Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13727-1:2023 Phép đo trường từ một chiều, trường từ và trường điện xoay chiều - Phần 1

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13727-1:2023
IEC 61786-1:2013

PHÉP ĐO TRƯỜNG TỪ MỘT CHIỀU, TRƯỜNG TỪ VÀ TRƯỜNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG DẢI TẦN TỪ 1 HZ ĐẾN 100 KHZ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN PHƠI NHIỄM LÊN NGƯỜI - PHẦN 1: YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐO

Measurement of DC magnetic, AC magnetic and AC electric fields from 1 Hz to 100 kHz with regard to exposure of human beings - Part 1: Requirements for measuring instruments

Mục lục

Lời nói đầu

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

3.1 Máy đo (Meter)

3.2 Đặc trưng của máy đo

3.3 Đặc tính của trường

3.4 Phép đo

4 Ký hiệu

5 Thông số kỹ thuật của thiết bị

5.1 Yêu cầu chung

5.2 Độ không đảm bảo đo

5.3 Phạm vi đo

5.4 Dải thông

5.5 Dải nhiệt độ và độ ẩm khi hoạt động

5.6 Nguồn cung cấp

5.7 Khả năng đọc thang đo

5.8 Kích thước thiết bị đo và lựa chọn đầu đo

5.9 Tương thích điện từ

5.10 Hệ số đỉnh

5.11 Độ bền

5.12 Khối lượng

5.13 Lựa chọn thiết bị đo

6 Hiệu chuẩn

6.1 Yêu cầu chung

6.2 Quy trình hiệu chuẩn

6.3 Tài liệu về hiệu chuẩn

7 Kiểm tra xác nhận

Phụ lục A (quy định) - Các phương pháp hiệu chuẩn

Phụ lục B (tham khảo) - Ví dụ về độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn

Phụ lục C (tham khảo) - Các đặc tính chung của trường từ và trường điện

Phụ lục D (tham khảo) - Máy đo mật độ từ thông (máy đo trường từ)

Phụ lục E (tham khảo) - Máy đo cường độ trường điện (máy đo trường điện)

Phụ lục F (tham khảo) - Tác động của độ ẩm lên phép đo trường điện

Phụ lục G (tham khảo) - Đơn vị

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

TCVN 13727-1:2023 hoàn toàn tương đương với IEC 61786-1:2013;

TCVN 13727-1:2023 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E9 Tương thích điện từ biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 13727 (IEC 61786) Phép đo trường từ một chiều, trường từ và trường điện xoay chiều trong dải tần từ 1 Hz đến 100 kHz có liên quan đến phơi nhiễm lên người, gồm 2 phần:

1) TCVN 13727-1:2023 (IEC 61786-1:2013), Phần 1: Yêu cầu đối với thiết bị đo

2) TCVN 13727-2.2014 (IEC 61786-2:2014), Phần 2: Tiêu chuẩn cơ bản cho phép đo

PHÉP ĐO TRƯỜNG TỪ MỘT CHIỀU, TRƯỜNG TỪ VÀ TRƯỜNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG DẢI TẦN TỪ 1 HZ ĐẾN 100 KHZ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN PHƠI NHIỄM LÊN NGƯỜI - PHẦN 1: YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ ĐO

Measurement of DC magnetic, AC magnetic and AC electric fields from 1 Hz to 100 kHz with regard to exposure of human beings - Part 1: Requirements for measuring instruments

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn cho các thiết bị đo cường độ trường của trường từ và trường điện tựa tĩnh có tần số nằm trong dải từ 1 Hz đến 100 kHz và cùng với trường từ một chiều để đánh giá mức phơi nhiễm lên cơ thể người trong các trường này.

Nguồn của trường bao gồm trường do các thiết bị hoạt động ở các tần số nguồn lưới và thiết bị tạo ra các trường tần số nguồn và trường hài tần số nguồn cũng như các thiết bị tạo ra trường nằm trong dải tần của tiêu chuẩn này, kể cả các thiết bị tạo ra trường tĩnh, và trường từ tĩnh trái đất. Phạm vi đo thuộc phạm vi của tiêu chuẩn này là từ 0,1 μT đến 200 mT ở điện xoay chiều (AC) (từ 1 μT đến 10 T ở điện một chiều (DC)) và 1 V/m đến 50 kV/m đối với trường từ và trường điện tương ứng.

Khi thực hiện các phép đo nằm ngoài dải này thì hầu hết các điều khoản của tiêu chuẩn này vẫn được áp dụng nhưng cần đặc biệt lưu ý đối với các quy trình xác định về độ không đảm bảo và hiệu chuẩn.

Tiêu chuẩn này

- định nghĩa thuật ngữ;

- xác định các yêu cầu về quy định kỹ thuật đối với máy đo trường;

- đưa ra các phương pháp hiệu chuẩn;

- xác định các yêu cầu về độ không đảm bảo của thiết bị đo;

- mô tả các đặc tính chung của trường;

- mô tả các nguyên tắc vận hành của thiết bị đo.

CHÚ THÍCH: Các phương pháp đo đạt được các mục tiêu xác định liên quan đến việc đánh giá sự phơi nhiễm lên người, được mô tả trong TCVN 13727-2 (IEC 61786-2).

Nguồn không đảm bảo trong hiệu chuẩn cũng được xác định. Liên quan đến các phép đo trường điện, tiêu chuẩn này chỉ xem xét phép đo cường độ trường điện không nhiễu loạn tại một điểm trong không gian tự do (nghĩa là trường điện trước khi đưa máy đo trường và người vận hành vào) hoặc ở trên bề mặt dẫn.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn có ghi năm công bố thì áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 6988 (CISPR 11), Giới hạn và phương pháp đo đặc tính nhiễu tần số radio của thiết bị công nghiệp, nghiên cứu khoa học và y tế

TCVN 7909-3-2 (IEC 61000-3-2), Tương thích điện từ (EMC) - Phần 3-2: Các giới hạn - Giới hạn phát xạ dòng điện hài (dòng điện đầu vào của thiết bị ≤ 16 A mỗi pha)

TCVN 7909-4-2 (IEC 61000-4-2), Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-2: Phương pháp đo và thử - Thử miễn nhiễm đối với hiện tượng phóng tĩnh điện

TCVN 7909-4-3 (IEC 61000-4-3), Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-3: Phương pháp đo và thử - Thử miễn nhiễm đối với trường điện từ bức xạ tần số vô tuyến

