中華人民共和國工業(yè)和信息化部機械計量技術(shù)規(guī)范JJF(機械)1067-20212021-12-02發(fā)布2022-04-01實施霍爾電流傳感器校準規(guī)范CalibrationSpecificationofHoareCurrentSensor機械工業(yè)第二十六計量測試中心站(蘇州)本規(guī)范主要起草人：胡德霖(蘇州電器科學研究院股份有限公司)胡醇(蘇州電器科學研究院股份有限公司)陳立[機械工業(yè)第二十六計量測試中心站(蘇州)]參加起草人：宋靜波(蘇州電器科學研究院股份有限公司)胡吉華[機械工業(yè)第二十六計量測試中心站(蘇州)]姚俊文[機械工業(yè)第二十六計量測試中心站(蘇州)]魏映紅[機械工業(yè)第二十六計量測試中心站(蘇州)]JJF(機械)1067—2021引言 2引用文件 3術(shù)語和計量單位 5計量特性 5.1準確度等級和基本誤差限 5.2基本誤差 5.3上限截止頻率 5.4零點輸出誤差 6校準條件與校準設(shè)備 6.1環(huán)境條件 6.2標準測量裝置及其他設(shè)備 7校準項目和校準方法 7.1校準項目 7.2校準方法 8校準結(jié)果表達 9復校時間間隔 附錄A直流基本誤差測量結(jié)果不確定度評定 附錄B校準證書內(nèi)頁格式 附錄C校準原始記錄格式 本規(guī)范依據(jù)JJF1071—2010《國家計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1001—2011《通用計量術(shù)語及定義》、JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》,并參照采用了GB/T16927.4—2014《高電壓和大電流試驗技術(shù)第4部分：試驗電流和測量系統(tǒng)的定義和要求》和JB/T7490—2007《霍爾電流傳感器》有關(guān)霍爾電流傳感器的計量性能的規(guī)定編制。本規(guī)范為首次發(fā)布。1霍爾電流傳感器校準規(guī)范本規(guī)范主要適用于準確度等級為0.05級及以下、頻率為100kHz及以下、電流為10kA及以下的霍爾電流傳感器的校準，其他電流傳感器、電流變換器等的校準可參照本規(guī)范。本規(guī)范引用了下列文件：GB/T16927.4—2014高電壓和大電流試驗技術(shù)第4部分：試驗電流和測量系統(tǒng)的定義和要求JB/T7490—2007霍爾電流傳感器凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。下列術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。霍爾電流傳感器的二次輸出為電流時，被測一次輸入電流I?與二次輸出電流I?之霍爾電流傳感器的二次輸出為電壓時，被測一次輸入電流I?與二次輸出電壓U?之上限截止頻率upperlimitfrequencies電流比或比例因數(shù)由通帶峰值下降到-3dB時的頻率。4概述霍爾電流傳感器可廣泛應用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、逆變焊機、電解電鍍裝置、數(shù)控機床、微機監(jiān)測系統(tǒng)、電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)和需要隔離檢測電流電壓的各個領(lǐng)域中?；魻栯娏鱾鞲衅魇腔诨魻栃谱鞯囊环N磁場傳感器，對安培定律加以應用，即在載流導體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此，它使電流的非接觸測量成為可能，通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導體電JJF(機械)1067—20212流的大小。霍爾電流傳感器的工作原理如圖1所示，霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理，當一次電流kp產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁心集中在磁路中時，霍爾器件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁心上的多匝線圈輸出反向的補償電流I?,用于抵消一次電流Ip產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng)過特殊電路的處理，霍爾電流傳感器的輸出端能夠精確反映一次電流的電流變化。