軍品型號試驗中不間斷電源的校準(zhǔn)方法研究

王永鵬 劉志華 賈志杰 呂守國

摘 要：本文描述了軍品型號試驗中測控系統(tǒng)專用設(shè)備-不間斷電源的校準(zhǔn)方法。由于軍品型號試驗的特殊性，對不間斷電源的校準(zhǔn)參數(shù)有不同的需求和關(guān)注點。確定校準(zhǔn)方法后需要對該方法的各個校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行不確定度的評定，以滿足型號試驗溯源精度和可靠性的要求。

關(guān)鍵詞：型號試驗 不間斷電源 校準(zhǔn)方法

引言

在軍工、國防等領(lǐng)域的多種型號試驗的測試任務(wù)中，不間斷電源（簡稱UPS）的使用非常普遍。該設(shè)備主要有兩大功能：1、為各類儀器設(shè)備提供穩(wěn)定的交流供電電壓。2、內(nèi)置電池組能夠在外部市電斷電時為試驗設(shè)備提供短時間的交流電壓，保障軍品型號試驗指揮員在斷電后短時間內(nèi)緊急完成應(yīng)急操作，順利完成數(shù)據(jù)存儲、切斷燃料輸送等風(fēng)險規(guī)避動作，保障試驗的安全與可靠性。

目前對于不間斷電源的校準(zhǔn)主要依據(jù)交流電源校準(zhǔn)規(guī)范[1]。但對于在軍工型號試驗中使用的不間斷電源，在設(shè)備使用要求、使用條件等方面均與普通部門的使用有著很大的不同。因此，有針對性地開展不間斷電源校準(zhǔn)方法的研究對保障軍品型號試驗系統(tǒng)可靠性以及計量量值傳遞準(zhǔn)確性具有非常重要的意義。

1不間斷電源的主要工作原理與功能簡介

在軍品型號試驗中普遍采用市電-不間斷電源-設(shè)備的模式。不間斷電源通常由整流回路、后備/擴(kuò)充電池組、可逆變電路、控制電路和輸出轉(zhuǎn)換開關(guān)等五部分組成。按照不間斷電源的輸入、輸出方式可分為單進(jìn)單出型、三進(jìn)單出型和三進(jìn)三出型。按輸出功率的大小可分為大（>80 kVA）、中（10～80 kVA）、小功率（<10 kVA）三種類型;按工作方式可分為后備式、在線式和在線互動式三種類型。

在北京航天試驗技術(shù)研究所試驗臺測控系統(tǒng)中，均使用后備式、小功率（<10 kVA）型不間斷電源。試驗臺測控系統(tǒng)的組成圖如圖1所示。

2校準(zhǔn)環(huán)境以及校準(zhǔn)項目

不間斷電源的校準(zhǔn)項目參照相關(guān)校準(zhǔn)規(guī)范[1]的要求，主要有以下內(nèi)容：外觀以及附件、工作正常性、輸出電壓的示值誤差、電網(wǎng)調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、電池組后備時間。

3各校準(zhǔn)項目的校準(zhǔn)方法

3.1外觀以及附件

采用目測和手動的方法檢查被校準(zhǔn)設(shè)備的外觀和附件。外觀應(yīng)該完好，附件以及技術(shù)說明書等文件資料齊全。

3.2工作正常性

檢查設(shè)備的外部保護(hù)機(jī)殼與設(shè)備內(nèi)部的接地端是否導(dǎo)通。設(shè)備通電時，設(shè)備是否處于正常的工作狀態(tài)，各狀態(tài)知指示燈是否工作正常。

3.3輸出電壓的示值誤差

該指標(biāo)用于考核不間斷電源的指示表工作是否正常，輸出電壓的數(shù)值是否在技術(shù)指標(biāo)之內(nèi)。調(diào)節(jié)調(diào)壓器，不間斷電源的供電交流電壓為220V（V1=220V），再調(diào)節(jié)可編程電子負(fù)載使其處于不間斷電源滿載功率的90%，交流數(shù)字電壓表（V2）、電流表（A2）分別測量其輸出電壓、電流。

3.4電網(wǎng)調(diào)整率

該項指標(biāo)用來考核輸入不間斷電源的電網(wǎng)電壓發(fā)生在一定范圍內(nèi)波動時，不間斷電源是否能正常工作。通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)不間斷電源輸入端的交流供電電壓。調(diào)節(jié)可編程電子負(fù)載，在不間斷電源負(fù)載消耗功率為滿載功率的90%時，通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)不間斷電源輸入端的供電電壓分別為正常電壓的 90%（198V）和110%（242V），交流數(shù)字電壓表（V2）分別測量不間斷電源在三種情況下的輸出電壓值，計算電網(wǎng)調(diào)整率。電網(wǎng)調(diào)整率SV按照公式（1）計算。

