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電學計量—直流電壓計量基礎知識
直流電壓是電磁學計量的基本參數,許多電學量由它推導得出,同時直流電壓單位伏特還與單位制的復現緊密相關,因此直流電壓計量在電磁學計量中具有重要的地位。直流電壓的標準儀器主要有標準電池和固態電壓標準。
節            直流電壓計量概述

 

一、直流電壓的定義及其單位

      根據電磁場理論,靜電場是無旋場,即靜電場力作功與路徑無關,因此可以引入電位(或電勢)的概念。電場中某一點a的電位,是指把單位正電荷從該點無窮遠處電場力所作的功,即

Ua = ·dl           (2-1-1)

      式中:E——電場強度,單位為V/m;
                 l——積分路徑,單位為m;

              Ua——a點的電位或電動勢,單位為V。

      電位是從能量角度描寫電場性質的物理量,它是標量,可正可負。電場中一點的電位和參考點選擇有關,(2-1-1)式定義的電位是取代無窮遠處為參考點。

      直流電壓又稱為電動勢或電位差,是指電場中的a、b兩點之間的電位之差。其定義是,在電場中單位正電荷從a點b點時電場力所作的功,即

      Uab = -  ·dl = Ua - Ub (2-1-2)

      式中:Uab——a,b之間的電壓,單位為V。

      由此可見,電壓與所取的參考點無關,只取決于兩點的電位。在實際電測量中,通常認為大地的電位為零。

      在單位制中,電壓(電位差、電動勢)的單位名稱是伏特。伏特不是SI單位制中的基本單位,是具有專門名稱的導出單位,其定義是從安培和力學單位功率瓦特導出的。伏特的SI定義為:“在保持1 安培恒定電流的導線上,兩點之間導線上的功率消耗為1瓦特時,兩點之間的電壓為1伏特”,表示伏特的符號為V,表示式為:

      1V = 1W/1A (2-1-3)

      式中: A——安培;

                 W——瓦特。

      因此,伏特與SI單位制中的基本單位有以下關系

      1V = 1m2·kg·s-3· A-1

      式中:m——SI 基本單位,米;

               Kg——質量SI基本單位,千克;

                 S——時間SI基本單位,秒;

                 A——電流SI基本單位,安培。
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       在實際應中,可以用SI詞頭和伏組合在一起,構成倍數單位和分數單位,常用的有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)、納伏(nV)等。

       電動勢工作基準一般由6~10只標準電池組成,平時保存在溫控油槽中, 周期規定為一年。通常采用送檢的方式,可由電動勢  副基準 ,以保證電壓量值的準確統一。 電動勢工作基準允許的擴展不確定度為U≤0.2μV。在二次溯源中間,進行量值的自我跟蹤也就是用核查標準校核的方法,跟蹤量值是否穩定可靠,確保量值的準確。

      10V電壓工作基準有2~4只固態電壓標準組成,需保證在恒溫實驗室中 周期規定為一年。通常采用送檢的方式,由直流電壓  基準或副基準 ,對于標準電池串聯構成的10V電壓工作基準也可由電動勢  副基準 。 10V電壓工作基準時允許的擴展不確定度為U≤2×107。

       校準實驗室電壓參考標準 V電壓標準。一等標準電池組一般采取送檢的方式,可直接用電動勢工作基準 ,各校準實驗室將自己實驗室的電壓*高標準送到電動勢工作基準實驗室進行 , 一等標準電池組允許的擴展不確定度為U≤0.8μV。量傳后出具 證書給出電壓值及不確定度。

      (2~5)×106級10V電壓標準一般也采取送檢的方式,目前由直流電壓  副基準或10V電壓工作基準 。 時允許的擴展不確定度為U≤(0.8~2)×106,且應滿足U≤1/2.5γ(10V電壓標準的年變化相對值)。

 

第二節  直流電壓量值傳遞

      量值傳遞是統一計量器具的必要手段,是保證計量結果準確可靠的基礎。直流電壓量值傳遞是將  電壓基準所復現的電壓單位量值,通過 的方式傳遞給下一等級的計量標準,并依次逐級傳遞到工作計量器具,以保證被計量的對象的量值準確一致。

      我國直流電壓計量一般采用實物標準進行逐級傳遞的方式,即把標準電池或固態電壓標準送到建高一等級的計量標準的計量部門 ,應執行&nbs 直流電壓(電動勢)計量器具 系統》。 合格的,出具 證書,計量標準或工作計量器具取回,可以繼續使用, 不合格的,出具 結果通知書,計量標準或工作計量器具取回以后不能繼

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