刘佳明
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第2,288行: | 第2,288行: | ||
A: 电压探头的直流衰减量。假设估计值为1000,误差范围为5%(矩形概率密度函数)。 | A: 电压探头的直流衰减量。假设估计值为1000,误差范围为5%(矩形概率密度函数)。 | ||
δR: 修正测量仪器、测试布置和试验设备的非重复性。这是一个由峰值电压重复测量的样本得到 的实验标准差量化的 A 类评估。它用相对量表示,假设估计值为0%,误差范围为3%(1个标准差)。 | |||
δV: 量化示波器的直流幅值测量误差。假设误差范围为2%(矩形概率密度函数),估计值为0 | |||
β:系数,该系数取决于测量系统的脉冲响应波形和标准脉冲波形峰值附近(见 F.4.7) 的形状。 (12.7±1.4)kHz 的区间代表了广泛的系统,虽然每个系统的脉冲响应波形是不同的。 | β:系数,该系数取决于测量系统的脉冲响应波形和标准脉冲波形峰值附近(见 F.4.7) 的形状。 (12.7±1.4)kHz 的区间代表了广泛的系统,虽然每个系统的脉冲响应波形是不同的。 | ||
第2,302行: | 第2,302行: | ||
浪涌开路电压的持续时间可通过下式进行计算: | 浪涌开路电压的持续时间可通过下式进行计算: | ||
<math>T_{\mathrm{w}}=(T_{50\%,\mathrm{F}}-T_{50\%,\mathrm{R}}+\delta R)\cdot\left[1-\left(\frac{\beta}{B}\right)^2\right] | |||
</math> | |||
式中: | 式中: | ||
T50%,R浪涌波形上升沿达到50%峰值电幅度的时间; T50%,F 浪涌波形下升沿达到50%峰值幅度的时间; | |||
δR ——非重复性的修正系数; | δR ——非重复性的修正系数; | ||
第2,313行: | 第2,313行: | ||
表 F.3 浪涌开路电压持续时间(Ta) 的不确定度报告示例 | |||
[[文件:电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验GB 17626.5-2019_表 F.3 浪涌开路电压持续时间(Ta) 的不确定度报告示例.jpeg|400px]] | |||
T50%,R,Ts0% , 浪涌开路电压上升沿或下降沿达到50%峰值幅度时的时间读数。误差范围通过假 设采用 一 台采样率为100 MSs 日 具 有 轨 迹 内插 能 力 的示 波 器 ( 角 形 概 率密度函数)获得。 若不是这 种情况,则假设是 一 个矩形概率密度函数。此姐织考熊油采样率引起的ML 的不确定度贡献因素,对 于其他贡献因素 ·见 F.4.5。读数假定为T50%,R=0.5μ s,T50%,F=51.2μs。 | |||
δR: | δR:量化了测量仪器测试布置和浪涌馆号发生器自乌造成的的 T50%,F-T50%,k的时间差测量的非重 复 性 。 它 由 实 验 方 法 确 定 。H 下 测 量 设 备 试布置、测量程序以及浪涌发生器自身的原因会产生 Tso%,R-50%,F不同测量结果。这是全重复测量的样本得到的实验标准差量化 的A 类评估。假设误 差范围s(qk)=150 ns(正态概率密度函数的上个标准差), 估计值为0 | ||
β:见 F.4.3, 与 F.4.3 的 估 值 与 误 差 范 围 相 同 。 | β:见 F.4.3, 与 F.4.3 的 估 值 与 误 差 范 围 相 同 。 | ||
第2,327行: | 第2,327行: | ||
注:对于短路电流的持续时间 Ta 的计算与之类似。此时,B 使用电流探头的带宽取代电压探头。而参数β根据 F.4.5 中表F.5 进行修改,其计算公式如下: | 注:对于短路电流的持续时间 Ta 的计算与之类似。此时,B 使用电流探头的带宽取代电压探头。而参数β根据 F.4.5 中表F.5 进行修改,其计算公式如下: | ||