3.5負(fù)載調(diào)整率

該指標(biāo)用來衡量不間斷電源帶負(fù)載能力的指標(biāo)。校準(zhǔn)方法：調(diào)壓器穩(wěn)定輸出220V交流電壓，不間斷電源分別在空載和滿載時測量其實際的電壓輸出值。負(fù)載調(diào)整率SL按照公式（2）計算。

3.6電池組備用時間

該指標(biāo)用于考核在切斷市電供電后，不間斷電源后備電池組的最大備用時間是否滿足技術(shù)指標(biāo)或者使用方的要求。在進(jìn)行該指標(biāo)考核前，需要完成電池組充電。調(diào)節(jié)交流調(diào)壓器，不間斷電源的供電電壓為220V，調(diào)節(jié)電子負(fù)載，使其處于不間斷電源最大功率的90%工作狀態(tài)，關(guān)閉交流調(diào)壓器，使被校不間斷電源切換至電池供電，同時用秒表計時，直到被校不間斷電源輸出斷電為止，通過秒表記錄備用時間。

4校準(zhǔn)方法的不確定度評定

由于軍品型號試驗對測量的精度和可靠性的要求，對于校準(zhǔn)方法要進(jìn)行不確定度評定，滿足要求后方可開展設(shè)備的校準(zhǔn)工作。測量不確定度評定方法參照文獻(xiàn)[5]。

4.1 測量不確定度的主要來源

測量時的不確定度來源如下：

（1）標(biāo)準(zhǔn)電壓表的最大允許誤差引入的不確定度ud1;

（2）標(biāo)準(zhǔn)電壓表的分辨力引入的不確定度ud2;

（3）電源輸出電壓測量重復(fù)性引入的不確定度ud3;

4.2.1標(biāo)準(zhǔn)電壓表的最大允許誤差引入的不確定度 ud1

參考測量結(jié)果不確定度的分布率，標(biāo)準(zhǔn)電壓表的最大允許誤差引入的不確定度 ud1按照J(rèn)JF1059.1-2012規(guī)定，該項采用B類不確定度評定方法。根據(jù)數(shù)字電壓表的技術(shù)說明書查詢其1年內(nèi)最大允許誤差為：±（0.06%×R+0.03%×FS）。a1=0.06%×220V+0.03%×750V=0.357V。其分布服從均勻分布，包含因子k=。相對不確定度為：ud1 =a1/（k×FS）=0.357V/（×750V）=2.7×10-4。

4.2.2標(biāo)準(zhǔn)電壓表的分辨力引入的不確定度ud2

標(biāo)準(zhǔn)電壓表的750V量程的分辨力1.0 mV，依據(jù)B類不確定度評定方法，半寬a2=0.5mV，視為均勻分布，包含因子k=，則ud2= a2/（×量程）=0.5 mV/（×量程）=3.8×10-7（k=）。

4.2.3電源輸出電壓測量重復(fù)性引入的不確定度ud3

在短時間內(nèi)交流標(biāo)準(zhǔn)電壓表進(jìn)行10次重復(fù)測量，n=10，重復(fù)性計算公式參照文獻(xiàn)[5]。電壓測量的

實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差Sn（V）=0.87mV，重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2.4合成不確定度

220V點的合成不確定度uc為：

4.2.5擴(kuò)展不確定度

220V點的擴(kuò)展不確定度Ur為：Ur= kuc =5.4×10-4 （k=2）

其他校準(zhǔn)參數(shù)的不確定度可參照電源電壓調(diào)整率的評定方法進(jìn)行評定。

5結(jié)論

通過對軍品型號試驗不間斷電源校準(zhǔn)方法的探索，較為全面地考核不間斷電源的性能指標(biāo)，為保障軍品型號試驗的可靠性提供技術(shù)依據(jù)和支持。目前該方法已直接服務(wù)于多種型號試驗任務(wù)的設(shè)備計量保障工作，為保障軍品型號試驗中設(shè)備可靠性奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]QJ3233-2005《交流穩(wěn)壓電源穩(wěn)態(tài)特性校準(zhǔn)規(guī)范》

[2]王兵，印朝輝，張鵬程，李元芳，UPS 校準(zhǔn)方法研究[J]，宇航計測技術(shù)，2017，37（6）：70～74

[3]李瑞堅，UPS校準(zhǔn)方法研究計量與測試技術(shù)[J]，2016，43（12）：80～81

[4]王奇，型號試驗用UPS故障診斷與對策[J]，航天器環(huán)境工程，2009，26（1）：73～76

[5]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》