TCVN 7909-4-6 (IEC 61000-4-6), Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-6: Phương pháp đo và thử- Miễn nhiễm đối với nhiễu dẫn cảm ứng bởi trường tần số vô tuyến

TCVN 7909-4-8 (IEC 61000-4-8), Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-8: Phương pháp đo và thử- Thử miễn nhiễm đối với từ trường tần số công nghiệp

TCVN 9595-3 (ISO/IEC Guide 98-3), Độ không đảm bảo đo - Phần 3: Hướng dẫn trình bày độ không đảm bảo đo (GUM: 1995)

IEC 61000-4-4, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-4: Testing and measurement techniques - Electrical fast transient/burst immunity test (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-4: Phương pháp đo và thử - Thử miễn nhiễm đối với quá độ/đột biến điện nhanh

Guide 108, Guidelines for ensuring the coherency of IEC publications - Application of horizontal standards (Hướng dẫn để đảm bảo tính liên kết của các ấn bản IEC - ứng dụng của tiêu chuẩn ngang)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

CHÚ THÍCH 1: sử dụng hệ đơn vị quốc tế SI trong toàn bộ tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH 2: Đối với các đơn vị khác, xem Phụ lục G.

CHÚ THÍCH 3: Trong toàn bộ tiêu chuẩn này, từ “mật độ từ thông” và “trường từ” phải được coi là đồng nghĩa.

3.1  Máy đo (Meter)

3.1.1

Thiết bị đo (measuring instrument)

Thiết bị được thiết kế để sử dụng cho các phép đo, độc lập hoặc kết hợp với các cơ cấu phụ.

[NGUỒN: IEC 60050-300:2001, 311-03-01]

3.1.2

Máy đo trường (field meter)

Máy đo được thiết kế để đo trường điện, trường từ và trường điện từ.

CHÚ THÍCH 1: Máy đo trường thường bao gồm ba phần: đầu đo, mạch tách sóng và màn hiển thị.

3.1.3

Đầu do (probe)

Cơ cấu đầu vào của một thiết bị đo, thường được cấu tạo là một khối riêng rẽ và được kết nối với nó bằng cáp mềm, để truyền giá trị đo ở dạng thích hợp.

CHÚ THÍCH 1: Đầu đo có thể bao gồm một hoặc một vài cảm biến.

[NGUỒN: IEC 60050-300:2001, 313-09-11, đã sửa đổi - đã bổ sung thêm chú thích]

3.1.4

Bộ tách sóng (detector)

Thiết bị dùng để nhận biết sự tồn tại hoặc các thay đổi của sóng, dao động hoặc các tín hiệu, thường dùng để trích xuất thông tin thu được.

VÍ DỤ: Bộ tách sóng đỉnh, bộ tách sóng giá trị hiệu dụng.

[NGUỒN: IEC 60050-702:1992, 702-09-39, đã sửa đổi - các ví dụ có khác biệt]

3.1.5

Máy đo cách ly với đất (free-body meter)

Máy đo cường độ trường điện không nhiễu loạn tại một điểm cao hơn đất và được đỡ trong không gian mà không có tiếp xúc dẫn điện với đất.

3.1.6

Máy đo từ kiểu sắt từ (fluxgate magnetometer)

Thiết bị được thiết kế để đo trường từ bằng cách sử dụng một đầu đo có các đặc tính từ trường không tuyến tính hoặc thành phần cảm biến có lõi sắt từ.

3.1.7

Máy đo đất tham chiếu (ground reference meter)

Máy đo trường điện tại hoặc gần mặt phẳng đất, thường được thực hiện bằng cách đo dòng điện cảm ứng hoặc dao động điện tích giữa điện cực cách ly và đất.

CHÚ THÍCH 1: Điện cực cách ly thường là một tấm được đặt nằm tại mặt phẳng đất hoặc đặt cao hơn bề mặt đất một chút.

3.1.8

Máy đo khảo sát (survey meter)

Máy đo được vận hành bằng pin/acquy có khối lượng nhẹ đưa ra đầu số đọc thời gian thực và có thể dễ dàng cầm bằng tay để thực hiện các phép đo kiểu khảo sát tại các vị trí khác nhau.

3.1.9

Đầu đo kiểu cuộn dây (coil probe)

Cảm biến mật độ từ thông bao gồm một cuộn dây tạo ra điện áp cảm ứng tỷ lệ với đạo hàm theo thời gian của trường từ.

3.1.10

Đầu đo hiệu ứng Hall (Hall effect probe)

Cảm biến mật độ từ thông có chứa thành phần thể hiện hiệu ứng Hall để tạo ra điện áp tỷ lệ với mật độ từ thông.

3.2  Đặc trưng của máy đo

3.2.1

Hệ số đỉnh (crest factor)

Tỷ số giữa giá trị tuyệt đối lớn nhất và giá trị hiệu dụng của một đại lượng xoay chiều.

[NGUỒN: IEC 60050-103:2009, 103-14-57, đã sửa đổi - thuật ngữ ban đầu là “hệ số đỉnh” và chú thích đã bị xóa.]

3.2.2

Nhiễu xuyên âm (crosstalk)

Sự xuất hiện của năng lượng không mong muốn trên một kênh, do có mặt tín hiệu trên một kênh khác, gây ra bởi, ví dụ như cảm ứng, tính dẫn hoặc tính phi tuyến

[NGUỒN: IEC 60050-722:1992, 722-15-03]

3.2.3

Đáp tuyến tần số (frequency response)

Dùng cho một hệ thống tuyến tính không thay đổi theo thời gian có đầu vào hình sin có thể thay đổi ở trạng thái ổn định, tỷ số pha của biến số đầu ra và pha của biến số đầu vào tương ứng, được biểu diễn dưới dạng hàm của tần số góc ω.

[NGUỒN: IEC 60050-351:2006, 351-24-33, đã sửa đổi - chú thích trong bản gốc đã bị xoá]

3.2.4

Tính đẳng hướng của đầu đo (isotropy of the probe)

Đại lượng đo mức độ mà trong đó phản ứng của một đầu đo trường không phụ thuộc vào sự phân cực và hướng lan truyền của trường liên quan.

3.2.5

Dải thông (pass-band)

Dải tần số mà trong toàn bộ dải đó, sự suy giảm nhỏ hơn một giá trị quy định.