<math>T_{d}=1.18\cdot(T_{50\times1.F}-T_{50\times1.R}+\delta R)\cdot[1-\left(\frac{\beta}{B}\right)^{2}]</math> | |||
F.4.5 与时间和幅度测量相关的更多的MU 贡 献 因 素 | F.4.5 与时间和幅度测量相关的更多的MU 贡 献 因 素 | ||
第2,333行: | 第2,333行: | ||
时基误差与抖动:可采用示波器的技术参数作为误差范围(矩形概率密度函数)。通常这些影响可 以忽略。 | 时基误差与抖动:可采用示波器的技术参数作为误差范围(矩形概率密度函数)。通常这些影响可 以忽略。 | ||
垂直分辨率:此因素取决于垂直幅度分辨率△A 和轨迹的斜率 dA/dt 。 其不确定度与分辨率的半 宽有关,即(△A/2)/(dA/dt) 。 如果执行了轨迹插补(见示波器使用手册),则使用三角概率密度函数 否则使用矩形概率密度函数。当 |dA/dt|<(△A/T;) 时 ,T; | 垂直分辨率:此因素取决于垂直幅度分辨率△A 和轨迹的斜率 dA/dt 。 其不确定度与分辨率的半 宽有关,即(△A/2)/(dA/dt) 。 如果执行了轨迹插补(见示波器使用手册),则使用三角概率密度函数 否则使用矩形概率密度函数。当 |dA/dt|<(△A/T;) 时 ,T; 为示波器的采样间隔时间,此影响可以忽略。 | ||
直流偏置:如果峰值电压的测量以示波器标称的直流零电压线为参照,则示波器的直流偏移会对峰 值电压测量的不确定度产生影响。如果示波器的读数程序以脉冲波形的基线为参照,那么此影响可以 忽略。 | 直流偏置:如果峰值电压的测量以示波器标称的直流零电压线为参照,则示波器的直流偏移会对峰 值电压测量的不确定度产生影响。如果示波器的读数程序以脉冲波形的基线为参照,那么此影响可以 忽略。 | ||
第2,341行: | 第2,339行: | ||
F.4.6 由测量系统的带宽限制造成的上升时间失真 | F.4.6 由测量系统的带宽限制造成的上升时间失真 | ||
上升时间失真是通过若干上升时间的 | 上升时间失真是通过若干上升时间的 一般组合的规则来评估,当级联两个非相关系统且其阶跃响应单调增加时有效(见 Elmore), 即 : | ||
Tr=√T?+TMs …………………………(F.2) | |||
式(F.2) 中 ,Ta 为在测量系统的输出端所得到的被测信号的上升时间(失真的上升时间),T, 为信 号在测量系统输入端的上升时间,TMs 为测量系统阶跃响应的上升时间。注意,式(F.2) 的推导基于以 下上升时间的定义(见 Elmore): | 式(F.2) 中 ,Ta 为在测量系统的输出端所得到的被测信号的上升时间(失真的上升时间),T, 为信 号在测量系统输入端的上升时间,TMs 为测量系统阶跃响应的上升时间。注意,式(F.2) 的推导基于以 下上升时间的定义(见 Elmore): | ||
………………………(F.3) | <math>T_{\mathrm{MS}}=\sqrt{2\pi\int_{0}\left(t-T_{s}\right)^{2}h_{0}\left(t\right)\mathrm{d}t}</math>………………………(F.3) | ||
式(F.3) 中 ,h 。(t) | 式(F.3) 中 ,h 。(t) 为测量系统具有归一化面积如<math>\int_{0}h_{0}\left(t\right)\mathrm{d}t=1</math>的脉冲响应;Ts 为延迟时间,由 式(F.4) 给出。 | ||
<math>T_\mathrm{S}=\int_0th_0\left(t\right)\mathrm{d}t</math>……………………(F.4) | |||
从数学的角度来看,式(F.3) 相比于通常基于10%~90%的阈值电平要容易处理得多。然而,在技 术应用中,若干10%~90%的上升时间通常通过式(F.2) 相组合。给定系统带宽时,两种定义可得出可比较的上升时间。事实上如果定义 | |||
α=TMs·B ………………………(F.5) | |||
