/ 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

0 引言

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的電磁兼容性受重視程度逐漸提高。工頻磁場抗擾度試驗(yàn)是電磁兼容試驗(yàn)中重要的組成部分，工頻磁場線圈在工頻磁場抗擾度試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常用到的，是主要使用的設(shè)備。工頻磁場線圈校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度。但是，關(guān)于工頻磁場線圈參數(shù)的校準(zhǔn)僅在GB/T 17626.8-2006《電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 工頻磁場抗擾度試驗(yàn)》附錄中提到，并沒有相關(guān)國家計(jì)量法規(guī)。由于對工頻磁場線圈的校準(zhǔn)沒有統(tǒng)一的方法，各個(gè)計(jì)量機(jī)構(gòu)所校準(zhǔn)的參數(shù)大多不完善。本文通過對工頻磁場線圈工作原理的研究，給出標(biāo)準(zhǔn)線圈和非標(biāo)準(zhǔn)線圈參數(shù)的校準(zhǔn)方法以及校準(zhǔn)裝置的擴(kuò)展不確定度。

1 工頻磁場線圈構(gòu)成

工頻磁場線圈由工頻電流發(fā)生器和感應(yīng)線圈組成。工頻電流發(fā)生器主要由調(diào)壓器、控制回路和電流互感器等組成。感應(yīng)線圈由銅、鋁或其他導(dǎo)電的非磁性材料制成。工頻磁場線圈主要用于模擬工頻電流產(chǎn)生的磁場對設(shè)備運(yùn)行條件下的影響，以此考察被測試電子設(shè)備的抗工頻磁場的能力。

目前對磁場線圈的校準(zhǔn)主要有電流和磁場強(qiáng)度兩個(gè)計(jì)量參數(shù)。磁場強(qiáng)度是由電流通過線圈產(chǎn)生的。電流的大小與穩(wěn)定性，影響到所產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的性能。而試驗(yàn)對磁場強(qiáng)度及試驗(yàn)區(qū)域大小等都有相應(yīng)的要求。磁場強(qiáng)度和磁場均勻區(qū)域是工頻磁場試驗(yàn)效果需要考慮的參數(shù)，所以必須對工頻磁場線圈的電流、磁場強(qiáng)度和磁場區(qū)域進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖1 工頻磁場線圈原理圖

2 工頻磁場線圈的校準(zhǔn)

2.1 電流校準(zhǔn)

電流校準(zhǔn)主要采用工頻電流測量裝置進(jìn)行，也可以采用電流鉗形表進(jìn)行。設(shè)備連接如圖1所示。按說明書要求進(jìn)行預(yù)熱。工頻電流測量裝置接入工頻磁場線圈的電流回路中。設(shè)置工頻磁場發(fā)生器所需的磁場強(qiáng)度，讀取工頻電流測量裝置的電流示值和電流總諧波失真作為校準(zhǔn)結(jié)果。見圖2所示。

圖2 工頻線圈電流校準(zhǔn)

2.2 中心磁場強(qiáng)度校準(zhǔn)

設(shè)備連接如圖2所示。感應(yīng)線圈采用絕緣支撐放置，保證線圈位置距離實(shí)驗(yàn)室墻壁和其他磁性物體不小于1 m。將工頻磁場測量儀磁場探頭置于工頻磁場感應(yīng)線圈的幾何中心。根據(jù)校準(zhǔn)要求，設(shè)置工頻磁場發(fā)生器所需的磁場強(qiáng)度，改變磁場探頭方向，將得到的磁場強(qiáng)度最大值作為校準(zhǔn)結(jié)果。改變工頻磁場發(fā)生器磁場強(qiáng)度設(shè)定值，重復(fù)上述過程。 見圖3所示。

圖3 工頻磁場線圈磁場強(qiáng)度校準(zhǔn)

2.3 磁場均勻性校準(zhǔn)