[NGUỒN: IEC 60050-151: 2001, 151-13-52]

3.2.6

Giá trị hiệu dụng (root-mean-square value)

1) với n đại lượng x₁, x₂,.. x_n, căn bậc hai giá trị trung bình của bình phương các đại lượng này:

2) đối với đại lượng x phụ thuộc vào một biến số t, căn bậc hai giá trị trung bình của bình phương đại lượng được tính trong một khoảng thời gian cho trước [t₀, t₀ + T] của biến số

CHÚ THÍCH 1: Giá trị hiệu dụng của một đại lượng tuần hoàn thường được tính một khoảng tích phân, phạm vi của nó là khoảng thời gian nhân với một số tự nhiên.

[NGUỒN: IEC 60050-103:2009,103-02-02, đã sửa đổi - bỏ chú thích 2 thứ hai trong định nghĩa ban đầu.]

3.3  Đặc tính của trường

3.3.1

Trường không nhiễu loại (unperturbed field)

Trường tại một điểm mà ở đó không có người hoặc vật thể di động.

3.3.2

Trường gần đồng nhất (nearly uniform field)

Trường trong khu vực mà trường tổng hợp trên tiết diện của đầu đo không thay đổi quá 1 %.

3.3.3

Trường tựa tĩnh (quasi-static field)

Trường thỏa mãn điều kiện (tức là bước sóng >> l, trong đó ƒ là tần số của trường, c là tốc độ ánh sáng và l là kích thước riêng của hình học phép đo, ví dụ: khoảng cách giữa nguồn trường và điểm đo.

CHÚ THÍCH 1: Trường từ và trường điện tần số nguồn gần đường dây điện và thiết bị điện là những ví dụ về trường tựa tĩnh.

3.3.4

Trường tổng hợp (resultant field)

Trường được tính bằng bởi biểu thức

trong đó F_x, F_y và F_z là các giá trị hiệu dụng của ba thành phần trường trực giao

hoặc bằng biểu thức

trong đó F_max và F_min lần lượt là các giá trị hiệu dụng của nửa trục dài và nửa trục ngắn của hình elip trường.

CHÚ THÍCH 1: F_R tổng hợp luôn luôn ≥ F_max. Nếu trường phân cực tuyến tính thì F_min = 0 và F_R = F_max. Nếu trường có phân cực tròn thì F_max = F_min và F_R ≈ 1,41 F_max.

3.4  Phép đo

3.4.1

Hệ số hiệu chính (correction factor)

Hệ số tính bằng số được nhân với kết quả chưa hiệu chính của phép đo để bù cho một sai số đã biết.

CHÚ THÍCH 1: Vì sai số đã biết không thể được xác định một cách tuyệt đối, nên không thể bù hoàn toàn.

3.4.2

Hệ số phủ (coverage factor)

Hệ số tính bằng số được sử dụng như một thừa số của độ không đảm bảo chuẩn tổng hợp để thu được độ không đảm bảo mở rộng.

CHÚ THÍCH 1: Đối với đại lượng z được mô tả bằng phân phối chuẩn với kỳ vọng μ_z và độ lệch chuẩn σ, khoảng μ_z ± k_σ gồm 68,27 %, 95,45 % và 99,73 % phân phối tương ứng đối với hệ số phủ k = 1, 2 và 3.

3.4.3

Hệ số thang đo (scale factor)

Hệ số được nhân với số đọc của thiết bị để thu được đại lượng đầu vào của nó.

3.4.4

Độ không đảm bảo chuẩn (Standard uncertainty)

Độ không đảm bảo của kết quả đo được thể hiện như là độ lệch chuẩn.

3.4.5

Độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn (uncertainty of calibration)

Tham số, gắn với kết quả đo, đặc trưng cho sự phân tán của các giá trị có thể được quy cho đại lượng đo một cách hợp lý.

CHÚ THÍCH 1: Độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn bao gồm nhiều thành phần. Một số thành phần có thể đánh giá trên cơ sở của phân bố thống kê của các kết quả từ dãy các phép đo và có thể được đặc trưng bằng độ lệch chuẩn thực nghiệm. Các thành phần khác được đánh giá dựa trên thực nghiệm hoặc thông tin khác.

4  Ký hiệu

5  Thông số kỹ thuật của thiết bị

5.1  Yêu cầu chung

Khi đo trường trong nội dung đánh giá về mức độ phơi nhiễm lên người, các hạng mục sau được xem xét:

- phép đo cường độ trường tổng hợp;

- phép đo trường điện không nhiễu loạn.

CHÚ THÍCH 1: Các mục khác có thể được yêu cầu tùy thuộc vào mục tiêu của phép đo.

Các loại thiết bị đo khác nhau có sẵn để mô tả đặc tính của trường từ tựa tĩnh được nêu trong Điều D.1.

Các loại thiết bị đo khác nhau có sẵn để mô tả đặc tính của trường từ tĩnh được nêu trong Điều D.3

Một số loại máy đo trường từ đang được sử dụng phổ biến, ví dụ: máy đo trường có đầu đo kiểu cuộn dây, máy đo có đầu đo hiệu ứng Hall và máy đo kết hợp hai cuộn dây với lõi sắt từ như trong máy đo từ kiểu sắt từ.

CHÚ THÍCH 2: Các đầu đo hiệu ứng Hall phản ứng với mật độ từ thông tĩnh cũng như mật độ từ thông thay đổi theo thời gian. Do độ nhạy hạn chế và các vấn đề về độ bão hòa đôi khi gặp phải khi cố gắng đo mật độ từ thông tần số công suất nhỏ khi có dòng địa từ tĩnh đáng kể của trái đất, các đầu đo hiệu ứng Hall hiếm khi được sử dụng để đo trường từ của đường dây điện xoay chiều.

Các loại thiết bị đo khác nhau có sẵn để mô tả đặc tính của trường điện gần như tĩnh được nêu trong Điều E.1. Hai loại máy đo trường điện sau đây được xem xét trong tiêu chuẩn này:

a) máy đo cách ly với đất;

b) máy đo đất tham chiếu.

Phải cung cấp đầy đủ thông tin về thiết bị đo, bao gồm các thông số kỹ thuật của thiết bị và sổ tay hướng dẫn được viết rõ ràng, để cho phép người sử dụng xác định sự phù hợp với tiêu chuẩn này, giúp họ vận hành máy đo trường đúng cách và để đánh giá tính hữu dụng của thiết bị đối với ứng dụng của người dùng. Các thông số kỹ thuật của thiết bị phải được cung cấp và/hoặc thỏa mãn các nội dung được cho dưới đây.

