交直流电流传感器校准规范编制说明.docx

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1、交直流电流传感器校准规范编制说明一、任务来源根据文件国家市场监督管理总局办公厅文件一市监计量发202356号3,2023年06月13日，国家市场监督管理总局下达/2023年国家计量技术规范项目制定、修订计划。按计划要求由福建省计量科学研究院、中国计量科学研究院、长沙天恒测控技术有限公司、国家高电用计量站等单位组成起草单位，组织制定国家计及校准规范学交直潦电潦传感器校准规范，计划项目编号：MTC18-2023-08,报批时间：2024年第4季度。二、必要性交直流电流传感器(以卜简称传感器”)是电气测量线路中用于将一次交直流大电流变换为二次交直潦小电流(或电压)的类转换装置,可以实现一次输入大电潦

2、的隔高测量。其广泛应用于轨道交通、新能源发电、电池检测、MR1.梯度放大潜、高稳定性功率源、校准堆元、功率分析仪表等。传感器按主要工作原理分为霍尔效应、磁通门(蹂调制)和法拉第光磁效应：按测放电潦方式分为直流式、交潦式和交直流两用式;按输出信号形式分为电流输出型和电压输出型：按结构形式分为开环结构和闭环结构：按连接方式分为穿心式和连接式。目前发布的关厂“交直流电流传感;T的相关标准有MGBjT18459-2(X)1传感器主要静态性能指标计算方法、XGJB8354-2015电流电压传感涔通用规范B、始J2079()-2000电流电压传感罂总规范、门B/T7490-2007霍尔电流传感器、JB.T

3、II2O5-2OII直潦漏电流传感器,其中GBZT18459-2001规定了一般传感器的主要伸态性能指标的定义和计算方法，用于传感器的研制、生产、使用过程中传感器静态性筋指标的计售，或用于制订传感器的产品标准,GJB8354-2015和SJ20790-2000主要规定了军用电流和电压传感器的通用要求、质量保证搜定和试验方法JBrr7490-2(X)7规定了霍尔电流传感器的分类、技术要求、试酷方法、检验规则及其他JB/T11205-2011针对的是正负馈线漏电i在I(X)OmA以卜的专用直流I电流传感器的行业标准目前，军工和工信行业发布了行业内的计量技术规范有gJJF（军工）2Q-2O2O电流传

4、感冷校准规范B和6JJF（机械）1067-2021霍尔电流传感器校准规范3.其中JJR军工）264-2020制定的校准项目包括零点输出、交/直流交比和线性度.JJF（机械）1067-2021仅针对霍尔电流传感器的零点，出、基本误差限和上限看止频率等项目。综上所述，可见目前国内尚未发布统一的交直流电流传感器校推技术依据，为了规范和统该类设备的校准，建立和完善显值溯源体系，根据交直流电流传感器的计出特性、工作原理和功能特点研究计量性能的评价方法，并制定对应的校准方法。三、制定过程起草组接到编制任务后按以下流程开展制定工作1调研交直流电流传感器的生产和使用现状2023年11月2（）24年12月）交直

5、潦电流传感器种类繁多，包括霍尔电潦传感器（开环、闭环）、磁通门电流传感涔、罗氏线圈（含积分）、光纤电流传感器和巨磁阻电流传感涔。国内外知名的交直流电流传感器生产企业有DAN1.SENSE、1.EM、银河电气、武汉龙城、长沙天恒、南京中霍、深圳航智、HIOKI,YoKOGAWA等。交直流电流传感器广泛应用于轨道交通电气设施、光伏发电系统、新能源汽车驱动系统、变频调速装置、核磁共振MR1.设备、电流校准单元等.，2楠理交直流电流传感器的相关国家标准、行业标准、部门规范（2024年O1.月-2024年02月）围绕交直流电流传感器的计fit特性，梳理了相关国家标准、行业标准、部门规范，GBzTI845

6、92OOI针对传感器的主要性能参数（静态特性、静态校准、量程、满员程输出、零点输出、使用特性、线性度、回差、重优性等参数的定义做出规定，并提供了静态性能指标计算方法和数据处理方法。GJB8354-2015针对传感罂的测量范围、激励电源、性能特性（零点输出、满量程输出、非线性、迟滞回差、重更性、准确度、零点漂移、响应时间）等参数规定了通用要求、质量保证方案和试吩方法。JBT74902007霍尔电流传感器针对传感器的基本参数（准确度等级、测量范围、辅助电源、输出信号、响应时间、工作频率）做出规定，并对外观、与准确度有关的技术指标及与准确度有关的试验方法做了规定。JB.11205-2011直流漏电流