在工頻磁場抗擾度試驗(yàn)中，每個(gè)線圈對受試設(shè)備的體積都有要求，所以必須知道磁場線圈的均勻性區(qū)域（即磁場的3 dB區(qū)域），才能決定受試設(shè)備的體積大小。根據(jù)出廠說明書或用戶使用需求確定均勻區(qū)域立方體的八個(gè)頂點(diǎn)。設(shè)置工頻磁場發(fā)生器所需磁場強(qiáng)度，將工頻磁場測量儀磁場探頭分別置于一個(gè)頂點(diǎn)位置，改變磁場探頭方向，將得到的磁場強(qiáng)度最大值作為該點(diǎn)位置磁場強(qiáng)度校準(zhǔn)結(jié)果。重復(fù)上述過程，校準(zhǔn)點(diǎn)見圖3所示，分別測量均勻區(qū)域立方體的八個(gè)頂點(diǎn)位置的磁場強(qiáng)度。例如將磁場強(qiáng)度設(shè)定值為10 A/m的校準(zhǔn)結(jié)果作為參考值，按照式（1）計(jì)算磁場均勻性的測量。

式中：A—— 磁場均勻性，dB；

xi—— 第i個(gè)頂點(diǎn)位置的磁場強(qiáng)度，A/m；

x0—— 參考值，A/m

圖3 磁場均勻性校準(zhǔn)

2.4 非標(biāo)線圈的校準(zhǔn)

為了滿足各種電磁兼容試驗(yàn)要求，除了常規(guī)所需的標(biāo)準(zhǔn)線圈，1 m×1 m和1 m×2.6 m外，在電力行業(yè)經(jīng)常有各種尺寸的工頻磁場線圈，對于它們的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)線圈參數(shù)一樣。非標(biāo)準(zhǔn)線圈的電壓轉(zhuǎn)換電流因子不同會(huì)造成線圈因子、電壓、電流的設(shè)置不同，造成產(chǎn)生的磁場以及磁場區(qū)域的不同。校準(zhǔn)時(shí)，首先根據(jù)設(shè)備使用說明書設(shè)置參數(shù)，將校準(zhǔn)的電流和磁場強(qiáng)度與出廠技術(shù)要求進(jìn)行對應(yīng)設(shè)置，按要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)或者線圈轉(zhuǎn)換因子。由于非標(biāo)線圈試驗(yàn)所需的磁場均勻區(qū)域與標(biāo)準(zhǔn)線圈有所差別，要求校準(zhǔn)人員必須定好中心場強(qiáng)之后，由于測試所用場強(qiáng)傳感器大小不同，選擇對每個(gè)平面磁場均勻區(qū)域的點(diǎn)進(jìn)行多次測量，方能給出準(zhǔn)確的值。

3 校準(zhǔn)實(shí)例

本文根據(jù)上述校準(zhǔn)方法，對某廠家生產(chǎn)的工頻磁場線圈MS100進(jìn)行了校準(zhǔn)。對磁場發(fā)生器進(jìn)行設(shè)置，電流分別設(shè)置為1 A、3 A，10 A，30 A，100 A的中心磁場和線圈電流大小，均勻區(qū)域進(jìn)行的測量見表1所示。

表1 工頻磁場線圈電流校準(zhǔn)結(jié)果

表2 工頻磁場線圈中心磁場校準(zhǔn)結(jié)果

磁場均勻性校準(zhǔn)，見表3所示。

表3 磁場均勻性校準(zhǔn)

4 測量結(jié)果不確定度

電流和磁場強(qiáng)度的測量不確定度主要取決于測量裝置和儀器，主要影響因素和標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

1）測量重復(fù)性的不確定度u1rel(y) = 0.7%

3）磁場強(qiáng)度校準(zhǔn)不確定度評定

測量的重復(fù)性的不確定度u1rel(y) = 0.9%

5 結(jié)語

通過校準(zhǔn)例子，可以得出，對于工頻磁場線圈在電磁兼容試驗(yàn)中主要用于抗干擾試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度和磁場區(qū)域是最關(guān)鍵的參數(shù)。目前很多計(jì)量機(jī)構(gòu)主要采用校準(zhǔn)中心場強(qiáng)來實(shí)現(xiàn)對其校準(zhǔn)，得出是否符合要求的結(jié)論。標(biāo)準(zhǔn)的磁場線圈1 m×1 m或者1 m×2.6 m的線圈在不發(fā)生變形的情況下符合設(shè)計(jì)要求。但是對于非標(biāo)準(zhǔn)線圈而言，線圈輸入電壓和線圈因子都是必須考慮在內(nèi)的。