其具有測量范圍廣、響應速度快、測量精度高、線性度好、動態(tài)性能好、工作頻帶寬、可靠性高、過載能力強、測量范圍大、體積小、重量輕、易于安裝等諸多優(yōu)點?；魻栯娏鱾鞲衅鲝V泛地應用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理，常用于汽車電器及新能源領(lǐng)域，隨著汽車電器及新能源發(fā)展越來越好，其電流電壓參數(shù)的準確度對試驗結(jié)果起著重要作用，其對霍爾電流傳感器的準確度要求也提高了，霍爾電流傳感器的計量校準的需求也越來越多。放大器放大器被測電流霍爾器件測量電流公共地+電源磁場5計量特性5.1準確度等級和基本誤差限霍爾電流傳感器按準確度等級分為0.05級、0.1級、0.2級、0.5級、1.0級、2.0級。霍爾電流傳感器的基本誤差限是當輸入電流為額定電流的10%～100%時，在參考條件下的允許誤差?；魻栯娏鱾鞲衅鞲鳒蚀_度等級的允許誤差見表1。準確度等級0.05級0.1級0.2級0.5級1.0級2.0級允許誤差5.2基本誤差5.2.1霍爾電流傳感器的二次輸出為電流時基本誤差用電流比相對誤差表示，按公式δK-—被?；魻栯娏鱾鞲衅麟娏鞅认鄬φ`差；KN—-被校霍爾電流傳感器標稱電流比；Ks—被?；魻栯娏鱾鞲衅鲗崪y電流比。35.2.2霍爾電流傳感器的二次輸出為電壓時基本誤差用比例因數(shù)的相對誤差表示，按公式(2)計算。式中：δ——被?；魻栯娏鱾鞲衅鞅壤驍?shù)的相對誤差；K——被?；魻栯娏鱾鞲衅鳂朔Q比例因數(shù)；Kg——被?；魻栯娏鱾鞲衅鲗崪y比例因數(shù)。5.3上限截止頻率當電源頻率變化時，上限截止頻率指電流比或比例因數(shù)由通帶峰值下降到-3dB時的頻率。5.4零點輸出誤差在校準條件下，零點輸出誤差指被測量為零時傳感器的輸出誤差，即傳感器一次電流為零時的二次輸出量與額定量之差。6校準條件與校準設(shè)備6.1環(huán)境條件6.1.1大氣條件：環(huán)境溫度為20℃±5℃,相對濕度為30%～75%。6.1.2電源條件：220V±22V,50Hz±0.5Hz,輔助電源電壓波動度應不大于2%。6.1.3場地條件：周圍無影響儀器正常工作的電磁干擾和機械振動。6.1.4接地條件：試驗回路應單點接地，接地電阻小于0.5Ω。6.2標準測量裝置及其他設(shè)備直流電流比例標準、高精度電流互感器、標準電阻器、高精度數(shù)字多用表及頻率計數(shù)器的準確度等級至少比被?；魻栯娏鱾鞲衅鳒蚀_度等級高兩個級別。校驗用電流源應能向被?；魻栯娏鱾鞲衅魇┘有蕰r所需的直流電流或交流電流。準確度等級高于或等于0.2級的霍爾電流傳感器的校驗用電流源，輸入電流波形畸變不大于1%;準確度等級低于或等于0.5級的霍爾電流傳感器的校驗用電流源，輸入電流波形畸變不大于3%。直流電流源紋波電流系數(shù)小于3%,輸入電流波動對測量結(jié)果的影響應不超過被?；魻栯娏鱾鞲衅髟试S誤差的1/10。7校準項目和校準方法7.1校準項目霍爾電流傳感器校準項目見表2。序號項目名稱1外觀及標識檢查2工頻電壓試驗及絕緣電阻測量4序號項目名稱3基本誤差校準4上限截止頻率測量5零點輸出誤差校準新制造的霍爾電流傳感器應在校準實驗室環(huán)境預處理(存放)2h～4h。通過目測觀察，霍爾電流傳感器的銘牌和器件上應有產(chǎn)品型號、編號、制造廠名稱或商標、準確度等級、額定輸入電流、額定輸出電壓的標志，應標明電流方向。接線端子應齊備、完好?；魻栯娏鱾鞲衅鳠o嚴重影響校準工作的其他缺陷。7.2.2工頻電壓試驗及絕緣電阻測量將高壓試驗臺連接在被校霍爾電流傳感器的接地端與霍爾電流傳感器所有連接在一起的接線端鈕之間。高壓試驗臺的高電壓端與霍爾電流傳感器連接在一起的接線端鈕連接，高壓試驗臺的低電壓端與霍爾電流傳感器的接地端連接，逐漸升高電壓，當電壓升至表3規(guī)定的工頻試驗電壓后，保持1min。如果霍爾電流傳感器無擊穿或放電現(xiàn)象，則認為工頻電壓試驗合格。輔助電源電壓U?VUN<6060≤U?<130250≤Un<500試驗時先將有外殼的霍爾電流傳感器的所有接線端鈕連接在一起，并將其與絕緣測量儀的高電壓端連接，絕緣測量儀的低電壓端與霍爾電流傳感器的外殼接地端連接，并在規(guī)定的500V電壓下讀取絕緣電阻值，其值不得低于5MΩ。對于高壓霍爾電流傳感器，測得的絕緣電阻值不得低于20MΩ。當霍爾電流傳感器的二次輸出為電流時，霍爾電流傳感器的直流基本誤差校準電路如圖2所示。直流穩(wěn)流源給直流霍爾電流傳感器通一次電流I?,一次電流I?由直流電流5比例標準和標準電阻器及高精度數(shù)字多用表測得，高精度數(shù)字多用表測得霍爾電流傳感器二次輸出電流I?,由公式Kg=I?II?