( | 可以发现,由两种定义得到的α值差别不大。对应于不同脉冲响应h(t)的形状,在表F.4 给出了α 值。从表F.A 中明显看出,确定一个固定的α值是不可能的,因为a 值既取决于采用的上升时间[例如 基于阈值或式(FB)] 的定义,也取决于测量系统脲冲响滋的形状。合理的a 的估计值可用表F.4 中给 出的最小值321×10-³和最大值390×10<sup>-3</sup>的算术平均殖表示,为360×10-³。进一步可假设,如果除 了测量系统的带宽之外没有其他的可用信息则α值可约匀分布在321 × 10 - ³ ~ 399 × 10 - ³ 区间内。换 而言之,可假设α为在321 × 10 - ³ ~ 399 × 10 - ³范围内服从矩形概率密度函数的随机变量。α的标准不确定度量化了: | ||
a) 与采用数学模型定义上升时间的无关性; | a) 与采用数学模型定义上升时间的无关性; | ||
第2,393行: | 第2,381行: | ||
<math>V_{\mathrm{out}}\left(t\right)=\int_{0}V_{\mathrm{in}}\left(\tau\right)\cdot h\left(t-\tau\right)\mathrm{d}\tau</math>…………………(F.6) | |||
式(F.6) 中 ,Vm(t)表示输入的脉冲波形,h(t) 表示测量系统的脉冲响应。注意A ·h(t)=ho(t),这里 A 为测量系统的直流衰减量。输入波形可以近似表示为它在输入达到峰值Vp 时刻,时间常数tp 的泰勒级数展开。 | |||
<math>V_{\mathrm{in}}(t)=V_{\mathrm{p}}+\frac{V_{\mathrm{in}}^{\prime\prime}\left(t_{\mathrm{p}}\right)}{2}\cdot\left(t-t_{\mathrm{p}}\right)^{2}+\frac{V_{\mathrm{in}}^{\prime\prime}\left(t_{\mathrm{p}}\right)}{6}\cdot\left(t-t_{\mathrm{p}}\right)^{3}+\cdots</math>…………………………(F.7) | |||
注意,由于V'(tp)=0, 所以在式(F.7) 中省略了一阶项。此外,V".(tp)<0, 因为是向下凹点(最大),而V'"(tp)>0, 因为此处的标准波的上升时间小于下降时间。将式(F.7)代入式(F.6) 并化简,当测 量系统的带宽相对于输入信号带宽足够大时(幂级数量的阶数超过2的项可以忽略),则得到: | |||
<math>V_{_{\mathrm{pd}}}=\frac{V_{_{p}}}{A}\left[1-\left(\frac{\beta}{B}\right)^{2}\right]</math>…………………………(F.8) | |||
…………………………(F.8) | |||
式(F.8) 中 Vd 为输出脉冲峰值,A 为测量系统的直流衰减。 | 式(F.8) 中 Vd 为输出脉冲峰值,A 为测量系统的直流衰减。 | ||
……………………(F.9) | <math>\beta=\alpha\cdot\sqrt{\frac{|V_{\mathrm{in}}^{\prime\prime}(t_{\mathrm{p}})|}{4\pi V_{\mathrm{p}}}}</math>……………………(F.9) | ||
注意参数β取决于标准输入波形的二阶导数以及由F.4.6 定义和导出的参数α。本附录给出了标 准浪涌波形的数学表达式,可以计算出参数β的具体数值,见表F.5。 | 注意参数β取决于标准输入波形的二阶导数以及由F.4.6 定义和导出的参数α。本附录给出了标 准浪涌波形的数学表达式,可以计算出参数β的具体数值,见表F.5。 | ||
第2,420行: | 第2,403行: | ||
式(F.10) 中 ,Twd为输出脉冲宽度。由下式可得 Twd: | 式(F.10) 中 ,Twd为输出脉冲宽度。由下式可得 Twd: | ||