7、传感器主要针对测量范用在KXM）m以下的直流正负馈线漏电流测量用专用电流传感器，并对基本参数（测量范围、辅助电源电压、输出信号、输出信号限值、基本误差限）、试验方法等做出规定。JJF（军工）264-2020是军工部门首次制定的针对交直潦电潦传感器的部门使用校准规范，根据交直潦电流传感器的计量性能制定了部分最主要的计量特性（零点输出、直流电流比、交流电流比、直流电流电压转换比、交流电流电压转换比、线性度），并编制了对应的校准方法.JJF（机械）1067-2021是工信部发布的针对霍尔电流传感器的行业内计量校准规范，根据箱尔传感器的计量性能制定了“准硬度等级和基本误差限”、“上限截止频率特性和零点

8、输出、三个项目的校准方法。此外，目前由全国电磁计量技术委员会组织起草的“光纤大电潦测量仪校准规范和彼尔交直流大电流传感器在线校准规范”正在征求意见当中，其中“光纤大电流测量仪校准规范”针对的是直流5kA-3（X）kA和工频5kA-60kA的电流范围，“霍尔交直潦大电潦传标器在线校准规范针时的是直流和工频1.kA500kA的电流范围。为了统一各国家标准、行业标准和行业规范对交直流电流传感罂校准（或试验）项目选取差异性，并根据校准用测量标准的性能现状，结合电潦传感器厂家的技术手册，全面梳理了交直流电流传感蹲的主要计量特性。3研究交直流电流传感器工作原理、功能特点和计量性能（2024年03月）通过研

9、究交直潦电流传感器工作原理、功能特点和计量性能制定了交直流电流传感器的计量特性：I）一次电流测量范围交流电流：ImA-100A（IOHz-IkHz），100A-2kA40Hz-1kHz）；直流电流：ImA-IOkA2）零点输出3）基本误差4）线性度5）回差6）重复性7）阶跃响应时间8）频率附加误差4研究交直流电流传感器计量性能的评价方法（2024年04月）包括：校准条件、测址标准及配套设备、校准项11和校准方法I）校准用测量标准根据目前校准用测盘标准的能力及溯源现状，时校准用测量标准做出如下规定：衣I校准用浦W标准设备序号设符名称参数测盘范围最大允许误差I交直流标准电流源交流电流IOmATOO

10、A,10Hz-IOkHz)士(O.O5%-O.5%)I(X)A-IkA.45Hz-IkHz)IkA-2kA,(45Hz-4(X)Hz)直流电流1()mA-10kA士(0.01%-0.5%)2交直流稳流源交流电流IomA700A10Hz-IOkHz)/I(M)A-IkA./1kA-2kA./直流电流10mA-10kA/3交直流电流比例标准交流电流IOmA-IW)A.10Hz-IOkHz)士(0.001%0.5%)I(X)A-IkA.45Hz-IkHz)1kA-2kA.(45HZTM)HZ)直流电流K)mA-10kA(HX)I%-0.5%)4交直流标准表交流电流1.mA2A.(IOHz-IOkHz

11、)(0.05%-0.5%)H流电流12V、15Vs24V5%电压辅助电源带载能力ImA-2.5A/交流电流ImA2A.(IOHz-IOkHz).(O.O5%-*O5%直流电流(1mA2A)(O.(X)2%-O.5%)交流电压(OJ-IO)V,(IOHz-IOkHz)士(0.003%7).5%)直流电压(0.1-10)V士0.001%SO5%)6标准同步采集装置交流电压(0.1-10)V.(IOHz-K)kHz)士(0.003%0.5%)直流电压(OJ-IO)V(0.001%-0.5%)7示波潺扫描时间100ns-1s时茹0.1%8宽频相位表交流电压(O.I-IO)V,(IOHz-IOkHz)(

12、O.OO3%-O.5%)相位0359.999。(0.01.),5)09标准分流器交流也流ImA-1.()0At(IOHz-IOkHz).(O.O5%-*O5%直流电流1mA-10()A)土(0.002%1).5%)10阶联电流源懈度IA-I(XX)A5%上升沿时间1.s大于等于100As脓冲测IIt电压IOmV-IOV5%注：交（史流标废电通海、交（j对值的1/10.）流村流源的杭定度应优于被我传用器法本误毛绝2）校准项目根据制定的计量特性耍求，选取如下校准顼目:表2校准域日序号校准项目校准方法条款I零点输出误基7222基本误差7.2.33线性度7.2.44回差7.2.55景复性7266响应时

