基于北斗卫星通信技术的电压、电流远程校准方法

1基于北斗卫星通信技术的电压、电流远程校准方法本文件规定了直流稳定电源远程校准的计量特性、校准条件、校准项目和校准方法、校准结果本文件适用于远程校准0.1级至0.5级直流稳定电源的电下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用4概述直流稳定电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压稳流电路、保护电路以及显示和调节控制装置等组成，主要为负载提供电能。直流稳定电源的工作原理是经过变压器将电网中的交流输入量直接变压，或通过整流和脉冲调制后变压，再经过整流、滤波和稳压稳流等电路，将交流量变为稳调整器件调整器件保护元件过载信号+取样比较放大基准电源电源变压器整流电路滤波电路~220V-2±(0.1%×UX+0.01%×Um)±(0.2%×UX+0.02%×Um)±(0.5%×UX+0.05%×Um)UX—稳定电压的输出示值，单位：V；Um—稳定电压的量程值，单位：V。±(0.1%×IX+0.01%×Im)±(0.2%×IX+0.02%×Im)±(0.5%×IX+0.05%×Im)IX—稳定电流的输出示值，单位：A；Im—稳定电流的量程值，单位：A。校准过程中标准器和被校准仪器的环境条件如下，除另有规定外，应符合下列规b)相对湿度：20%～80%；6.2测量标准及其它设备标准设备应经计量检定合格或校准，并在有效期内。标准设备的测量范围应覆盖被校直流稳定a)直流标准稳定电压源：分辨力应不低于被校直流稳定电源稳压输出负载效应及源电压效应b)直流标准稳定电流源：分辨力应不低于被校直流稳定电源稳流输出负载效应及源电压效应3d)电压频率转换器：用于将输入电压转换为频率成正比的脉冲序列输出。输入电压范围0V~e)电流频率转换器：用于将输入电流转换为频率成正比的脉冲序列输出。输入电流范围0A~允许频率偏差应不大于1×10_7；g)脉冲计数器：具备累加计数功能，用于测量每个卫星同步的秒脉冲周期内电压频率转换或率偏差应不大于1×10_7。7.1校准项目127.2校准方法a)外观检查：被校直流稳定电源的仪器名称、型号、制造厂名或商标、出厂编号、额定输入电压和频率、输出参数额定值、端钮标志等信息应齐全；端钮、开关、按键和调节旋钮应c)预热和调零：在规定的环境条件下，按说明书和实际工作需要进行预热。直流稳定电源的数字式直流稳定电源，每个量程均匀选取3至5个校准点，包括量程的10%、50%、100%点；模拟远程校准直流稳定电源采用稳定电压远程校准方法。通过北斗卫星提供的统一时间基准，同步测量标准端与被校端由电压频率转换器产生的脉冲参数，实现量值的远程校准。稳定电压远程校准4卫星同步时钟源卫星同步时钟源直流标准稳定电压源卫星同步时钟源被校直流稳定被校准端计算机计算机a)在标准端，将直流标准稳定电压源的电压输出端连接至电压频率转换器的输入端；将卫星同步时钟源输出的秒脉冲信号，分别作为起始信号接入时间间隔计数器、作为外闸门信号接入脉冲计数器；将电压频率转换器输出的脉冲信号，分别作为终止信号接入时间间隔计数器、作为被测信号接入脉冲计数器的测量输入端。在被校准端，被校直流稳定电源与其冲；调节直流标准稳定电压源和被校直流稳定电源，将其输出设定为同一校准点标称电压c)启动远程校准，标准端与被校端同步开始计数。在标准端，利用脉冲计数器测量每一个卫测量卫星同步秒脉冲的上升沿与电压频率转换脉冲信号的上升沿之间的时间间隔tSi。被校d)对两端记录的时间间隔数据进行处理，计算相邻两个时间间隔值之差。