……………………(F.11) | <math>T_{\mathrm{wd}}=\frac{V_{\mathrm{p}}}{AV_{\mathrm{pel}}}\cdot T_{\mathrm{w}}=\frac{1}{1-\left(\frac{\beta}{B}\right)^{2}}\cdot T_{\mathrm{w}}</math>……………………(F.11) | ||
表 F.5 标准脉冲波形的β因子[式(F.9)] | 表 F.5 标准脉冲波形的β因子[式(F.9)] | ||
第2,439行: | 第2,422行: | ||
== 附 录 G == | |||
附 录 G | |||
(资料性附录) | (资料性附录) | ||
第2,446行: | 第2,428行: | ||
脉冲测量系统的校准方法 | 脉冲测量系统的校准方法 | ||
G.1 概述 | === G.1 概述 === | ||
对脉冲发生器的校准需要使用测量系统,但测量系统会引起被测量的脉冲波形失真,这种失真是被 测脉冲和所使用测量系统特征参数的函数。 | 对脉冲发生器的校准需要使用测量系统,但测量系统会引起被测量的脉冲波形失真,这种失真是被 测脉冲和所使用测量系统特征参数的函数。 | ||
第2,452行: | 第2,434行: | ||
估算测量系统对标准脉冲的响应,可以使用卷积积分得到(IEEE Std 4—1995 和 IEC 60060-2)。 这种方法需要获得测量系统的阶跃响应,再通过数值计算,得到由测量系统引起的理论波形失真度。这 可以评估测量系统对脉冲参数的影响,例如,上升时间,峰值以及持续时间。利用得到的系统误差修正 校准结果,使得校准准确度得到提高。 | 估算测量系统对标准脉冲的响应,可以使用卷积积分得到(IEEE Std 4—1995 和 IEC 60060-2)。 这种方法需要获得测量系统的阶跃响应,再通过数值计算,得到由测量系统引起的理论波形失真度。这 可以评估测量系统对脉冲参数的影响,例如,上升时间,峰值以及持续时间。利用得到的系统误差修正 校准结果,使得校准准确度得到提高。 | ||
G.2 使用卷积对测量系统响应的估算 | === G.2 使用卷积对测量系统响应的估算 === | ||
理论上,校准使用的测量系统(传感器和示波器)的传递函数,可以在测量系统的输入端施加狄拉克 理想脉冲得到。传递函数可以估算由测量系统引入的失真度。 Vin(t) 为施加在测量系统输入端的脉 冲,利用卷积得到输出的脉冲Vout(t): | 理论上,校准使用的测量系统(传感器和示波器)的传递函数,可以在测量系统的输入端施加狄拉克 理想脉冲得到。传递函数可以估算由测量系统引入的失真度。 Vin(t) 为施加在测量系统输入端的脉 冲,利用卷积得到输出的脉冲Vout(t): | ||
……………………(G.1) | <math>V_{\mathrm{out}}(t)=\int_{0}^{\prime}V_{\mathrm{in}}(\tau)\cdot h_{0}(t-\tau)\mathrm{d}\tau</math>……………………(G.1) | ||
其中ho(t)为测量系统归一化脉冲响应,即<math>\int_{0}h_{0}\left(t\right)\mathrm{d}t=1。</math> | |||
其中ho(t)为测量系统归一化脉冲响应,即 | |||
这种方法相比于计算脉冲响应,对阶跃响应的计算更实用,使用实验归一化阶跃响应 g(t) 取 代 h。(t),式(G.1) 变为: | 这种方法相比于计算脉冲响应,对阶跃响应的计算更实用,使用实验归一化阶跃响应 g(t) 取 代 h。(t),式(G.1) 变为: | ||
……………………(G.2) | <math>V_{\mathrm{out}}\left(t\right)=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\overset{\prime}{\operatorname*{\operatorname*{\int}}}V_{\mathrm{in}}\left(\tau\right)\cdot g\left(t-\tau\right)\mathrm{d}\tau</math>……………………(G.2) | ||