13、间7.2.77频率特性7.2.83）校准方法根据选定的校准项目分别编制对应的校准方法，详见&交直流电潦传感器校准规范（征求意见稿）相关条款。5开展试险工作（2024年0105月）选取各种型号的交直流电流传感器开展了项目实验验证，详见交直潦电潦传感蹲校准试验报告6起草交直流电流传感器校准规范（征求意见稿），发至全国各省级计址技术机构、本省内地市计址所和传感器的生产企业征求超见，并根据征求意见反馈情况，对征求意见稿进行修改，形成&交直流电潦传感器校准规范（送审稿）（2024年06月2024年08月）。7规范审定（5i计2024年09月）8规范报批覆计2024年11月）四、制定依据本规范依据JJFI

14、o71-2010国家计员校准规范编写规则A编制。连同JJFII-2OII通用计量术语及定义和JJFIO59.1-2012测址不确定度评定与表示共同构成支撑本校准规范制定工作的基础性系列规范。本规范还参考和引用了GB/T18459-2001传感器主要静态性能指标计算方法、GJB8354-2015电流电压传感器通用规范、SJ207902000电流电压传感器总规范、TB/T2763-2009机仁车辆用电流传感罂和电片传感器、JB,749）-2（X）7霍尔电流传感器、JB/T11205-2011直流海电流传感器、JJF（军工）264-2020电流传感器校准规范和JJF（机械）10602021E霍尔电流

15、传感器校准规范等文件。五、制定说明交直流电流传感涔校准规范包括封面、扉页、目录、引言、范国、引用文件、术语和计室单位、概述、计量特性、校准条件、校准项目和校准方法、校准结果表达、更校时间间隔和附录几个部分。1引言本规范根据JJFIo71-20106国家计量校准规范编写规则、JJF1001.-20”通用计量术语及定义和JJF1.O59.1-2012测量不确定度评定与表示编写，并参考了GB“18459-2001传感器主要静态性能指标计算方法、GJB8354-2015电流电压传感涔通用规范、SJ207902000电流电压传感器总规范、TB42763-2009机车车辆用电流传感器和电压传感冷、JB74

16、90-2007霍尔电流传感器、JBII2O5-2OII直流海电流传感器、JJF（军工）264-2020电流传感器校流规范和JJF（机械）1067-2021g霍尔电流传感器校准规范等文件，申明本规范为福建省内首次制定。2范围参考JJF（军工）264.2020,扩展了测量范围的上限和下限，并结合市面上的交直流电流传感器的实际测量性能，将交流电流的频率下限调整为IOHz.另外，本规范适用于需要辅助工作电源的传感器，普通的电磁式电流比感器和变送器已经发布各自的国家检定规程，I1.般互感器无需辅助供电，排除在传感器的范昭之外：电量变送器包含多种电量参数，且其输出具有统一规格（0-+I0V；4mA-20m

17、A）,属于工业过程控制仪器表，区别于一般的电流传感器：脉冲电流传感器和高频电流探头部分基丁电磁感应原理，不能用丁直流电流测量，过量:程会产生磁饱和，还有部分是基于电阻分潦原理，脓冲电流传感器和高须电流探头的工作频率从1.（）Hz3GHz属于高频电流测量的范瞄.校准福要使用标准冲击电流源或宽带电流源.不属F本规范茬盖的范围.故申明本规范不适用电磁式电流用感器、脉冲电流传感器、高频电流探头和电流变送器的校准。3概述介绍交直潦电潦传感器的用途、工作原理和分类4术语和计量单位引用术语部分是用于校准方法条款的更好理解，新制定和改写的术语包括“静态模型”、“变换比”、“参比直线”、“同步标准采集装巴”和“

18、适配单元”。I）关于“静态模型”，国标虽然提及“静态特性”，但与高端电流传感器（如零碳通传感器）有所区别，“静态模型”是根据部分高端电流传感器的技术手册直译而来，描述了传感的一次电流和二次输出之间的数学模型，由于其不唯一，不同的传感器静态模型可能不同，校准时可以依据传感器的手册采用不同的误差分析方法和不确定度评估方法。2）关于“变换比”，传感器的一次为电流，二次可以是电流或电压，为了用二次输出表征一次电流需要将二次辘出参员乘以一个比例系数“当二次为电流时称之为变比”，量纲为A/A：当二次为电压时，称之为“比例因子”，量纲为A/V。为了统表述，并出于本规范采用次电流来表征误差，制定个统的比例系数

