EMC电磁兼容测试仪器校准不确定度评定要点研究

EMC电磁兼容测试仪器校准不确定度评定要点研究
发布时间：2021-03-15T02:17:20.096Z 来源：《防护工程》2020年31期作者：郁程[导读] 测量不确定度是定量评定测量结果，体现了结果的可信度，使测量结果完整有效。

对于电磁兼容EMC测试，可以给出测量结果的可靠度，也有利于从原理角度定量理解标准规范的每项内容对实验结果的影响，在试验操作及EMC分析上更好地把握影响因子。

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摘要：EMC测试贯穿于产品设计开发使用维护周期，EMC测量结果可能成为决策的重要依据，关系到产品的存亡。

必须对测量结果给出可信度分析。

电磁兼容测试是产品研发周期中的重要设计环节，实验室研发阶段电磁兼容测试不能达标，最终产品不符合电磁兼容标准。

测量不确定度结果对实验室测试结果产生重要影响，是电磁兼容测试结果的固定参数，测试能力会影响测试的结果。

本文构建EMC电磁兼容测试仪器校准系统，并给出校准不确定度分析。

关键词：电磁兼容；测试仪器；校准；不确定度
测量不确定度是定量评定测量结果，体现了结果的可信度，使测量结果完整有效。

对于电磁兼容EMC测试，可以给出测量结果的可靠度，也有利于从原理角度定量理解标准规范的每项内容对实验结果的影响，在试验操作及EMC分析上更好地把握影响因子。

研究EMC的不确定度是为了增加EMC测试结果的准确度。

可保证测试数据的认可度与测试人员的可靠性。

正确掌握EMC测试不确定度评定的方法对测试人员来说很是重要。

本文先介绍EMC测试基本概念与测试原理，通过电磁兼容测试数据对比研究不确定度的大小，通过分析数据得到不确定的评定结论，促进实验室之间的沟通。

一、EMC电磁兼容校准不确定度概述
电磁兼容是测试设备在电磁环境中不对任何事物造成不能承受的电磁干扰。

EMC电磁兼容测试仪器是针对抗干扰度实验的要求设计的测试仪器，主要用于模拟电磁干扰环境【1】。

常见的EMC电磁兼容测试仪器有浪涌发生器、跌落波发生器。

电磁兼容问题已经受到全球的关注。

如果电子产品按时上市，必须要通过严格的电磁兼容测试，才允许产品上市【2】。

要关注电磁兼容的测试结果的可靠度【1】。

所以不确定度是电磁兼容测试的指标，在不同的实验室测试产品，是否得到相同的结果代表实验室测试水平。

EMC是电磁兼容的英文缩写，电磁兼容设计就为减少电子设备的电磁干扰。

电子设备运行时产生电磁量在预定标准内，具有抗干扰能力。

提升电磁兼容能力，需设计人员的重视。

其设计思路考虑因素包括电磁干扰的路径，需分析电子设备运行时可能出现的电磁干扰【3】。

减少路径中电磁的偶合。

分析可能受到电磁影响的电子设备，减轻其受电磁干扰的影响。

EMC测量的误差是由试验方法、实验室与测量仪器引起的。

试验配置和方法引入的误差包括被测件的梯度、被测面的选择等。

实验室不佳会带来诸如墙壁反射等误差，是不同实验室测量数据差别大的主因。

测量仪器引入的不确定度包括接收器的误差、传感器的误差、天线系数的误差等。

不确定度是说明测试结果的质量，电磁兼容是实用性较强的学科，其内容广泛，延伸到全世界。

在科技与生产中，有大量测试工作用于认识事物。

对于电磁兼容测试来说，测试中最大的影响量不确定，不能由定量信息判定其他影响量，不能用测试值判定不确定度。

与EMC测量相关的不确定度与由测量设备引起的不确定度比较差异明显的。

传统的计量和EMC会融合到不需要不同的方法与术语的程度。

2.EMC电磁兼容测试仪器不确定度分析
EMC电磁兼容测试仪器模拟电磁干扰环境不同，仪器主要参数可分为电压波前时间、电流峰值，输出阻抗等参数。

EMC电磁兼容测试仪器输出信号为高压信号，校准电压相关参数时，被测试仪器输出信号，从数字示波器上读取校准结果，通过电流转换器转换为电压信号，校准电流相关参数。

电压/电流峰值校准中，高压探头衰减倍数准确度，数字示波器垂直电压测量准确度对测量结果产生影响【4】。