其中, 将阶跃电压/电流输入到测量系统,测量其输出得到g(t) 。 由 于 阶 跃 源 | 其中,<math>g\left(t\right)=\int_{0}h_{0}\left(\tau\right)\mathrm{d}\tau</math> 将阶跃电压/电流输入到测量系统,测量其输出得到g(t) 。 由 于 阶 跃 源 不可避免的非理想性传递到输出Va(t), 所以施加的阶跃波形上升时间应小于脉冲(见表2)的波前/上 升时间的1/10,因此测量系统的非理想性得以表现。然而,考虑到传感器的衰减,阶跃幅度在示波器输 入端宜足够高,以确保有足够的动态范围测量准确的幅值。 | ||
附 录 E 给出了1.2/50 μs 和10/700 μs | 附 录 E 给出了1.2/50 μs 和10/700 μs 组合波发生器产生的浪涌标准波形的数学模型,输入V(t) 可以采用这种数学表达式。 Vom(t) 相对应的失真度可以通过式(G.2) 得到。将Vm(t) 和 Vout(t) 进行对 比,则容易得到由测量系统引入的,影响标准波形参数(上升时间、峰值以及持续时间)的系统误差。 | ||
校准中使用传感器(分压器/分流器) | 校准中使用传感器(分压器/分流器)和示波器。传感器和示波器都宜有足够的带宽以及耐电压、电流的能力,能够承受开路电压和短路电流波。示波器带宽最小10 MHz, 采样率最小100 MS/s。 | ||
G.3 开路电压(1.2/50 μs和10/700 μs)脉冲测量系统 | G.3 开路电压(1.2/50 μs和10/700 μs)脉冲测量系统 | ||
在分压器输入端施加电压阶跃信号,使用数字存储示波器记录阶跃响应,电压阶跃发生器宜满足G.1 的要求。将阶跃响应归一化,使稳态电平值等于1。对标准化开路电压相应的测量系统(分压器和 示波器)响应Uout(t) 可由式(G.3) 进行计算: | |||
<math>U_{\mathrm{out}}\left(t\right)=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\int_{0}^{\prime}U_{\mathrm{in}}\left(\tau\right)\cdot g_{\mathrm{in}}\left(t-\tau\right)\mathrm{d}\tau</math>…………………(G.3) | |||
…………………(G.3) | |||
式中: | 式中: | ||
第2,484行: | 第2,463行: | ||
g. (t)—— 归一化电压测量系统的试验阶跃响应; | g. (t)—— 归一化电压测量系统的试验阶跃响应; | ||
Uin(t)—— 标准的开路电压波形; | |||
U(t) 和Uout(t)相比得到由测量系统引入的系统误差,电压校准结果使用系统误差进行修正。 | U(t) 和Uout(t)相比得到由测量系统引入的系统误差,电压校准结果使用系统误差进行修正。 | ||
用于电压校准的分压器,其分压系数宜在直流状态下得到。为了降低测量不确定度,记录阶跃响应 的示波器宜和校准脉冲发生器的示波器一致。由于阶跃电压幅值通常远小于脉冲电压幅值,在两次测 量中,需改变示波器的纵向刻度(电压每格) | 用于电压校准的分压器,其分压系数宜在直流状态下得到。为了降低测量不确定度,记录阶跃响应 的示波器宜和校准脉冲发生器的示波器一致。由于阶跃电压幅值通常远小于脉冲电压幅值,在两次测 量中,需改变示波器的纵向刻度(电压每格)。如果使用现代数字存储示波器则可以忽略纵向刻度调整引入的不确定度分量。推荐对示波器纵向刻度进行可溯源的校准,这样可根据选择的刻度来评估纵向刻度的不确定度。 | ||
G.4 短路电流(8/20 μs和5/320 μs)脉冲测量系统 | G.4 短路电流(8/20 μs和5/320 μs)脉冲测量系统 | ||
在分流器输人端施加电流阶跃信号,使用数字存储示波器记录阶跃响应,图G.1 | 在分流器输人端施加电流阶跃信号,使用数字存储示波器记录阶跃响应,图G.1 为适用的电流阶跃发生器框图,电流阶跃发生器宜满足G.1 的要求。 | ||
