沖擊分壓器校準(zhǔn)規(guī)范

1、DL/T××× 第 1 頁 共 21 頁沖擊分壓器校準(zhǔn)規(guī)范1 范圍本規(guī)范適用于額定電壓100kV及以上的，測量雷電沖擊波和操作沖擊波的新制造、使用中及修理后的沖擊分壓器的校準(zhǔn)。2 引用標(biāo)準(zhǔn)下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 16927.11997 高電壓試驗技術(shù) 第一部分：一般試驗要求GB/T 16927.21997 高電壓試驗技術(shù) 第二部

2、分：測量系統(tǒng)3 術(shù)語和定義3.1 雷電沖擊波 (lightning impulse)由于絕緣擊穿放電產(chǎn)生的波前時間20s以下的瞬時電壓脈沖，其典型的波形如圖1所示。圖1 雷電沖擊波3.2 操作沖擊波 (switching impulse)由于電路中電流和電壓的突然變化(如開關(guān)操作)產(chǎn)生的波前時間20s以上的瞬時電壓脈沖。其典型的波形如圖2所示。注：研究表明，電力設(shè)備承受的沖擊電壓波形接近雙指數(shù)波，雙指數(shù)波的波形曲線為：u(t)=A(e-t-e-t)。DL/T××× 第 2 頁 共 21 頁3.3 雷電沖擊波波前時間T1 (front time of a light

3、ning impulse T1)T1為視在參數(shù)，定義為雷電沖擊波波前30%峰值點(diǎn)與90%峰值點(diǎn)（圖1中A、B兩點(diǎn)）之間的時間間隔的1.67倍。如波前有振蕩，則首先作出振蕩波的平均曲線，并按前述的定義確定A、B兩點(diǎn)。3.4 雷電沖擊波視在原點(diǎn) (virtual origin of a lightning impulse)超前于波形中A點(diǎn)對應(yīng)的時刻0.3T1的瞬間，即圖1中O1點(diǎn)。在線性坐標(biāo)中為通過A、B兩點(diǎn)的直線與時間軸的交點(diǎn)。3.5 雷電沖擊波半峰值時間T2 (time to half value of a lightning impulse T2)雷電沖擊波的視在原點(diǎn)與電壓下降到峰值一半瞬間

4、的時間間隔，如圖1所示。圖2 操作沖擊波3.6 操作沖擊波波前時間Tp ( time to peak of a switching impulse TP)操作沖擊波從實際原點(diǎn)到電壓達(dá)到峰值瞬間的時間間隔。3.7 操作沖擊波半峰值時間T2 (time to half value of a switching impulse T2)操作沖擊波從實際原點(diǎn)到到第一次下降至半峰值瞬間的時間間隔。3.8 實驗響應(yīng)時間T (experimental response time T)單位值1減去單位方波響應(yīng)作為被積函數(shù)，從視在原點(diǎn)O1到無窮大時間的積分。3.9 過沖 (overshoot )單位方波響應(yīng)超出單

5、位值1的數(shù)量，用百分比表示。4 概述沖擊電壓試驗用于檢驗電氣設(shè)備耐受雷電過電壓和操作過電壓的絕緣強(qiáng)度。測量沖擊電壓通常使用沖擊分壓器把一次側(cè)的高電壓按比例變換為二次側(cè)的儀表電壓。沖擊分壓器在結(jié)構(gòu)上可分為電阻型分壓器和阻尼電容型分壓器兩大類。電阻型分壓器選用溫度系數(shù)很小的電阻絲在絕緣支架上用無感繞法制成，電阻值一般不超過50k，適用于測量1000kV以下的沖擊電壓。阻尼電容型分壓器由多個電容與電阻串聯(lián)組成，串聯(lián)后的電容量一般不大于1000pF，串聯(lián)總電阻典型值為1000。沖擊電壓在回路中產(chǎn)生的振蕩大部被電阻所阻尼。沖擊分壓器的電阻和電容元件固定在充油或充氣的絕緣套管內(nèi)，必要時使用均壓環(huán)和屏蔽電極