5.2  Độ không đảm bảo đo

Độ không đảm bảo đo của thiết bị đo phải do nhà chế tạo thiết bị quy định. Độ không đảm bảo đo phải được xác định theo TCVN 9595-3 (ISO/IEC Guide 98-3). Độ không đảm bảo phải được quy định như độ không đảm bảo đo mở rộng bằng cách sử dụng hệ số phủ là 2. Độ không đảm bảo có giá trị sau khi áp dụng các hệ số hiệu chính sẵn có. Độ không đảm bảo phải bao gồm tất cả các thành phần có liên quan khi thiết bị được sử dụng trong trường gần đồng nhất. Các thành phần này có thể là độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn, đáp tuyến tần số, độ lệch của độ lợi trong các chế độ đặt phạm vi đo khác nhau, tính đẳng hướng của đầu đo, nguồn nhiễu bên trong, độ không tuyến tính, độ ổn định, đường đặc trưng nhiệt độ và đường đặc trưng độ ẩm. Độ không đảm bảo của thiết bị đo không bao gồm các ảnh hưởng do việc xử lý thiết bị như định vị đầu đo trong trường không đồng nhất hoặc ảnh hưởng của người đo trên trường cần đo. Các thành phần đó phải được tính đến như độ không đảm bảo đo bổ sung trong báo cáo phép đo.

CHÚ THÍCH 1: Ở tần số nguồn, độ không đảm bảo của thiết bị đo thường là 10 % hoặc cao hơn.

CHÚ THÍCH 2: Các ví dụ về hướng dẫn về cách tiếp cận độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn được nêu trong Phụ lục B.

5.3  Phạm vi đo

Phạm vi đo mà thiết bị làm việc trong độ không đảm bảo quy định phải được chỉ ra rõ ràng.

5.4  Dải thông

Thiết bị đo dải thông rộng trong dải AC luôn có tần số cắt thấp hơn và tần số cắt cao hơn, xác định dải thông. Thông thường, các giới hạn dải thông được xác định bằng âm 3 dB của đáp tuyến tần số. Đáp tuyến tần số danh nghĩa của một thiết bị đo có thể được mô tả như là tần số của một hệ thống có bộ lọc thông cao và bộ lọc thông thấp được mắc nối tiếp. Các loại bộ lọc và thứ tự bộ lọc phải được quy định (ví dụ: bộ lọc thông cao bậc 3 và bộ lọc thông thấp bậc 5). Đáp tuyến tần số danh nghĩa của thiết bị đo thường không được coi là nguồn của độ không đảm bảo đo vì hiệu ứng giới hạn dải của các bộ lọc là đặc tính mong muốn của thiết bị nếu thực hiện các phép đo băng rộng. Trong các phép đo chọn lọc tần số (ví dụ FFT), hiệu ứng giới hạn dải của các bộ lọc không như mong muốn và đáp tuyến tần số danh nghĩa phải tự động hiệu chính. Độ không đảm bảo đo của thiết bị đo do dung sai chế tạo thường lớn hơn so với tần số trung bình tại các giới hạn dải. Vì vậy độ không đảm bảo đo của một thiết bị cũng thường được quy định và đôi khi chỉ nằm trong dải tần số được hạn chế. Phạm vi này không rộng bằng dải thông nhưng vẫn phải đủ rộng để bao phủ tất cả các tần số quan tâm. Trong dải tần số bị giới hạn, ảnh hưởng của đáp tuyến tần số danh nghĩa phải không đáng kể.

5.5  Dải nhiệt độ và độ ẩm khi hoạt động

Dải nhiệt độ và độ ẩm tương đối mà thiết bị hoạt động trong độ không đảm bảo quy định lần lượt tối thiểu là -10 °C đến 45 °C và 5 % đến 95 %. Cần tránh thay đổi nhiệt độ đột ngột có thể dẫn đến ngưng tụ hơi nước trong thiết bị.

Phép đo trường điện có thể bị nhiễu loạn nếu độ ẩm tương đối lớn hơn 70 % do hiệu ứng ngưng tụ trên đầu đo và giá đỡ [2][1]. Do ảnh hưởng của độ ẩm phụ thuộc vào máy đo trường, nên khả năng hoạt động chính xác của máy đo trường ở các điều kiện đó cần được kiểm tra trước khi đo (xem Phụ lục F).

5.6  Nguồn cung cấp

Khuyến nghị sử dụng thiết bị đo lường đang hoạt động bằng nguồn pin bên trong.

Nếu sử dụng pin, cần cung cấp cho biết tình trạng pin có đủ để máy đo trường hoạt động thỏa đáng. Các thiết bị được sử dụng để ghi lại mức phơi nhiễm cá nhân phải có khả năng hoạt động ít nhất 8 h trong phạm vi độ không đảm bảo danh định của chúng trước khi cần phải thay thế hoặc sạc lại pin.

Nếu sử dụng pin có thể sạc lại thì không nên vận hành thiết bị đo trong khí nối với bộ sạc. Khi việc kết nối như vậy là cần thiết, nó phải chứng minh được rằng trường ký sinh từ bộ sạc pin/acquy, nhiễu dẫn từ điện áp nguồn và ghép nối điện từ qua dây kết nối (với bộ sạc pin/acquy) không ảnh hưởng đến phép đo (xem 5.9).

Không được có các kết nối dây với máy đo trường điện cách ly với đất.

Nếu pin/acquy có vỏ bọc bằng sắt từ được sử dụng dùng cho máy đo phơi nhiễm, thì phải cẩn thận để các vỏ này không ảnh hưởng đáng kể đến số đọc của thiết bị (xem TCVN 13727-2 (IEC 61786-2) để biết thêm chi tiết về nguồn của độ không đảm bảo).

5.7  Khả năng đọc thang đo

Phần hiển thị của máy đo, nếu có, nên ở dạng số.

Phần hiển thị từ xa phải được sử dụng để tránh sự nhiễu loạn của trường điện gây bởi người quan sát.

Phần hiển thị dạng số của máy đo khảo sát trường từ phải đủ lớn để có thể dễ dàng đọc bình thường khi ở cách xa. Nếu có nhiều hơn một dải đo, thì giá trị thang đo đầy đủ của dải được chọn phải được chỉ ra và các đơn vị phải được biểu diễn một cách dễ dàng. Đối với thiết bị đo có khả năng tự động chuyển thang đo, phạm vi đo có thể được quy định ở nơi khác, ví dụ: trong hướng dẫn sử dụng. Thiết bị đo cần cung cấp chỉ dẫn rõ ràng về đơn vị cần hiển thị.

5.8  Kích thước thiết bị đo và lựa chọn đầu đo

5.8.1  Sơ đồ chung

Sơ đồ chung về máy đo được cho trên Hình 1.