电压/电流时间参数校准中需考虑高压探头/电流转换器带宽引入误差与测量重复性引入误差，数字示波器时基精度引入误差。

数字示波器时基精度较高，为次要不确定度分量。

评定电压上升时间不确定度需评估衰减器带宽的影响。

某些EMC电磁兼容测试仪器电压上升时间快，衰减器带宽影响变大。

阻尼震荡波发生器标准规定电压上升时间为标准值75ns，引入不确定度分量过大，需采用非差分高压探头测量衰减振荡波发生器电压上升时间，数字示波器带宽不会引入上升时间，引入不确定度分量较小，测量重复性为主要不确定度分量。

校准采用伏安法获得输出阻抗值，评定中需要考虑相关系数。

输出阻抗数学模型为R=U/I，I=(1++1-）/2，U=(U++U-)/2，U为被测振荡波发生器+1kv测量平均值，R为被测振荡波发生器输出阻抗标称值，I为被测振荡波发生器+1kV测量平均值。

U与I正相关，r(u,1)=1,将电压峰值不确定度带入公式得到输出阻抗不确定度。

3.浪涌发生器不确定度评定
浪涌发生器不确定度评定对象包括短路输出电流峰值，电压波前时间不确定评定分析【5】。

开路输出电压峰值数学模型为△=U0-Us,Us为数字示波器输出电压峰值测量值。

开路输出电压值峰值校准不确定度源于高压差分探头衰减准确度。

根据DPP7254数字实时示波器技术指标，不确定度区间为±1%，1kV测量点标准不确定度U1为1kv×1%/=0.0058kv.
根据高压MD200差分探头技术指标，1kv测量标准不确定度u2为1kv×2%/=0.012kv。

标准试验差S，1kv测量点进行10次输出电压测量，合成标准不确定度u=0.014kv,短路输出电流峰值数学模型为△=Io-Is。

短路输出电流峰值校准结果源于电流变换器准确度，数字示波器垂直电压测量准确度等方面。

根据DPO7254数字示波器技术指标，不确定度区间为±1%，1kv测量点电流标称值为83.33A。

根据4997电流转换器技术指标，1kv测量点处标准不确定度U2为0.48A。

引用公式计算得到S=0.42A，得到相对扩展不确定度Urel=1.9%.
电压波前时间数学模型为△=To-Ts,Ts为数字示波器电压波前时间测量值，。

To为被涌浪发生器电压波前时间设定值，电压波前时间校准不确定度源于高压差分探头带宽引入误差。

不确定度区间为±2.5×10-6，1.2μs测量点处标准不确定度U1为0.0000017μs.10MHz带宽引起固有上升时间t=0.035μs,区间认为服从均匀分布，1.2μs测量点处标准不确定度u2为0.020μs.
2.5GHz带宽引起固有上升时间t=0.14ns,区间认为服从均匀分布，在1.2μ测量点处进行10次电压波前时间测量，引用公式计算得到S=0010μs。

合成标准不确定度u=0.022μs,得到相对扩展不确定度Urel=
3.7%.
结语
不确定度是表征合理赋予被测量值分散性，指对测量结果可信程度，实验测量中需分析测量结果可信度。

不确定度评定必须全面考虑可能影响的分量。

通过不确定度评定可了解影响测量因素有很多，合理评定不确定度，考虑不确定度的影响，才能对EMC检测作出合理评定。

数字示波器电压测试准确度与电流转换器转换系数准确度，测量重复性等分量为不确定度主要分量。

采用高精度高带宽高压探头可降低波形时间参数的不确定度，评定中需要考虑相关系数。

参考文献
[1]王占军.引伸计示值测量结果的不确定度评定[J].电子质量,2018(06):23-26.
[2]代振华.钻机性能测试中转矩转速传感器的校准方法研究及其不确定度评定[J].煤矿机械,2018,39(02):111-112.
[3]黄梓劲.线位移传感器自动化校准装置的探讨[J].科技与创新,2017(17):139-140.
[4]周小江.界面张力仪校准装置示值误差测量值的不确定度评定[J].计量与测试技术,2017,44(07):53-54.
[5]薛战军.力传感器的校准及测量不确定度评定[J].计测技术,2017,37(S1):223-227.。