6、使各元件DL/T××× 第 3 頁 共 21 頁 所處的電場盡量均勻。沖擊分壓器的二次電壓經(jīng)同軸電纜輸出，并在分壓器的二次電壓輸出端串入電阻與同軸電纜實現(xiàn)阻抗匹配。5 通用技術(shù)要求5.1 沖擊分壓器器身應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，底座，絕緣套管，均壓環(huán)結(jié)合牢靠，無松動。5.2 沖擊分壓器底座應(yīng)有供同軸電纜連接的同軸電纜插座，裝配同軸電纜插頭后可以經(jīng)電纜輸出二次電壓。同軸電纜應(yīng)與分壓器配套使用，在分壓器側(cè)必須進(jìn)行阻抗匹配。5.3 沖擊分壓器底座上應(yīng)有供接地用的端子，在頂部應(yīng)有供連接一次導(dǎo)線用的端子，端子螺桿直徑不小于12mm。5.4 沖擊分壓器底座上應(yīng)有銘牌標(biāo)志，內(nèi)容應(yīng)包括

7、：型號規(guī)格；額定一次電壓；額定分壓比；分壓比誤差（或準(zhǔn)確度等級）；分壓器高壓臂總電阻值或總電容值；同軸電纜的特性阻抗。6 計量性能要求6.1 沖擊分壓器額定一次電壓應(yīng)不低于100kV。6.2 沖擊分壓器額定分壓比的倒數(shù)與額定一次電壓的乘積應(yīng)不大于2000V。6.3 沖擊分壓器實際分壓比與額定分壓比的偏差應(yīng)不大于±1%。6.4 沖擊分壓器響應(yīng)時間應(yīng)不大于100ns。6.5 沖擊分壓器在峰值附近的振蕩幅度應(yīng)不大于峰值的5%。6.6 同軸電纜的特性阻抗應(yīng)是實數(shù)，且接近等于50、75標(biāo)準(zhǔn)值中的一個。7 校準(zhǔn)條件7.1 環(huán)境條件7.1.1大氣條件環(huán)境氣溫535，相對濕度30%80%, 氣壓不小

8、于98kPa，大氣中無腐蝕性物質(zhì)。7.1.2 場地條件在與被校分壓器器身高度相當(dāng)?shù)闹苓叿秶鷥?nèi)，除測量引線外應(yīng)無其它物體。在分壓器頂部超出器身高度1/3范圍內(nèi)，除高壓引線外應(yīng)無其它物體。7.1.3 接地條件沖擊分壓器的接地回路應(yīng)使用寬度不小于0.3m的銅、鋁金屬帶或金屬箔，接地回路應(yīng)在一點(diǎn)接地。7.1.4 高壓引線校準(zhǔn)時被校分壓器使用的高壓引線應(yīng)與經(jīng)常性使用的高壓引線相同。7.1.5 電源條件試驗場所的供電電源頻率為（50±0.5）Hz，電壓(220±10)V，電壓波形失真度不大于5%。DL/T××× 第 4 頁 共 21 頁7.1.6 電磁干擾

9、在設(shè)備接通電源后，試驗場所各種頻率的干擾磁場不大于400A/m， 干擾電場不大于1kV/m。7.1.6 機(jī)械振動試驗地點(diǎn)應(yīng)無可察覺的機(jī)械振動。7.2 校準(zhǔn)用設(shè)備7.2.1 標(biāo)準(zhǔn)沖擊分壓器校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)沖擊分壓器的額定電壓應(yīng)不低于被校分壓器額定電壓的1/5，配用同軸電纜后的輸出分壓比（含終端衰減器）應(yīng)與被校分壓器配用同軸電纜后的輸出分壓比接近，偏差不大于±5%。標(biāo)準(zhǔn)沖擊分壓器在配用同軸電纜下的分壓比誤差應(yīng)不大于±0.2%，實驗響應(yīng)時間不大于25ns，響應(yīng)時間的標(biāo)定誤差不大于±5ns，過沖不大于15%。7.2.2 數(shù)字記錄示波器或暫態(tài)記錄儀校準(zhǔn)使用的數(shù)字記錄示波器或暫

10、態(tài)記錄儀應(yīng)有兩個性能相同的輸入通道，在輸入電壓50V500V，頻寬100MHz的量程內(nèi)幅值采樣分辨率不超過±0.2%，幅值測量誤差不大于±1%，時標(biāo)誤差不大于±1%，采樣信號能通過內(nèi)置或外設(shè)數(shù)字處理器進(jìn)行分析計算。7.2.3 直流歐姆表或電容測量儀器直流歐姆表應(yīng)有可測量1k100k的量程，測量準(zhǔn)確度不低于1%。電容測量儀或高壓電容電橋應(yīng)有可測量100pF10000pF的量程，測量準(zhǔn)確度不低于1%。7.2.4 高頻阻抗電橋高頻阻抗電橋的測量頻率應(yīng)有500kHz5MHz頻段。量程應(yīng)包括11000范圍。準(zhǔn)確度不低于2級。7.2.5 沖擊電壓發(fā)生器校準(zhǔn)使用的沖擊電壓發(fā)生器