Hình 1 - Sơ đồ về máy đo trường

Các đầu đo phải là đầu đo ba trục.

CHÚ THÍCH: Các đầu đo một trục có thể được sử dụng để đo các giá trị hiệu dụng nửa trục dài của hình elip trường bằng cách định hướng đầu đo cho đến khi thu được số đọc lớn nhất. Máy đo một trục cũng có thể được sử dụng để xác định trường từ tổng hợp bằng cách đo các giá trị hiệu dụng của ba thành phần không gian trực giao và kết hợp chúng theo công thức (3). Giả thiết rằng trong quy trình này không có thay đổi đáng kể nào về giá trị hiệu dụng của các thành phần không gian. Sử dụng đầu đo một trục là thích hợp đối với phép đo trường điện liên quan đến bề mặt dẫn.

5.8.2  Máy đo trường từ

Kích thước của máy đo phải được cung cấp.

Kích thước của đầu đo phải phù hợp với sự thay đổi trong không gian của trường được đo. Đầu đo phải có diện tích 0,01 m² hoặc nhỏ hơn. Với đầu đo ba trục, ba cảm biến có thể đồng tâm hoặc, nếu các cảm biến không lớn hơn 0,05 m thì chúng phải càng gần nhau càng tốt. Kích thước tối đa trong không gian chứa ba cảm biến kết hợp không được lớn hơn 0,2 m.

Đầu đo kiểu cuộn dây phải có mặt cắt ngang hoặc tròn hoặc vuông; cho phép sai lệch nhỏ so với các hình dạng này, ví dụ khi các cuộn dây đồng tâm bắt chéo nhau.

Vì điện áp cảm ứng tỷ lệ với đạo hàm theo thời gian của mật độ từ thông, mạch tách sóng yêu cầu một đoạn tích phân để khôi phục dạng sóng của mật độ từ thông.

Vị trí và hướng của các cảm biến nằm trong vỏ của máy đo trường từ phải được chỉ dẫn rõ ràng trên thiết bị hoặc trong sách hướng dẫn.

5.8.3  Máy đo trường điện

Kích thước của máy đo trường điện phải được nêu trong tài liệu của nhà chế tạo tùy theo loại máy đo:

a) máy đo cách ly với đất: kích thước đầu đo lớn nhất của thể tích chứa đầu đo không được vượt quá 0,2 m;

b) máy đo đất tham chiếu: kích thước đầu đo và chiều dài của cáp đồng trục kết nối.

5.8.4  Giá đỡ dùng cho máy đo trường điện

Giá đỡ dùng cho máy đo trường điện phải được làm bằng vật liệu cách điện, chẳng hạn như vật liệu tổng hợp hoặc composite.

Kích thước của giá đỡ phụ thuộc vào cách đầu đo được đỡ:

- đầu đo được đỡ bằng giá ba chân cách điện = 1 m (Hình 2);

- đầu đo được đỡ bởi một người đàn ông đứng giữ một gậy cầm tay dài 2 m (Hình 3).

Hình 2 - Giá ba chân cách điện và thanh dịch chuyển dùng cho đầu đo trường điện (ảnh RTE)

Hình 3 - Phép do trường điện sử dụng gậy cầm tay (ảnh RTE)

5.9  Tương thích điện từ

5.9.1  Miễn nhiễm

a) Trường điện tần số nguồn

Thiết bị đo được thiết kế để sử dụng ở vùng lân cận với thiết bị cao áp hoạt động ở tần số nguồn không được bị ảnh hưởng đáng kể bởi trường điện xung quanh lên đến 20 kV/m, tức là ảnh hưởng của trường điện lên số đọc trường từ phải nhỏ hơn 0,2 μT. Có thể cần phải tăng mức yêu cầu miễn nhiễm này đối với một số môi trường khắc nghiệt, nơi có thể tồn tại trường điện lên tới 100 kV/m, ví dụ: gần dây truyền tải điện cao áp.

Các thử nghiệm về miễn nhiễm trong trường điện tần số nguồn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống các tấm song song được mô tả trong Điều A.2.

CHÚ THÍCH 1: Hiệu ứng gần của người sử dụng thiết bị có thể che chắn hoặc làm tăng trường điện, tùy thuộc vào dạng hình học của trường và vị trí của máy đo trường từ so với người sử dụng. Đối với ảnh hưởng của người sử dụng trong quá trình thử nghiệm trường điện, xem TCVN 13727-2 (IEC 61786-2).

b) Trường từ tần số nguồn

Thiết bị đo được thiết kế để sử dụng ở vùng lân cận với thiết bị điện áp cao hoạt động ở tần số nguồn, không bị ảnh hưởng đáng kể bởi trường từ xung quanh lên đến 1 mT, tức là ảnh hưởng của trường từ đối với số đọc trường điện phải nhỏ hơn 10 V/m. Thiết bị đo phải được thử nghiệm theo các phương pháp được mô tả trong TCVN 7909-4-8 (IEC 61000-4-8).

Các thử nghiệm về miễn nhiễm trong trường từ tần số nguồn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống cuộn dây được mô tả trong Điều A.1.

c) Trường điện từ bức xạ

Hoạt động của thiết bị đo không bị ảnh hưởng bởi bức xạ điện từ đối với các tần số được chỉ định trong TCVN 7909-4-3 (IEC 61000-4-3) đối với cường độ trường điện là 3 V/m hiệu dụng dùng cho tần số từ 80 MHz đến 2 GHz và 1 V/m hiệu dụng dùng cho tần số cao hơn.

Thử nghiệm thiết bị đo phải phù hợp với các phương pháp được mô tả trong TCVN 7909-4-3 (IEC 61000-4-3).

CHÚ THÍCH 2: Trong TCVN 7909-4-3:2015 (IEC 61000-4-3:2006+A2:2010), dải tần là từ 80 MHz đến 6 GHz, nhằm mục đích bao trùm các ứng dụng tần số radio như phát thanh quảng bá, truyền thông tần số radio, GSM, Wifi, v.v....

Hoạt động của thiết bị đo không bị ảnh hưởng bởi bức xạ điện từ trong dải tần từ 150 kHz đến 80 MHz. Các thử nghiệm phải được tiến hành theo các phương pháp được mô tả trong TCVN 7909-4-6 (IEC 61000-4-6) ở mức điện áp 3 V hiệu dụng. Thiết bị đo phải tiếp tục hoạt động bình thường trong cả hai thử nghiệm trên.