19、表述方法，故制定了“变换比”。3）关于,参比直线”，依据国标，传感器采用不同的工作直线时，线性度也不同，取决丁工作直线的形式。根据高端传感器的参数定义方法，采用校准数据的最小二乘拟合直线的情况较多，故本规范也采用最小二乘直线作为参比直线。对应的线性度也可称之为“最小二乘线性度4）关于“I同步标准采桀装置”，”同步标准采集装置,是一类装置的统称，可以是多路标准表外加同步装置构成，也可以是具有同步采集通道的数据采集器构成，满足传感器校准时，参考通道和比较通道的同步数据采集，减小电流测量的系统误差。5）关于适配单元”，电流传感滞一般都有辅助电源供电的要求，部分传感渊的二次输出需要进行信号调理，供电和

20、信号调理功能可以部分或全部包含在“适配单元中。同时，“适配单元”可以集成在被校传感器中，也可以集成在测量标准设备中，或独立于二拧。通过引入“适配单元,与前述的“变换比”可以方便灵活地选择不同的校准方法.“适配单元”的不同组合方式决定J不同的不确定度评估方法。4计量特性I）电流测量范用的确定原则目前被校交直流电流传感器的测量范围普遍超过了校准用测量标准设备的测垃范围，根据溯源性要求和测量标准设备性能对测量范围做/如下规定：交流电流IomA100A（IOHz-IOkHz）.KX）A-2kA（40Hz-1.kHz）.直流电流IOmA-IOkA2）关于“零点输出误差”参考相关标准及产品手册，不同等级的

21、被校电流传感器零点输出误差差异较大，与基本误差的关系给出的是一个区间（1/107）,并且零点输出误差仅适用于直流电流传感器或交直流两用电流传感涔的直流功能。仅具有交流功能的电流传感器无需测量零点输出。3)关于“基本误差”交流电流a)电流范围：IOmA-100A(IOHz-IOkHz).100A-2kA(40Hz-1.kHz)。b)最大允许误差：(0.05-5)%直流电流a)电流范围：IOmA-IOkAb)最大允许误差：(0.01-5)%4)关于线性度参考相关标准及产品手册，不同等级的被校电流传感器的线性度差异角差，与基本误差的关系给出的是一个区间(1.1.(Xi5),极限是不超过基本。的1/5

22、5)关于回差回差是正、反行程平均值之差的绝对值的极值，参考JBT749O-2OO7,规定为不超过基本误差的绝对值.6)关于重豆性电流传感器的垂笈性分成两个流派，以GB/T18459-2(X)1和JB749()-2007为代表。其中GBTI8459-2001表征的是多次重夏测量结果的分故程度，JB7490-2007表征的是多次重复测量的结果之间的最大差值。GBT184592001定义的重纪性更符合JJF1.o01-2011,分别计算正、反行程的标准偏差估计值，然后选取较大者作为在校准点处的重复性品性计免方法以额定电流的百分比表示,其极限值不超过基本误差的绝对值。高等级的电流传感器重其性实验结果普

23、遍优丁1/10的基本误差绝对值，本规范规定了重兔性的区间IKM).7）关于响应时间查阅了电流传感器的有关标准，制定响应时间的范国1.s-400ms）8）关于频率附加误差频率特性包括了3dB带宽、幅值频率附加误差（幅频特性，又称频率减额特性）、相位频率附加误差（相频特性，又称相移），根据目前的校准用标准设备情况及被校电流传感耦的性能，智无法开展-3dB带宽项R的校准，仅根据制定的电流测员范用，开展幅值须率误差项目和相位频率误差误差项目的校准。这里需要阐明开展校准的必要性，当被校电流传感器作为测量配件时，例如配合功率分析仪使用，传感器的幅值和相位指标会直接影响测量系统整体的准确度指标,可以通过对电