11、，應(yīng)能產(chǎn)生符合GB/T 16927.1的標(biāo)準(zhǔn)雷電波和標(biāo)準(zhǔn)操作波，視在波前時間分別為0.84s1.2s和17.5s25s，視在半峰值時間分別為50s65s和2500s3250s。沖擊波的輸出幅值應(yīng)不小于被校分壓器額定電壓的1/5，疊加在波峰附近的振蕩波頻率不大于500kHz，振幅不大于指數(shù)波峰值的5%。8 校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法8.1 沖擊分壓器校準(zhǔn)項目見表28.2 外觀及標(biāo)志檢查檢查用目測方法按表3進(jìn)行。DL/T××× 第 5 頁 共 21 頁8.3 分壓臂電阻值或電容值測量電阻型分壓器可使用直流歐姆表測量，阻尼電容型分壓器可使用電容測量儀或高壓電容電橋測量。測量時應(yīng)

12、斷開一次回路，保持接地回路不變。使用高壓電容電橋測量時應(yīng)使用反接線法。測量值采用統(tǒng)計平均方法處理。8.4 輸出端口阻抗測量測量時一次引線接地，被校分壓器二次側(cè)同軸電纜輸出端口與地之間的阻抗用高頻阻抗電橋或測量儀測量，使用頻段為500kHz5MHz。測量值采用統(tǒng)計平均方法處理。8.5 同軸電纜特性阻抗測量測量時使用高頻阻抗電橋或測量儀，使用頻段為500kHz5MHz。分別測量電纜終端短路時的電感LC和終端開路時的電容CC，電纜的波阻抗ZC按下式計算：ZC LCCC測量值采用統(tǒng)計平均方法處理。8.6 雷電沖擊電壓校驗校驗時使用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)分壓器額定電壓80%100%的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊波

13、，施加到被校分壓器和標(biāo)準(zhǔn)分壓器上，分別測量它們的輸出。試驗時可以使用有適當(dāng)電容值的試品參與調(diào)波，使視在波前時間為0.84s1.2s，視在半峰值時間為50s65s。 試驗場地布置應(yīng)使被校分壓器與標(biāo)準(zhǔn)分壓器的高壓引線均從頂部向上引出，標(biāo)準(zhǔn)分壓器和被校分壓器高壓引線在水平面的投影應(yīng)接近直角，偏差不大于10°。根據(jù)實驗室情況可在圖3中選用其中一種布置。設(shè)備之間的距離應(yīng)滿足7.1.2條要求。DL/T××× 第 6 頁 共 21 頁圖3 沖擊分壓器校準(zhǔn)時設(shè)備平面布置圖中： G 沖擊電壓發(fā)生器 O 試品或調(diào)波阻抗D 被校分壓器 Do 標(biāo)準(zhǔn)分壓器標(biāo)準(zhǔn)和被校分壓器的二次輸

14、出經(jīng)配套的同軸電纜送到雙通道數(shù)字記錄示波器或暫態(tài)記錄儀。數(shù)字記錄示波器或暫態(tài)記錄儀錄下的雷電沖擊電壓波形經(jīng)過采樣得到數(shù)字量，再對采得的數(shù)字量按參數(shù)的定義進(jìn)行處理及計算，可得到波前時間，半峰值時間，峰值電壓（電壓折算到一次）等參數(shù)測量值。以被校分壓器測得值減去標(biāo)準(zhǔn)分壓器測得值作為誤差值并填入記錄表，試驗次數(shù)為3次。然后交換輸入通道重復(fù)測量3次。 8.7 指數(shù)波響應(yīng)校驗在雷電沖擊電壓校驗后，保留波頭電阻，把波尾電阻調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)操作波的波尾電阻。 校驗時使用沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)分壓器額定電壓80%100%的近似指數(shù)波，根據(jù)數(shù)字記錄示波器或暫態(tài)記錄儀錄下的指數(shù)波形，幅值歸一化后，把視在原點(diǎn)疊合并