Thiết bị hoạt động bằng pin/acquy (kích thước < λ/4) không có (các) kết nối với đất cũng như với bất kỳ thiết bị (không cách điện) nào khác và sẽ không được sử dụng trong quá trình sạc pin thì không phải thử nghiệm theo TCVN 7909-4-6 (IEC 61000-4-6).

CHÚ THÍCH 3: Các yêu cầu về miễn nhiễm có thể cần được tăng lên trong các điều kiện nhất định, ví dụ: trong các phép đo gần anten phát thanh quảng bá tần số radio và điện thoại di động.

d) Miễn nhiễm đối với quá độ

Các quy định kỹ thuật đối với thiết bị đo được kết nối với nguồn điện để thực hiện các phép đo cũng phải được thử nghiệm ở cổng nguồn xoay chiều (giao diện của máy đo trường với nguồn điện bên ngoài hoặc ổ cắm trên tường AC) để phù hợp với IEC 61000-4-4 (quá độ điện nhanh) đối với điện áp đỉnh là 2 kV. Có thể chấp nhận sự suy giảm chất lượng tạm thời trong quá trình thử nghiệm có thể tự phục hồi được.

e) Phóng tĩnh điện (ESD)

Trong hầu hết các ứng dụng đo lường, phóng tĩnh điện đến hoặc từ thiết bị đo là không dự đoán trước được. Tuy nhiên, các đầu nối của thiết bị đo phải miễn nhiễm với điện áp tiếp xúc hoặc điện áp phóng điện ít nhất là 2 kV và được thử nghiệm theo các phương pháp được mô tả trong TCVN 7909-4-2 (IEC 61000-4-2). Không xuất hiện sự suy giảm về tính năng.

5.9.2  Phát xạ

a) Phát xạ sóng hài

Phát xạ sóng hài của thiết bị đo có thông số công suất là 50 w hoặc lớn hơn phải được giới hạn theo các yêu cầu của TCVN 7909-3-2 (IEC 61000-3-2) cấp A.

CHÚ THÍCH: Thiết bị hoạt động bằng pin/acquy được coi là đáp ứng các yêu cầu.

b) Các nhiễu dẫn trong dải tần từ 0,15 MHz đến 30 MHz (thiết bị đo được kết nối với nguồn điện AC) Các nhiễu dẫn phải nhỏ hơn các giới hạn được xác định trong Bảng 1 như một hàm của tần số (xem TCVN 6988 (CISPR 11), Bảng 3.).

Bảng 1 - Giới hạn điện áp nhiễu đầu nối nguồn lưới đối với thiết bị nhóm 1 cấp B được đo tại khu vực thử nghiệm

Việc kiểm tra thiết bị đo phải phù hợp với các phương pháp được mô tả trong TCVN 6988 (CISPR 11).

c) Nhiễu bức xạ trong dải tần từ 30 MHz đến 1 000 MHz

Phát xạ điện từ từ thiết bị đo có chứa các cơ cấu hoạt động ở tần số 9 kHz hoặc cao hơn phải được giới hạn ở các giá trị được liệt kê dưới đây (xem TCVN 6988 (CISPR 11), Bảng 5, giới hạn nhiễu bức xạ điện từ đối với thiết bị nhóm 1 cấp B được đo tại khu vực thử nghiệm ở khoảng cách 10 m).

Tựa đỉnh: 30 dB (μV/m) ở 10 m (30 MHz đến 230 MHz)

Tựa đỉnh: 37 dB (μV/m) ở 10 m (230 MHz đến 1 000 MHz)

Việc kiểm tra thiết bị đo phải phù hợp với các phương pháp được mô tả trong TCVN 6988 (CISPR 11).

5.10  Hệ số đỉnh

Hệ thống đo phải đo chính xác giá trị hiệu dụng thực của trường, ngay cả khi hệ số đỉnh của trường từ là 3.

CHÚ THÍCH: Thực tế, nhiều trường có hệ số đỉnh lớn và sự có mặt của hệ số đỉnh lớn có thể dẫn đến sự bão hòa không mong muốn trong các tầng khuếch đại của mạch tách sóng.

5.11  Độ bền

Máy đo chỉ thị và các thành phần khác của hệ thống phải đủ chắc chắn để chịu được rung và xóc do vận chuyển. Một hộp đựng có thể có ích được mong đợi. Thiết bị đo phải phù hợp với IEC 60721-3: cấp lưu trữ 1M2, cấp vận chuyển 2M3 và hoạt động lớp 7M3.

5.12  Khối lượng

Khối lượng của thiết bị đo cần được cung cấp. Khối lượng của thiết bị đo cầm tay phải được giữ ở mức thấp nhất có thể để cho phép thao tác cầm tay ở các điều kiện hạn chế, ví dụ: trong một số môi trường công nghiệp.

Khối lượng của thiết bị đo trường điện cách ly với đất phải được giữ ở mức thấp nhất có thể để có thể cầm bằng tay một cách thuận tiện bằng một gậy cách điện dài 2 m.

5.13  Lựa chọn thiết bị đo

Việc lựa chọn thiết bị đo phải được thực hiện như một chức năng của quy trình đo, đặc biệt là liên quan đến sự cần thiết về thông tin trong báo cáo phép đo.

Cần chọn thiết bị đo phù hợp theo chức năng của các đặc tính trường.

6  Hiệu chuẩn

6.1  Yêu cầu chung

Các hệ thống đo được yêu cầu phải được định ký hiệu chuẩn trong suốt thời gian sử dụng chúng. Tất cả các hiệu chuẩn đều phải được liên kết chuẩn tới chuẩn quốc gia và chuẩn quốc tế thông qua một chuỗi hiệu chuẩn liên tục, tất cả đều có độ không đảm bảo đo được công bố.

Tiêu chuẩn này đề cập đến ba phương pháp hiệu chuẩn thiết bị đo trường từ:

a) hiệu chuẩn bằng cách đưa đầu đo của máy đo trường vào trường từ có thể tính toán được (sau các phép đo kích thước cuộn dây và dòng điện trong hệ thống cuộn dây);

b) hiệu chuẩn bằng kỹ thuật đưa điện áp vào;

c) hiệu chuẩn bằng cách so sánh với hệ thống đo tham chiếu.

Phương pháp đầu tiên được sử dụng nhiều nhất và được trình bày chi tiết trong 6.2.2. Hai phương pháp còn lại được trình bày chi tiết trong Phụ lục A.

Tiêu chuẩn này đề cập đến phương pháp hiệu chuẩn thiết bị đo trường điện sau:

- hiệu chuẩn bằng cách đưa đầu đo của máy đo trường vào trường điện có thể tính toán được (hệ thống các tấm song song).

