準器在不同時間、不同條件下的測量一致性。在此基礎上，還需要嚴格按照不確定度評定的方法和步驟，系統分析各種不確定度來源，包括校準標準的引用不確定度、被校對象的重復性、環境因素的影響等。通過建立數學模型，合理分配靈敏系數，并運用不確定度傳遞定律，最終計算出校準結果的合成不確定度。這一過程需要校準人員具備扎實的理論功底和豐富的實踐經驗，能夠科學合理地評估各種不確定度分量，準確計算合成不確定度，給出完整可靠的校準結果。

3 多功能校準器的日常維護

3.1 定期自校準

多功能校準器需要定期自校準以確保準確度和穩定性。自校準是利用內部高精度基準信號，對測量電路進行自我檢查和校正。通過自校準，可及時發現和消除使用過程中產生的漂移和誤差，保證量值準確可溯。多功能校準器應至少每月自校準一次，并在規定環境條件下預熱足夠時間。自校準通常由設備自動完成，操作人員只需簡單設置和確認。校準結果異常時，要分析原因，必要時送專業機構檢測維修。定期自校準能確保多功能校準器始終處于最佳工作狀態，為電學計量提供可靠技術保障。

3.2 使用注意事項

多功能校準器使用時需特別注意，以免影響準確度和可靠性。要嚴格控制使用環境，避免在惡劣條件下工作，以免損壞或性能退化。要正確連接被測設備，確保信號準確傳輸，避免接線錯誤引入誤差。測量時避免超量程信號，以免過載損壞。還要防止機械碰撞和振動，輕拿輕放。不使用時存放在清潔、干燥、安全環境中，用防塵罩保護。定期清潔和檢查設備，確保其最佳工作狀態。嚴格遵守使用注意事項，可延長設備壽命，確保測量性能穩定可靠。

3.3 故障診斷與維修

多功能校準器長期使用中可能出現故障。出現異常情況時，如顯示錯誤、測量不穩定、無法開機等，要立即停止使用，避免造成進一步損壞。首先仔細觀察和記錄故障現象，嘗試檢查電源、重啟等基本排除措施。如問題依然，要尋求專業維修人員幫助。維修人員會使用示波器、萬用表、診斷軟件等工具，全面檢測分析，查明故障原因。然后采取更換元器件、調整參數、升級軟件等維修措施，直到排除故障，恢復正常工作。維修過程嚴格遵守安全規范，避免二次損壞。維修后全面測試和校準，確保指標滿足要求。專業、及時、有效的故障診斷與維修，可最大限度減少停機時間，保證電學計量工作連續性和可靠性。

4 結語

電學計量中多功能校準器的校準和維護是一項復雜而重要的工作。只有深入理解多功能校準器的原理，嚴格按照規范的校準方法操作，并做好日常維護，才能確保其準確可靠，為電學計量的高精度提供堅實保障。這不僅關系到實驗教學設備的正常工作，更關乎實驗設備的使用生命周期，是實驗管理工作常態化、規范化和標準化建設的重要環節。因此，我們要高度重視多功能校準器的校準和維護，不斷提高實驗教學與管理人員的技術水平和責任意識，為本科人才培養和推動教學成果高質量發展貢獻力量。