15、計算兩路波形的上升沿所夾面積，得到響應(yīng)時間差并填入記錄表，試驗次數(shù)為3次。然后交換輸入通道重復(fù)測量3次。8.8 操作沖擊電壓校驗在指數(shù)波響應(yīng)校驗之后，調(diào)試沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生波前時間17.5s25s，視在半峰值時間2500s3250s的標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊波，峰值電壓為標(biāo)準(zhǔn)分壓器額定電壓的70%100%。根據(jù)數(shù)字記錄示波器或暫態(tài)記錄儀錄下的操作沖擊電壓波形，對采樣得到的數(shù)字量按參數(shù)的定義進(jìn)行處理計算，得到波前時間，半峰值時間，峰值電壓（電壓折算到一次）等參數(shù)測量值。以被校分壓器測得值減去標(biāo)準(zhǔn)分壓器測得值作為誤差值并填入記錄表，試驗次數(shù)為3次。然后交換輸入通道重復(fù)測量3次。 8.9 實驗響應(yīng)時間和振蕩幅度

16、比計算測得的被校分壓器和標(biāo)準(zhǔn)分壓器指數(shù)波響應(yīng)時間差加上標(biāo)準(zhǔn)分壓器的實驗響應(yīng)時間作為被校分壓器的實驗響應(yīng)時間。在被校分壓器和標(biāo)準(zhǔn)分壓器測得的雷電沖擊波圖上求出疊加在雙指數(shù)波峰值附近的振蕩幅值。取兩者之差與峰值幅度之比作為被校分壓器的振蕩幅度比。9 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理及校準(zhǔn)結(jié)果9.1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理9.1.1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)填入表4，并進(jìn)行統(tǒng)計處理。9.1.2 按第8條給出的方法計算被校分壓器同軸電纜特性阻抗，雷電沖擊波和操作沖擊波的峰值測量誤差，波前時間誤差，半峰值時間誤差以及響應(yīng)時間和振蕩幅度比。9.1.3 被校準(zhǔn)沖擊分壓器的分壓比誤差按雷電波和操作波分別計算。其數(shù)值等于雷電沖擊波和操作沖擊波的峰值測量電壓

17、誤差與峰值電壓之比，即nU1U1=，式中n為分壓比，=nU1kU2U1為一次電壓峰值，k為標(biāo)準(zhǔn)分壓器的分壓比，U2為數(shù)字測量儀測得的由標(biāo)準(zhǔn)分壓器同軸電纜輸入的峰值電壓。 9.2 校準(zhǔn)結(jié)果校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告上反映。校準(zhǔn)證書或報告至少包括以下信息： a) 標(biāo)題，如“校準(zhǔn)證書”或“校準(zhǔn)報告”； b) 承擔(dān)校準(zhǔn)任務(wù)的實驗室名稱和地址； c) 校準(zhǔn)地點(diǎn)；d) 證書或報告的唯一性標(biāo)識（如編號）。每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識； e) 申請校準(zhǔn)單位名稱及地址；f) 被校沖擊分壓器的主要技術(shù)參數(shù)及編號； g) 校準(zhǔn)日期；h) 校準(zhǔn)依據(jù)的技術(shù)規(guī)范；i) 校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)儀器設(shè)備的準(zhǔn)確度、證書號、檢定（或校準(zhǔn)）單位和有

18、效期限； j) 校準(zhǔn)環(huán)境的描述；k) 按第8條內(nèi)容給出校準(zhǔn)結(jié)果及測量不確定度（測量不確定度的評估見附錄）； l) 校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告簽發(fā)人的簽名及日期； m) 校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的聲明；n) 未經(jīng)承擔(dān)校準(zhǔn)任務(wù)的實驗室批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書或報告的聲明。10 校準(zhǔn)間隔DL/T××× 第 9 頁 共 21 頁 新制造和修理后的沖擊分壓器，校準(zhǔn)間隔為兩年。使用中的沖擊分壓器，如果連續(xù)兩個校準(zhǔn)間隔的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計誤差之內(nèi)，校準(zhǔn)間隔可以延長到五年。附錄A電阻型沖擊分壓器二次匹配特性設(shè)電阻分壓器低壓臂電阻值為R2，同軸電纜特性阻抗為ZC，設(shè)同軸電纜無畸變，ZC為實數(shù)。信號傳

19、輸采用始端匹配，終端開路方式，在同軸電纜芯線與分壓器二次輸出端之間接入匹配電阻RC=ZCR2。均勻長線的微分方程為：u(x,t)i(x,t)=-L0-r0i(x,t) xti(x,t)u(x,t)=-C0-g0u(t,t) xt對均勻線方程用拉氏變換方法求解，代入邊界條件后得到拉氏算子方程。方程中U1和I1對應(yīng)x=0，U2和I2對應(yīng)x=l，I1取流入方向，I2取流出方向。令(p)=(r0+pL0)(g0+pC0)，ZC(p)=r0+pL0，得到： g+pC0chlZCshlU(p)1U2(p) =1shlchlI(p) I(p)1Z2C終端開路時I2=0，于是有：U1(p)=chlU2(p)I