某时刻的相邻时间间隔之差为该时刻的时间间隔减去上一秒的时间间隔，由此分别得到带有同一时间标记的e)对连续3次测量得到的ΔtSi、ΔtXi、NSi、NXi分别计算算术平均值，得到平均相邻时间间隔之差ΔtS、ΔtX和平均脉冲数NS、NX，结合已知的电压频率转换系数星同步秒脉冲标称周期T0（1s被校直流稳定电源的稳定电压示值误差按公式(1)计算，ΔU—电压示值误差，V；5US—标准端的电压，V；UX—被校端的电压，V；fUS—标准端的频率，Hz；fUX—被校端的频率，Hz；T0—卫星同步秒脉冲的标称时间周期，为1s；λUS—标准端电压频率转换系数，Hz/V； λUX ΔtS—标准端平均相邻时间间隔之差，s；ΔtX—被校端平均相邻时间间隔之差，s；NS—标准端平均脉冲数；NX—被校端平均脉冲数。UU—电压相对示值误差。远程校准直流稳定电源采用稳定电流远程校准方法。通过北斗卫星提供的统一时间基准，同步测量标准端与被校端由电流频率转换器产生的脉冲参数，实现量值的远程校准。稳定电流远程校准卫星同步时钟源卫星同步时钟源秒脉冲时间间隔计数器(及脉冲计数器)脉冲信号电流频率转换器直流标准稳定电流源卫星同步时钟源秒脉冲时间间隔计数器(及脉冲计数器)脉冲信号电流频率转换器被校直流稳定被校准端数据计算机标准端计算机北斗卫星数据6a)在标准端，将直流标准稳定电流源的电流输出端连接至电流频率转换器的输入端；将卫星同步时钟源输出的秒脉冲信号，分别作为起始信号接入时间间隔计数器、作为外闸门信号接入脉冲计数器；将电流频率转换器输出的脉冲信号，分别作为终止信号接入时间间隔计数器、作为被测信号接入脉冲计数器的测量输入端。在被校准端，被校直流稳定电源与其冲；调节直流标准稳定电流源和被校直流稳定电源，将其输出设定为同一校准点标称电流c)启动远程校准，标准端与被校端同步开始计数。在标准端，利用脉冲计数器测量每一个卫测量卫星同步秒脉冲的上升沿与电流频率转换脉冲信号的上升沿之间的时间间隔tSi。被校d)对两端记录的时间间隔数据进行处理，计算相邻两个时间间隔值之差。某时刻的相邻时间间隔之差为该时刻的时间间隔减去上一秒的时间间隔，由此分别得到带有同一时间标记的隔之差ΔtS、ΔtX和平均脉冲数NS、NX，结合已知的电流频率转换系数λIS、λIX以及卫星同步秒脉冲标称周期T0（1s被校直流稳定电源的稳定电流示值误差按公式(3)计算，ΔI—电流示值误差，A；IS—标准端的电流，A；IX—被校端的电流，A；fIS—标准端的频率，Hz；fIX—被校端的频率，Hz；T0—卫星同步秒脉冲的标称时间周期，为1s；λIS—标准端电流频率转换系数，Hz/A；λIX—被校端电流频率转换系数，Hz/A； ΔtS ΔtX—被校端平均相邻时间间隔之差，s；NS—标准端平均脉冲数；NX—被校端平均脉冲数。I_IISI=I_IIS7校准结果应在校准证书上反映，校准证书应至少包括以a)标题：“校准证书”；c)进行校准的地点（如果与实验室的地址不同），校准原始记录格式见附录B，校准证书内页8A.1概述定电压示值误差的校准测量不确定度评定为例，说明直流稳定电源远程校准项目的测量不确定度评定的程序。由于校准方法和所用仪器设备相同或近似，其他项目校准测量不确定度评A.2测量条件及方法测量环境条件：温度20℃,相对湿度50%。测量标准：直流标准稳定电压源、卫星同步时钟源、电压频率转换器、时间间隔计数器、脉冲测量方法：采用稳定电压远程校准方法。通过卫星提供的统一时间基准，同步测量标准端与被校端由电压频率转换器产生的脉冲参数，通过测量相邻时间间隔之差与脉冲数，计算被校直流稳定A.3直流电压示值误差校准不确定度评定A.3.1测量模型直流稳定电源直流电压示值误差见7.2.2，其示值误差校准测量模型可用式(A式中:UX—被校端电压示值，V；US—标准端电压示值，V；ΔU—电压示值误差，V；T0—卫星同步秒脉冲的标称时间周期，为1s；λS—标准端电压频率转换系数，Hz/V；λX—被校端电压频率转换系数，Hz/V； ΔtS—标准端平均相邻时间间隔之差，s； ΔtX—被校端平均相邻时间间隔之差，s； NS—标准端平均脉冲数； NX—被校端平均脉冲数。US—直流标准稳定电压源固有误差。