6.2  Quy trình hiệu chuẩn

6.2.1  Yêu cầu chung

Quy trình này cần được tuân thủ, nếu thích hợp, trong mọi trường hợp.

Việc hiệu chuẩn phải được thực hiện ở các khoảng thời gian đều đặn. Khoảng thời gian đầu tiên phải là mười hai tháng. Khoảng thời gian này có thể được thay đổi tùy thuộc vào độ lệch về phản xạ của máy đo trường giữa các lần hiệu chuẩn và cũng tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.

6.2.2  Hệ thống hiệu chuẩn trường từ

Để hiệu chuẩn các dải cường độ lớn hơn (nghĩa là các dải không bị ảnh hưởng đáng kể bởi trường từ mặt đất có sẵn), đầu đo trường từ phải được đặt trong một trường gần đồng nhất do hệ thống cuộn dây tạo ra (xem Điều A.1). Lần lượt, mỗi trục cảm biến phải trùng với trục của hệ thống cuộn dây và độ lệch lớn nhất của trường so với giá trị trung tâm phải nhỏ hơn 1 % trên diện tích mặt cắt ngang của đầu đo.

Thông tin về các trường được tạo bởi hệ thống vòng lặp hình chữ nhật, hình vuông và hình tròn (bao gồm cả cuộn Helmholtz) được đưa ra trong [7], [18], [28], [34] và A.1. Ví dụ, mật độ từ thông tạo ra bởi một vòng vuông đơn (của nhiều vòng dây) 1 m × 1 m phải thỏa mãn yêu cầu về tính đồng nhất đối với đầu đo có đường kính 0,10 m (xem Điều A.1). Kích thước vòng lặp có thể được điều chỉnh lên hoặc xuống tương ứng đối với các đầu đo lớn hơn hoặc nhỏ hơn, để duy trì mức độ đồng nhất đã chỉ định trên đầu đo. Việc hiệu chuẩn cũng có thể được thực hiện bằng kỹ thuật đưa điện áp vào hoặc bằng cách so sánh với máy đo trường từ chuẩn (xem Điều A.1).

Yêu cầu về tính đồng nhất của trường trong quá trình hiệu chuẩn có thể được nới lỏng đối với các đầu đo lớn được sử dụng để xác định giá trị trung bình của các trường không đồng nhất và hoặc đối với các ứng dụng mà các yêu cầu về độ phân giải không gian không được coi là quan trọng. Trong trường hợp này, độ lệch lớn nhất của trường hiệu chuẩn so với giá trị trung tâm phải ≤ 1,5 % trên diện tích mặt cắt ngang của đầu đo. Ví dụ, trường được tạo bởi một vòng lặp vuông 1,3 m × 1,3 m phải đáp ứng yêu cầu về tính đồng nhất này đối với đầu đo có đường kính 0,20 m.

Việc hiệu chuẩn từng trục của máy đo trường ba trục phải được thực hiện với trường từ hình sin hoặc điện áp tương đương của chúng (kỹ thuật đưa điện áp vào) ở các mức và tần số được chỉ ra theo quy định kỹ thuật của thiết bị đo. Dòng điện tới các cuộn dây hiệu chuẩn phải gần như không có (méo hài tổng < 1 %) thành phần hài.

6.2.3  Hệ thống hiệu chuẩn trường điện

Trong quá trình hiệu chuẩn, đầu đo máy đo trường phải được đặt trong một trường gần đồng nhất được tạo ra với các tấm song song tùy theo loại máy đo, như mô tả trong Điều A.2. Độ lệch của trường tại tâm của các tấm song song so với giá trị trường đồng nhất, tức là trường do các tấm song song vô hạn tạo ra, phải nhỏ hơn 1 % (xem Điều A.2). Khoảng cách giữa các tấm song song phải đủ để tránh các hiệu ứng gần khi đưa đầu đo máy đo trường vào giữa các tấm (xem Điều A.2). Ví dụ, các máy đo cách ly với đất có kích thước đường chéo không lớn hơn 0,23 m có thể được hiệu chuẩn tại tâm của các tấm song song 1,5 m × 1,5 m các tấm này cách nhau 0,75 m. Kích thước tấm song song có thể được điều chỉnh tăng hoặc giảm để lớn hơn hoặc nhỏ hơn máy đo cách ly với đất. Lần lượt mỗi trục cảm biến phải trùng với hướng của trường điện.

CHÚ THÍCH: Có thể hiệu chuẩn đầu đo được cố định trên giá đỡ thường được sử dụng cho các phép đo, nhưng không trên 3 trục của đầu đo (trong trường hợp này, kích thước trên các tấm cần phải cao 2 m và nằm ngang) - giải pháp khác là hiệu chuẩn riêng đầu đo trên 3 trục

Việc hiệu chuẩn máy đo trường một trục và mỗi trục của máy đo trường ba trục phải được thực hiện với trường điện hình sin ở các mức và tần số được chỉ định trong quy định kỹ thuật của thiết bị.

Nguồn cung cấp năng lượng cho các tấm song song phải cung cấp điện áp gần như không có thành phần hài (tổng độ méo hài ≤ 2 %). Trong trường hợp không thể thực hiện được, thành phần hài phải được ghi lại và phải chứng minh rằng thành phần hài tạo ra sự sai khác không đáng kể đối với các kết quả của hiệu chuẩn.

6.2.4  Hiệu chuẩn đầu đo ba trục

Khi hiệu chuẩn từng trục của các đầu đo ba trục, phải thực hiện kiểm tra tính đẳng hướng của các đầu đo cũng như nhiễu xuyên âm giữa mạch điện của mạch tách sóng dùng cho mỗi cảm biến. Đầu đo ba trục và trường phải có kết cấu sao cho trục của từng cảm biến có thể được căn chỉnh nối tiếp theo hướng trường. Đối với mỗi căn chỉnh cảm biến, đầu ra từ hai cảm biến còn lại cần được đo và phải nhỏ hơn 3 % tín hiệu từ cảm biến.

CHÚ THÍCH 1: Việc hiệu chuẩn các máy đo trường có các đầu đo ba trục cũng có thể được kiểm tra theo một hướng (ở một tần số và mức trường) trong đó gần như cùng một từ thông đi qua tất cả các cuộn dây.

CHÚ THÍCH 2: Đối với thiết bị ba trục chỉ đưa ra trường tổng hợp, điều này có thể đạt được bằng cách đặt thiết bị dọc theo ba trục và kiểm tra đầu ra tổng hợp.