20、1(p)=1shlU2(p) ZC入端阻抗為： Z(p)=U1(p)=ZCcthl I1(p)chlU(p)cthlU(p)= k1+cthlkshl+chl當(dāng)電壓U施加到分壓比為k的電阻分壓器時，同軸電纜入端電壓為： U1(p)=同軸電纜終端電壓為：DL/T××× 第 10 頁 共 21 頁 U2(p)=U1(p)U(p)U(p)-l1e =kkshl+chlchlr0g=0=，于是 L0C0l如果使用無畸變傳輸線，則有l(wèi)=L0C0l(P+)=(p+)=(p+)=p+ 式中=1L0C0為電磁波在同軸電纜的波速, =l為電磁波在電纜中傳輸時間。于是有：U2(p)=

21、U1(p)-pe ke上式表明，傳輸線的損耗使分壓器系統(tǒng)的分壓比增加e(1+)倍，傳輸過程使信號發(fā)生時延，結(jié)果始端的信號由f(t)變?yōu)榻K端的e-f(t-)。終端接電阻R=ZC匹配時，I2(p)=U2(p)，于是有： ZCU1(p)=chlU2(p)+shlU2(p)I1(p)=11shlU2(p)+chlU2(p) ZCZC入端阻抗為： Z(p)=U1(p)=ZC I1(p)當(dāng)電壓U施加到分壓比為k的電阻分壓器時，同軸電纜入端電壓為：U(p)U1(p)= 2k同軸電纜終端電壓為：U2(p)=U(p)-lU(p)1e =2k2kshl+chl計算表明，同軸電纜在兩端匹配情況下，信號在傳輸線的衰減

22、和時延情況與終端開路情況相同。 只是分壓比等于終端開路時的兩倍。附錄B阻尼電容型沖擊分壓器二次匹配特性DL/T××× 第 11 頁 共 21 頁設(shè)阻尼電容型沖擊分壓器低壓臂電容量為C2，阻尼電阻值為R2。始端匹配時，在分壓器輸出端串入匹配電阻RC，使RC+R2=ZC。終端開路時I2=0，于是有：U1(p)=chlU2(p)I1(p)=1shlU2(p) ZC入端阻抗為： Z(p)=U1(p)=ZCcthl I1(p)C2pZCcthlC2pZCchlU(p)U(p)= k1+C2pZC(1+cthl)kshl+C2pZC(shl+chl)當(dāng)電壓U施加到分壓比為k的

23、阻尼電容型分壓器時，同軸電纜入端電壓為： U1(p)=同軸電纜終端電壓為：U2(p)=C2pZC2C2pZCU1(p)U(p)U(p)=e-l -2lchlkshl+C2pZC(shl+chl)k1+2C2pZC-e如果使用無損傳輸線，則有r0=g0=0, =0，于是：l=L0C0lp=式中=lp=p 1L0C0為電磁波在同軸電纜的波速, =l為電磁波在電纜中傳輸時間。并令0=C2ZC，即有：U2(p)=20pU(p)-p e-2pk1+20p-e20U-p e-2pk1+20p-eU0=k+0U C0lk(1+)C2當(dāng)輸入為階躍波時，響應(yīng)為： U2(p)=U2(p)的極點(diǎn)是p=0，因此u2(

24、t)=上式表明，在采用無損同軸電纜，阻尼電容型分壓器始端匹配，終端開路時，分壓器系統(tǒng)的分壓比與電阻型相比增加了(1+C0l)倍。C0l為電纜芯線與屏蔽之間的電容。 C2DL/T××× 第 12 頁 共 21 頁 終端接電阻R=ZC和電容C=C2匹配時，I2(p)=U2(p)U2(p)=，于是有： 11ZC+ZC(1+)C2p0pU1(p)=chlU2(p)+shlU2(p) 11+0pI1(p)=1chlU2(p)1 shlU2(p)+1ZZCC1+0p1)chl0pU(p)入端阻抗為： Z(p)=1 =ZC1I1(p)shl(1+)+chl0pshl+(1+當(dāng)電