計算得到被?；魻栯娏鱾鞲衅鲗崪y電流比。由產(chǎn)品技術(shù)指標得到標稱電流比KN,根據(jù)公式(1)計算得到被?；魻栯娏鱾鞲衅鞯闹绷骰井敾魻栯娏鱾鞲衅鞫屋敵鰹殡妷簳r，霍爾電流傳感器的直流基本誤差校準電路如圖2所示。直流穩(wěn)流源給直流霍爾電流傳感器通一次電流I?,一次電流I?由直流電流比例標準和標準電阻器及高精度數(shù)字多用表測得，高精度數(shù)字多用表測得霍爾電流傳感器二次輸出電壓U?,由公式Kg=I?IU?計算得到被?；魻栯娏鱾鞲衅鲗崪y比例因數(shù)。由產(chǎn)品技術(shù)指標得到標稱比例因數(shù)K,根據(jù)公式(2)計算得到被?；魻栯娏鱾鞲衅鞯闹绷骰菊`差。當霍爾電流傳感器的二次輸出為工頻電流時，霍爾電流傳感器的交流基本誤差校準電路如圖2所示。交流穩(wěn)流源給交流霍爾電流傳感器通一次電流I?,一次電流I?由高精度電流互感器和標準電阻器及高精度數(shù)字多用表測得，高精度數(shù)字多用表測得霍爾電流傳感器二次輸出電流I?,由公式Ks=I?II?計算得到被校霍爾電流傳感器實測電流比。由產(chǎn)品技術(shù)指標得到標稱電流比KN,根據(jù)公式(1)計算得到被?；魻栯娏鱾鞲衅鞯慕涣骰菊`差。當霍爾電流傳感器二次輸出為工頻電壓時，霍爾電流傳感器的交流基本誤差校準電路如圖2所示。交流穩(wěn)流源給交流霍爾電流傳感器通一次電流I?,一次電流I?由高精度電流互感器和標準電阻器及高精度數(shù)字多用表測得，高精度數(shù)字多用表測得霍爾電流傳感器二次輸出電壓U?,由公式Kg=I?IU?計算得到被校霍爾電流傳感器實測比例因數(shù)。由產(chǎn)品技術(shù)指標得到標稱比例因數(shù)K,根據(jù)公式(2)計算得到被?；魻栯娏鱾鞲衅鞯慕涣骰菊`差。數(shù)字多用表VA交流電源/直流電源霍爾電流傳感器輔助電源直流電流比例標準/高精度電流互感器高精度數(shù)字多用表高精度數(shù)字多用表標準電阻器標準電阻器圖2基本誤差校準原理在首次校準、后續(xù)校準、使用中檢查時，校準點輸入電流分別為額定電流的10%、20%、50%、80%和100%。67.2.4上限截止頻率測量首先測量直流或低頻段霍爾電流傳感器的電流比或比例因數(shù)，在逐步增大輸入電流的頻率時，測量此頻率下的霍爾電流傳感器的電流比或比例因數(shù)，測試方法同7.2.3.2,當霍爾電流傳感器的二次輸出電流或電壓降到相應一次電流下的二次輸出的電流或電壓的70.7%時，此時的電流源頻率即是該霍爾電流傳感器的上限截止頻率。7.2.5零點輸出誤差校準霍爾電流傳感器的零點輸出誤差，應不超出表1規(guī)定的允許誤差的50%。校準結(jié)果應在校準證書(報告)上反映，校準證書(報告)應至少包括以下信息：b)實驗室名稱和地址；c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)校準證書或校準報告的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識；e)送校單位的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標識；g)進行校準的日期，如果校準證書或校準報告與校準結(jié)果的有效性和應用有關(guān)，應說明被校對象的接收日期；h)如果校準證書或校準報告與校準結(jié)果的有效性和應用有關(guān)，應對被校樣品的抽樣程序進行說明；i)對校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識，包括名稱及編號；j)本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明；k)校準環(huán)境的描述；1)校準結(jié)果及其測量不確定度的說明；m)對校準規(guī)范的偏離的說明；n)校準證書和校準報告簽發(fā)人的簽名、職務或等效標識；o)校準結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；p)未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復制校準證書或校準報告的聲明。校準證書(報告)內(nèi)頁格式見附錄B,校準原始記錄格式見附錄C。9復校時間間隔建議復校時間間隔為1年，送校單位也可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。JJF(機械)1067—20217附錄A直流基本誤差測量結(jié)果不確定度評定A.1概述A.1.1測量依據(jù)：JJF(機械)1067—2021《霍爾電流傳感器校準規(guī)范》。