9式中:uc(ΔU)—被校直流稳定电源直流电压示值误差的合成标准不确定度，V；u(US)—直流标准稳定电压源引入的标准不确定度，V；u(λS)—标准端电压频率转换器引入的标准不确定度，Hz/V； u(ΔtS)—标准端时间间隔之差引入的标准不确定度，s； u(NS)—标准端脉冲计数器引入的标准不确定度；u(λX)—被校端电压频率转换器引入的标准不确定度，Hz/V； u(ΔtX)—被校端时间间隔之差引入的标准不确定度，s；u—被校端脉冲计数器引入的标准不确定度。c……………(A.3)c2=∂ΔU=NS=0.010001V2.s……………(A.4)cc6==_=_1.004585V/sc6==_=_1.004585V/s∂ΔtXλX.(T0+ΔtA.3.2标准不确定度评定A.3.2.1由电压频率转换器（标准端）重复性引入的不确定度分量u1(λS)（A类评定）设定标准源输出直流电压为1V，用频率计数器对电压频率转换器输出的脉冲信号每一秒的频率进行测量，连续测量10次，并结合输入电US/VfS/HzλS/Hz.V_1123456789根据贝塞尔公式，计算实验标准偏差s(λS)。(λS)=s(λS)=2.92×10_4HzV…………………(A.11)A.3.2.2由时间间隔之差（标准端）重复性引入的不确定度分量u1(ΔtS)（A类评定）为预评估标准端相邻时间间隔之差测量过程的重复性，设定标准源输出直流电压1V，用时间间隔计数器测量每一秒电压频率转换器输出的连续方波脉冲与北斗卫星同步秒脉冲的时间间隔，并计12345ΔtS(s)6789ΔtS(s)根据贝塞尔公式，计算实验标准偏差s(ΔtS)。A.3.2.3由电压频率转换器（标准端）的最大允许误差引入的不确定度分量u2(λS)（B类评定）标称输出频率为100Hz时，电压频率转换系数的最大误差为±1×10_2Hz/V，概率分布为均匀分布，半宽为1×10_2Hz/V，包含因子k=3，则不确定度分量为：uHzV…………A.3.2.4由北斗同步时钟精度影响（标准端）引起的不确定度分量u2(ΔtS)（B类评定）u2s……………A.3.2.5由时间间隔计数器测量准确度（标准端）引起的不确定度分量u3(ΔtS)（B类评定）u3s………… A.3.2.6由脉冲计数器测量准确度（标准端）引起的不确定度分量u(NS)（B类评定）1×10_7，对于被测脉冲频率为100Hz且测量时k=3。A.3.2.7由标准源的不确定度引起的不确定度分量u(US)（B类评定）则示值为1V时，最大允许误差绝对值为1.3×10_5V，则：A.3.2.8由电压频率转换器（被校端）重复性引入的不确定度分量u1(λX)（A类评定）设定被校源输出直流电压为1V，用频率计数器对电压频率转换器输出的脉冲信号每一秒的频率UX/VfX/Hz_1123456789根据贝塞尔公式，计算实验标准偏差s(λX)。A.3.2.9由时间间隔之差（被校端）测量重复性引入的不确定度分量u1(ΔtX)（A类评定）测量每一秒电压频率转换器输出的连续方波脉冲与北斗卫星同步秒脉冲的时间间隔，并计算每两个12345ΔtX(s)6789ΔtX(s)根据贝塞尔公式，计算实验标准偏差s(ΔtX)。A.3.2.10由电压频率转换器（被校端）的最大允许误差引入的不确定度分量u2(λX)（B类评定）本实例系统使用的电压频率转换器，其最大允许误差不超过±0.01%，当输入电压为1V且对应的标称输出频率为100Hz时，电压频率转换系数的最大误差为±1×10_2Hz/V，概率分布为均匀分布，半宽为1×10_2Hz/V，包含因子k=3，则不确定度分量为：uHzV…………A.3.2.11由北斗同步时钟精度影响（被校端）引起的不确定度分量u2(ΔtX)（B类评定）本实例系统选用的北斗同步时钟，其输出1pps脉冲信号的u2s……………A.3.2.12由时间间隔计数器测量准确度（被校端）引起的不确定度分量u3(ΔtX)（B类评定）本实例系统选用通用计数器完成时间间隔计数，其内A.3.2.13由脉冲计数器测量准确度（被校端）引起的不确定度分量u（B类评定）1×10_7，对于被测脉冲频率为