[[文件:电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验GB 17626.5-2019_图 G.1 电流阶跃发生器框图.jpeg|400px]] | |||
元件: | 元件: | ||
UDc——稳定可调直流源: | |||
R—— 限流电阻; | R—— 限流电阻; | ||
第2,522行: | 第2,493行: | ||
将阶跃响应归一化,使稳态电平保持统一。对标准化短路电流相应的测量系统(分流器和示波器) 响应Iout(t) 可由式(G.4) 进行计算: | 将阶跃响应归一化,使稳态电平保持统一。对标准化短路电流相应的测量系统(分流器和示波器) 响应Iout(t) 可由式(G.4) 进行计算: | ||
<math>U_{\mathrm{out}}\left(t\right)=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t}\int_{0}^{\prime}U_{\mathrm{in}}\left(\tau\right)\cdot g_{\mathrm{in}}\left(t-\tau\right)\mathrm{d}\tau</math>…………………(G.4) | |||
式中: | 式中: | ||
第2,528行: | 第2,499行: | ||
g;(t)—— 归一化电流测量系统的试验阶跃响应; | g;(t)—— 归一化电流测量系统的试验阶跃响应; | ||
Iin(t)—— 标准的短路电流波形。 | |||
I(t)和 Iou(t)相比,得到由测量系统引入的系统误差,电流校准结果使用系统误差进行修正。 | |||
短路电流的校准宜采用经校准的分流器和电流探头。为了降低测量不确定度,记录阶跃响应的示 波器宜和校准脉冲发生器的示波器一致。由于阶跃电压幅值通常远小于脉冲电压幅值,在两次测量中, 需改变示波器的纵向刻度(电压每格)。如果使用现代数字存储示波器则可以忽略纵向刻度调整引入的 不确定度分量。推荐对示波器纵向刻度进行可溯源的校准,这样可根据选择的刻度来评估纵向刻度的 不确定度。 | 短路电流的校准宜采用经校准的分流器和电流探头。为了降低测量不确定度,记录阶跃响应的示 波器宜和校准脉冲发生器的示波器一致。由于阶跃电压幅值通常远小于脉冲电压幅值,在两次测量中, 需改变示波器的纵向刻度(电压每格)。如果使用现代数字存储示波器则可以忽略纵向刻度调整引入的 不确定度分量。推荐对示波器纵向刻度进行可溯源的校准,这样可根据选择的刻度来评估纵向刻度的 不确定度。 | ||
第2,540行: | 第2,507行: | ||
附 录 H | == 附 录 H == | ||
(资料性附录) | (资料性附录) | ||
第2,546行: | 第2,513行: | ||
对额定电流大于200 A 供电线路施加浪涌的耦合/去耦方法 | 对额定电流大于200 A 供电线路施加浪涌的耦合/去耦方法 | ||
H.1 概述 | === H.1 概述 === | ||
由于大电流的 EUT 的阻抗低,可能给浪涌发生器加载,导致大部分浪涌能量被发生器的输出阻抗 吸收,这时可做一个初始评估以确定: | 由于大电流的 EUT 的阻抗低,可能给浪涌发生器加载,导致大部分浪涌能量被发生器的输出阻抗 吸收,这时可做一个初始评估以确定: | ||
第2,560行: | 第2,527行: | ||
需考虑安装的浪涌抑制器的作用。当浪涌达到 SPD 阈值时,抑制器会有较好的性能表现。浪涌抑 制器通常会吸收大部分的浪涌。如果浪涌没有达到抑制器的阈值,则浪涌会直接进入 EUT 电路中。 | 需考虑安装的浪涌抑制器的作用。当浪涌达到 SPD 阈值时,抑制器会有较好的性能表现。浪涌抑 制器通常会吸收大部分的浪涌。如果浪涌没有达到抑制器的阈值,则浪涌会直接进入 EUT 电路中。 | ||
H.2 耦合和去耦 | === H.2 耦合和去耦 === | ||
当大电流 EUT 的试验没有可用的 CDN 时,则可使用以下步骤: | 当大电流 EUT 的试验没有可用的 CDN 时,则可使用以下步骤: |