A.1.2測量環(huán)境條件：溫度為20℃;相對濕度為45%。A.1.3測量標準：10kA直流霍爾電流傳感器的校驗裝置由以下設(shè)備組成：ZLY-1A大功率直流穩(wěn)流源(10kA);ZLB-1直流電流比例標準(10kA),其比例準確度等級為0.005級；ZB-1D標準電阻器，其在5A、0.2Ω檔的準確度等級為0.01級；FLUKE8845A高精度數(shù)字多用表，其在DCV:1V檔的允許誤差為±(0.004%讀數(shù)+0.0007%量程)。NORMA5000功率分析儀，其在3A檔的允許誤差為士(0.025%讀數(shù)+0.025%量程),其用在霍爾電流傳感器上測量二次電流。A.1.4被測對象：LEM高精度霍爾電流傳感器，型號為ITZ10000-100,試驗一次電流為10000A,二次電流為2000mA。電流比為5000:1,準確度為0.1級。A.1.5測量方法：為了保證被校對象能足夠穩(wěn)定，在穩(wěn)定的電源條件下，各種電網(wǎng)的干擾忽略不計。按圖2模擬電路接線，按7.2.3.1測得霍爾電流傳感器電流比示值誤差。A.2數(shù)學模型式中：δK——被?；魻栯娏鱾鞲衅麟娏鞅认鄬φ`差；KN——被校霍爾電流傳感器標稱電流比；Ks——被?；魻栯娏鱾鞲衅鲗崪y電流比。A.3相對不確定度分量評定A.3.1綜述測量不確定度主要來源于校驗裝置、NORMA5000功率分析儀以及組成的模擬測試系統(tǒng)的測量重復性。A.3.2A類相對不確定度分量由測量重復性引起的相對不確定分量采用A類方法進行評定，在10000A電流點，在相同的溫濕度、同一測試臺的重復性條件下，連續(xù)獨立測量10次，獲得一組測量列(見表A.1)。JJF(機械)1067—20218表A.1重復測量數(shù)據(jù)次序一次電流I?示值A(chǔ)二次電流I?示值A(chǔ)實測電流比標稱電流比相對誤差%19998.3-0.0429999.5-0.0839998.7-0.0649999.2-0.0159997.5-0.0869998.2-0.0279998.6-0.0989999.3-0.0299999.5-0.099999.1-0.02實測電流比平均值為=5002.52,單次實驗標準差為1.07,則相對不確定度分量：A.3.3B類相對不確定度分量A.3.3.1ZLY-1A大功率直流穩(wěn)流源(10kA)允許誤差引起的相對不確定度分量ub?校準電路采用同時測量法，直流電源的波動引起的相對不確定度分量ub?約為零。A.3.3.2ZLB-1直流電流比例標準(10kA)允許誤差引起的相對不確定度分量ub?直流電流比例標準的比例準確度為0.005級，其允許誤差為±0.005%,按均勻分布，取包含因子為√3,則相對不確定度分量：u??=0.005%/√3≈0.0029%A.3.3.3ZB-1D標準電阻器允許誤差引起的相對不確定度分量Ub?標準電阻器在5A、0.2Ω檔的準確度為0.01級，其允許誤差為±0.01%,按均勻分布，取包含因子為√3,則相對不確定度分量：A.3.3.4高精度數(shù)字多用表允許誤差引起的相對不確定度分量Ub?高精度數(shù)字多用表在DCV:1V檔的允許誤差為±(0.004%讀數(shù)+0.0007%量程),故測量1000mV電壓時允許誤差為±(0.004%×1000mV+0.0007%×1000mV)=±0.047mV,按均勻分布，取包含因子為√3,則相對不確定度分量：A.3.3.5功率分析儀允許誤差引起的相對不確定度分量ubs功率分析儀在3A檔的允許誤差為±(0.025%讀數(shù)+0.025%量程),故測量2000mA電流時允許誤差為士(0.025%×2000mA+0.025%×3000mA)=±1.25mA,按均勻分布，JJF(機械)1067—20219取包含因子為√3,則相對不確定度分量：A.4相對不確定度分量匯總相對不確定度分量匯總見表A.2。相對不確定度分量符號不確定度來源評定方法分布類型相對不確定度分量值%Ua測量重復性A正態(tài)0.022大功率直流穩(wěn)流源允許誤差B均勻0Ub2直流電流比例標準允許誤差B均勻0.0029Wb3標準電阻器允許誤差B均勻0.0058高精度數(shù)字多用表允許誤差B均勻0.0027UbS功率分析儀允許誤差B均勻0.036A.5相對合成標準不確定度根據(jù)表A.2的相對不確定度分量，其相對合成標準不確定度：ere=√u2+u2+u2?+u2?+u2?+u2s≈0.05%A.6相對擴展不確定度取包含因子k=2,則相對擴展不確定度：A.7不確定度的報告霍爾電流傳感器直流基本誤差測量結(jié)果：實測電流比平