25、壓U施加到分壓比為k的阻尼電容型分壓器時，同軸電纜入端電壓為：U1(p)=U(p)kZ(p)1Z(p)+ZC+C2p=U(p)kZ(p)1Z(p)+ZC(1+)0p同軸電纜終端電壓為：11shl+(1+)chl0p0pU(p) U2(p)=1112kshl+(1+)chlshl+2(1+)chl+shl(1+)0p0p0p1+ =0p(1+0p)U(p) lkshl+20p(1+0p)e當(dāng)輸入為階躍波時，響應(yīng)為：U2(p)=0(1+0p)U pkshp+20p(1+0p)e0U=k+20U1 C0l2k(1+)2C2U2(p)的極點(diǎn)是p=0，因此u2(t)=上式表明，在采用無損同軸電纜，阻尼電

26、容型分壓器兩端匹配時，分壓器系統(tǒng)的分壓比與電阻型相比增加了(1+C0l)倍。C0l為電纜芯線與屏蔽間的電容。 2C2DL/T××× 第 13 頁 共 21 頁附錄C串級沖擊測量系統(tǒng)的方波響應(yīng)特性沖擊測量系統(tǒng)由阻尼電阻、高壓引線、沖擊分壓器、匹配阻抗、同軸電纜、沖擊示波器和沖擊峰值電壓表組成。如果不考慮信號的空間效應(yīng)，系統(tǒng)中的每個單元都可以視作四端網(wǎng)絡(luò)，信號從串級系統(tǒng)的輸入端進(jìn)入，順序經(jīng)過各個串級網(wǎng)絡(luò)到達(dá)輸出端，前一個網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓是下一個網(wǎng)絡(luò)的輸入電壓。用電壓、電流和傳輸網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的象函數(shù)表示第N個網(wǎng)絡(luò)的電路方程為：UN(p)AN(p)BN(p)UN+1(p)I(p

27、)=C(p)D(p)I(p)NNNN+1其中IN為流入方向，IN+1為流出方向。設(shè)傳輸終端所接負(fù)荷阻抗為ZN+1(p)，則終端電流為：IN+1(p)=UN+1(p) ZN+1(p)UN+1(p) ZN+1(p)UN+1(p) ZN+1(p)于是有： UN(p)=AN(p)UN+1+BN(p) IN(p)=CN(p)UN+1+DN(p)輸入阻抗為： ZN(p)=ZN+!(p)AN(p)+BN(p) ZN+1(p)CN(p)+DN(p)當(dāng)入端電壓為UN(p)時，出端電壓為：UN+1(p)=UN(p)=UN(p)HN(p) BN(p)AN(p)+ZN+1(p)1B(p)AN(p)+NZN+1(p)H

28、N(p)=這樣可以計算得到第N個網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗ZN(p)，電壓傳遞函數(shù)HN(p)參數(shù)。仿照第N個網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)計算方法，用ZN(p)的值可求得第N1個網(wǎng)絡(luò)的入端阻抗DL/T××× 第 14 頁 共 21 頁 ZN-1(p)和電壓傳遞函數(shù)HN-1(p)。如果第一個網(wǎng)絡(luò)輸入電壓為U1(p)，串級系統(tǒng)的輸出為：UN+1(p)=U1(p)H1(p)H2(p) HN(p)=U1(p)H(p)式中UN+1(p)為輸出電壓，U1(p)為輸入電壓，H(p)為各傳遞函數(shù)Hi(p)的乘積。設(shè)g(t)是UN+1(p)的歸一化源函數(shù)，W(p)=H(p)為歸一化象函數(shù)，根據(jù)沖擊測量系統(tǒng)實驗

29、響應(yīng)時間的pH(0)定義，此測量系統(tǒng)的實驗響應(yīng)時間為：tt TH=1-g(t)dt=lim1-g(t)dt00=limpp0111-pW(p)-W(p)=lim =lim-pW(p)' p0p0ppp于是 TH=limp0'(0)'(0)H3H'(0)H'(0)H2H'(p)H'(0) -n=-1 -H(0)H(0)H1(0)H2(0)H3(0)Hn(0) 即： TH=T1+T2+T3+ +TN其中 Ti=-Hi'(0)為各傳遞函數(shù)的方波響應(yīng)時間。 Hi(0)于是有如下結(jié)論：串級沖擊測量系統(tǒng)的實驗響應(yīng)時間是各個傳遞函數(shù)實驗響應(yīng)時間