24、流传感器开展校准，获得幅值和相位的须率特性，进而对整个测量系统进行修正。5校准条件I）关于环境条件高等级电流传感器对温度比较敏感,影响零点输出误差、施本误差、线性度、测量范用等，按等级进行划分，0.1级及以上时，要求实验室环境温度与参比温度的偏差为3C,0.1级以下时，实验空环境温度与参比湿度的偏差为5匕。2）关于校准用测量标准设备为提高本规范的适用性，校准用测量标准设备不采用专用设备的名称，采用通用名称，以输出（或测域）的参数和测量范圉来进行划分。选择具体校准项目的校准方法选择合适的测量标准。具体表格见表I。6校准项目I）关于校准前的准备校准前的准备工作包括了（1）外观及通电检查，（2）工作

25、正常性检查，（3）预热.只有完成这些工作，方能保证顺利完成整个校准过程。对于有专用接口的被校传感器，应确保所有端子的接线正确，特别是供电端子，正、负极接反极易烧毁传感罂的内部电路模块。开环传感罂的闭合接触而应整洁I1.可完全贴合。被校传感器应按说明书规定进行通电预热。2）关于“零点输出误差”“零点输出误差”项目的校准仅适用r直流电流传感器或交直流两用电流传感器的直流功能部分。校准过程应在参比温度条件卜.进行，不同标准对于零点输出误差的读数时间的规定不同，不好明确规定。并且不同被校传感器零点输出的稳定时间差异较大，本规位建议参考被校传感器的说明书规定或者以观察到零点输出趋于稳定为准。校准零点输出

26、误差时，采用的直流标准表应事先开路清零。3）关于“基本误差”参考相关国家和行业标准，基本误差的校准采用多次循环，循环次数不少于3次，对于低等级的电流传感器此规定是合适的,对于高等级的电流传感器，重史性极好，此规定则不符合测技实际，极大增加校准工作珏,考虑到电潦源的稳定性一般在0.01%以上，按1/10的选取原则，规定0.1级及以上的电流传感器（包括开环和闭环传感器只需进行次循环。为了使规范的条款更简洁易惯，统一描述了交潦电流、直流电流的校准过程，针对交流电流的不同测量筑率，只是附加了测量步骤，大幅简化了校准条款。4）关于“线性度和回差”线性度和“回差”校准项目包含在“基本误差”校准项目中，可以

27、采用基本误差的校准结果进行计算直接得到。本规范采用最小二次线性度，以基本误差的校准结果（测得值）进行最小二次线性拟合，获得的拟合直线作为参比工作直线，从而计算“线性度回差则以基本误差”校准得到的正行程平均特性和反行程平均特性在各个校准点的最大偏差的绝对值与额定次电流的百分比表示。5）关于“重更性”改写了GB18459-2001.并参考了JB/T74902007,相对于GB/T18459-21.本规范的重坡性只选取其中一个校准点进行，不需要进行多次多校准点循环，可以比较容易实现多次的亚豆性测量。相对于JBI74932007,本规范的IR复性计算采用实验标准差。“重究性”应体现当次校准时测量结果的

28、分散程度，与不确定度的A类评定相对应.6）关于“响应时间”按有关国家标准、行业标准，电流传感罂的响应时间校准时有两个基本要求：（1）电流的速率Wde应足够快，2）一次电流为被校传感器的额定值。根据目前能查到的标准设备（阶跃电流源）性能,嫌高的指标为（1.kA,dd:100As）,无法枝盖各种测量范围的电流传感器.因此，对一次输入电流的输入幅度耍求不做硬性规定，仪声明尽可能设置为额定值。另外，响应时间考核的是被校电流传感器的带宽特性（也可以理解为传感器的二次输出相对于次输入的延迟），根据制定的电潦测斌范围，最濒率为IkHZ,基本上都在带宽以内，对响应时间的要求较低，对电流上升速度的要求也相应降低

29、。可以通过观察响应波形，如果波形满足要求，可以适当降低电流速率要求，增加测量标准设备的可选择性.7）关于“频率特性”被校传感器的带宽特性目前尚不具备设备条件，根据部分高端电流传感器的技术手册，某些型号传整器的模拟信号带宽达到IMHZ以上，对于校准用信号源的要求较高，也不存在溯源途径，本规范将不制定带宽校准项目。然而，由于电流传感器通常会作为测试设备附件使用，其他值和相位的指标会影响测量系统的整体指标，有必要针对其幅值和相位的频率特性进行校准，因此制定了幅值频率附加误差（幅频特性）和相位频率附加误差（相频特性）两个校准项目。7附录为了加强对规范条款的理解，附录部分给出了“交（直）流电流传感耦的静态模型及参数说明”和“最小二乘参比工作直线拟合方法及计算示例”。起草小组2024年04月05日