30、之和。 必須指出，只有在影象阻抗匹配情況下，第i個傳遞函數(shù)與第i個傳輸網(wǎng)絡(luò)參數(shù)之間才有對應(yīng)關(guān)系，部件的實驗響應(yīng)時間才是常量。這時可以說，串級沖擊測量系統(tǒng)的實驗響應(yīng)時間是各個傳輸網(wǎng)絡(luò)實驗響應(yīng)時間之和。一般情況下，第i個傳遞函數(shù)除了與第i個傳輸網(wǎng)絡(luò)參數(shù)有關(guān)外，還與在它后面的所有N-i個傳輸網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及終端阻抗有關(guān)系，因此第i個傳遞函數(shù)與第i個傳輸網(wǎng)絡(luò)參數(shù)之間沒有對應(yīng)關(guān)系。換句話說，組成串級沖擊測量系統(tǒng)的各個部件的實驗響應(yīng)時間并不能由部件本身決定，它不是一個常量，因此不能用各部件在某種特定匹配狀態(tài)下的實驗響應(yīng)時間去計算其它匹配狀態(tài)下總的實驗響應(yīng)時間，同樣也不能用各部件的峰值誤差之和計算總的峰值誤差。

31、附錄D高壓引線的沖擊響應(yīng)特性沖擊分壓器的高壓引線在校驗情況下要盡量與使用情況下相同或接近相同。這是因為沖DL/T××× 第 15 頁 共 21 頁 擊分壓器高壓引線的波阻抗一般不可能與分壓器的輸入阻抗匹配，這樣在沖擊分壓器的高壓引線兩端將發(fā)生波的反射，通常信號在引線的傳輸時間要小于波頭時間，結(jié)果使沖擊分壓器的響應(yīng)時間減小。這一現(xiàn)象可以通過高壓引線分布參數(shù)電路計算說明。單位方波輸入到帶阻尼電阻Zr的引線上，設(shè)引線的波阻抗為ZC，則引線入端電壓的拉氏變換為：U1(p)=ZC1 pZC+Zr(p)入射電壓在終端被反射，反射系數(shù)kt(p)=Z(p)-ZC, Z為終端負(fù)荷阻

32、抗。 Z(p)+ZC'(p)=反射電壓為：U2ZC1kt(p) pZC+Zr(p)ZC11+kt(p) pZC+Zr(p)Zr(p)-ZC Zr(p)+ZC引線終端電壓為入射電壓與反射電壓之和： U2(p)=反射電壓沿引線向入端傳播，引線入端反射系數(shù)為：kr(p)='(p)=反射波在引線始端入射，大小為：U1ZC1kr(p)kt(p) pZC+Zr(p)經(jīng)過時間2后反射波再到達(dá)終端。終端電壓為入射波與反射波之和。Ut2(p)=ZCZC111+kt(p)+e-2p1+kt(p)kr(p)kt(p) pZC+Zr(p)pZC+Zr(p)ZC11 1+kt(p)-2ppZC+Zr(p

33、)1-ekr(p)kt(p)ZC11G(p) 1+kt(p)-2ppZC+Zr(p)1-ekr(p)kt(p)ZCZ+r1+kt(p)1-kr(0)kt(0)1G(p) CpZC+Zr(p)ZC1+kt(0)1-e-2pkr(p)kt(p)G(0)多次反射后，終端電壓為： Ut(p)=設(shè)G(p)為測量系統(tǒng)的傳輸特性，則系統(tǒng)的響應(yīng)為： U0(p)=對系數(shù)歸一化后，得到歸一化的響應(yīng)： * U0(p)=系統(tǒng)的方波響應(yīng)時間是各個傳輸函數(shù)的方波響應(yīng)時間之和，故得到T=Tg+Tr+Tkt+Td,DL/T××× 第 16 頁 共 21 頁1-kr(0)kt(0)計算 Td=-&

34、#39;0 -2p1-ekr(p)kt(p)'(p)kt(p)-e-2pkr(p)kt'(p)1-kr(0)kt(0)2e-2pkr(p)kt(p)-e-2pkr= -2p2p=01-ekr(p)kt(p)若kr(p)=r-ZCR-ZC，kt(p)= r+ZCR+ZC則 Td=(R-ZC)(r-ZC)ZC(R+r)無阻尼電阻時，r=0則 Td=-(1-ZC)。 R附錄E沖擊分壓器指數(shù)波響應(yīng)特性沖擊電壓發(fā)生器產(chǎn)生的理論波形為雙指數(shù)波，其波形曲線為：u(t)=A(e-t-e-t)。 可以用它產(chǎn)生視在波前時間0.84s1.2s，視在半峰值時間2500s3250s的近似指數(shù)波。調(diào)波時可

35、使用標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波頭電阻使1/0.407s，使用標(biāo)準(zhǔn)操作波的波尾電阻使1/3144s。 上述雙指數(shù)波到達(dá)峰值的時間可用極值條件求出，令du(t)=0，即-e-t+e-t=0。dt得到th= = 28ms，此時幅值達(dá)到儲能電容充電電壓的0.9998。而幅值達(dá)到0.998的時-ln間為2.53s，可見該波形十分接近指數(shù)波。用它代替指數(shù)波測量響應(yīng)時間，其誤差可以忽略。若定義指數(shù)波響應(yīng)時間為理想分壓器在輸入指數(shù)波時輸出波形的響應(yīng)時間與被校分壓器輸入指數(shù)波時輸出波形的響應(yīng)時間之差?？梢宰C明，對于線性測量系統(tǒng)，分壓器的指數(shù)波響應(yīng)時間等于實驗響應(yīng)時間。分壓器指數(shù)波響應(yīng)時間為：DL/T××

36、× 第 17 頁 共 21 頁ttTe=(1-e-t)-ge(t)dt=lim(1-e-t)-ge(t)dt=limpp01-pGe(p)1111-Ge(p)=lim-p0ppp+pp+1=lim-(pGe(p)'-p0Ge(p)=W(p)為歸一化象函數(shù)p(p+)W(0)1W(p)W'(0)'= Te=limp0p+W(0)W(0)分壓器實驗響應(yīng)時間為：ttTs=(1-gs(t)dt=lim(1-gs(t)dt=limpp01-pGe(p)11-Gs(p)=lim =lim-pGs(p)'p0p0pppGs(p)=1W(p) 為歸一化象函數(shù) pW(0)

37、W(p)W'(0)'= W(0)W(0)Ts=limp0于是有：Te=Ts，即分壓器的實驗響應(yīng)時間等于指數(shù)波響應(yīng)時間。校準(zhǔn)時需要使用標(biāo)準(zhǔn)沖擊分壓器代替理想分壓器，而標(biāo)準(zhǔn)沖擊分壓器的實驗響應(yīng)時間不等于零，需要對由此引入的測量誤差進(jìn)行修正。設(shè)分壓器傳輸函數(shù)有一階極點(diǎn)p=-10=，它的指數(shù)波歸一化響應(yīng)為：u(t)=1-e-t+-(e-t-e-t)。分壓器實驗指數(shù)波響應(yīng)時間為：-t-t(e-e)dt=Te-0Tp=(1-e-t)-ge(t)dt+-1=Te-0于是有： Te=Tp+0也就是說，實驗得到的指數(shù)波響應(yīng)時間加上標(biāo)準(zhǔn)分壓器的指數(shù)波響應(yīng)時間才等于被校分壓器的指數(shù)波響應(yīng)時間，也等于

38、它的實驗響應(yīng)時間。DL/T××× 第 18 頁 共 21 頁附錄F沖擊分壓器校準(zhǔn)不確定度分析按本規(guī)范進(jìn)行的各項校準(zhǔn)操作，所得結(jié)果的測量不確定度與使用的儀器及設(shè)備的準(zhǔn)確度有關(guān)，也與測量操作有關(guān)。F1 高壓臂電阻值或電容值測量不確定度1）電橋或測量儀誤差按測量示值誤差b考慮，均勻分布，認(rèn)為b有90%的可靠性，自由度1=50。 u1=b/1.7，2）測量的隨機(jī)誤差取表4中高壓臂電阻值或電容值測量項目6次測量的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差s2, 自由度2=5。3）高壓臂電阻值或電容值測量不確定度uc按下式綜合：2 uc=u12+s25）高壓臂電阻值或電容值測量不確定度的自由度按下式綜合：c

39、=uc44u14s2+505F2 輸出端口阻抗測量不確定度1）電橋或測量儀誤差按測量示值誤差b考慮，均勻分布，認(rèn)為b有90%的可靠性，自由度1=50。 u1=b/1.7，2）測量的隨機(jī)誤差取表4中輸出端口阻抗測量項目6次測量的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)差s2, 自由度2=5。3）輸出端口阻抗測量不確定度ug按下式綜合：2 ug=u12+s25）輸出端口阻抗測量不確定度的自由度按下式綜合：g=4ug4u14s2+505DL/T××× 第 19 頁 共 21 頁 F3 同軸電纜特性阻抗測量不確定度1）電橋或測量儀誤差按測量示值誤差b考慮，均勻分布，認(rèn)為b有90%的可靠性，自由度1=50。 u