6.2.5  Giá trị hiệu chuẩn

Đối với máy đo có màn hiển thị analog, phải ghi lại tối thiểu ba mức trường cho từng phạm vi đo của máy đo trường, từ 30 % đến 90 % của toàn thang đo. đối với máy đo trường có màn hiển thị kỹ thuật số, ghi lại ít nhất một điểm đo, trong khoảng từ 10 % đến 90 % của toàn thang đo đầy đủ, .

Để kiểm tra các phạm vi đo khác nhau, có thể cần đến phương pháp áp dụng tương tự.

Máy đo trường có khả năng tự động điều chỉnh phạm vi đo phải được hiệu chuẩn trên mỗi phạm vi đo tại không ít hơn một điểm đại diện bên trong phạm vi đo.

Đối với một mức trường, hiệu chuẩn phải được thực hiện ở ba tần số trên toàn bộ dải thông, tức là ở tần số cao nhất và tần số thấp nhất và một tần số trung gian.

Trong quá trình hiệu chuẩn, tỷ số tín hiệu-nhiễu phải đủ cao. Nếu không, điều này phải được tính đến trong độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn.

Tần số cộng hưởng của vòng lặp hiệu chuẩn phải lớn hơn đáng kể so với tần số hiệu chuẩn sao cho việc hiệu chuẩn không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng cộng hưởng (xem Điều A.1).

Các nhiễu loạn của trường hiệu chuẩn do dòng điện ảnh trên mặt phẳng đất gần đó và hiệu ứng gần của vật liệu sắt từ phải không đáng kể (xem Điều A.1).

6.2.6  Độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn

Độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn phải được xác định theo TCVN 9595-3 (ISO/IEC Guide 98-3).

Trường trong hệ thống hiệu chuẩn phải được nhận biết với độ không đảm bảo đo nhỏ hơn ± 3 % (hệ số phủ bằng 1).

Đối với trường từ, độ lớn có thể được xác định bằng cách tính toán dựa trên các phép đo kích thước cuộn dây, số vòng dây trong (các) cuộn dây và dòng điện trong các cuộn dây (xem Điều A.1), hoặc bằng phép đo trực tiếp với một máy đo mật độ từ thông tham chiếu được hiệu chuẩn có độ không đảm bảo đo đủ thấp. Nếu kỹ thuật đưa điện áp vào được sử dụng như một phần của hiệu chuẩn (xem Điều A.1), thì mật độ từ thông tương đương được xác định bởi điện áp được đưa vào.

Đối với trường điện, độ lớn có thể được xác định bằng cách tính toán dựa trên các phép đo khoảng cách tấm song song và điện áp (xem Điều A.2), hoặc bằng phép đo trực tiếp với máy đo cường độ trường điện tham chiếu được hiệu chuẩn có độ không đảm bảo đo đủ thấp.

Độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn sẽ được xác định bởi các yếu tố như độ không đảm bảo của giá trị trường trong hệ thống hiệu chuẩn (± 3 %) hoặc độ không đảm bảo trong điện áp tiếp, độ phân giải trong số đọc của thiết bị đo cần thử nghiệm, và sự thay đổi của số đọc nếu thiết bị cần thử nghiệm được đặt đi đặt lại nhiều lần vào hệ thống hiệu chuẩn. Các hệ số khác như trường từ mặt đất xung quanh có thể làm ảnh hưởng thêm đến độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn. Độ không đảm bảo tổng thể của quá trình hiệu chuẩn (hệ số phủ 1) không được lớn hơn ± (5 % + 10 nT hoặc 1 V/m). Hệ số phủ là 2 phải được sử dụng khi quy định độ không đảm bảo đo mở rộng, tức là độ không đảm bảo đo mở rộng trong trường hợp này là ≤ ± (10 % + 20 nT hoặc 2 V/m). Việc hiệu chuẩn phải được liên kết chuẩn tới chuẩn quốc gia và/hoặc chuẩn quốc tế. Hướng dẫn về cách tiếp cận tất cả các độ không đảm bảo và danh sách các nguồn gây ra độ không đảm bảo được nêu trong 5.2 và một ví dụ được cho trong Phụ lục B.

6.3  Tài liệu về hiệu chuẩn

Các mục sau đây cần được giải quyết khi chuẩn bị chứng chỉ hiệu chuẩn, ngoài dữ liệu về các quy định kỹ thuật của thiết bị (xem 5.2 đến 5.12). Mỗi chứng chỉ hiệu chuẩn phải bao gồm ít nhất các thông tin sau, trừ khi phòng thí nghiệm có lý do chính đáng để không làm như vậy:

- tiêu đề (ví dụ: “Chứng chỉ hiệu chuẩn”);

- tên và địa chỉ của phòng thí nghiệm, và địa chỉ thực hiện các phép hiệu chuẩn, nếu khác với địa chỉ của phòng thí nghiệm;

- nhận dạng duy nhất của chứng chỉ hiệu chuẩn (chẳng hạn như số sê-ri) và trên mỗi trang có một mã nhận dạng để đảm bảo rằng trang đó được công nhận là một phần của chứng chỉ hiệu chuẩn và nhận biết rõ ràng phần kết thúc của chứng chỉ;

- tên và địa chỉ của khách hàng;

- nhận dạng về phương pháp hoặc tiêu chuẩn được sử dụng;

- đặc điểm, tình trạng và nhận dạng rõ ràng của (các) hạng mục được hiệu chuẩn;

- ngày nhận (các) hạng mục hiệu chuẩn trong đó điều này rất quan trọng đối với hiệu lực và việc áp dụng kết quả, và (các) ngày thực hiện hiệu chuẩn.

- tài liệu viện dẫn cho các quy trình được phòng thí nghiệm sử dụng khi các quy trình này liên quan đến tính hợp lệ hoặc ứng dụng của các kết quả.

- kết quả hiệu chuẩn cùng với các đơn vị đo, nếu thích hợp;

- (các) tên, (các) chức danh và (các) chữ ký hoặc (các) nhận dạng tương đương của (các) người cấp giấy chứng nhận hiệu chuẩn.

Các nhà chế tạo thiết bị đo cũng nên lập thành quy trình hiệu chuẩn của họ, chỉ ra tất cả các thông tin sau nếu có thể áp dụng:

- kích thước và hình dạng cuộn dây trường từ;

- tần số cộng hưởng của hệ thống cuộn dây;

- thiết bị đo dùng cho phép đo dòng điện trong hệ thống cuộn dây; độ không đảm bảo của thiết bị đo; ngày hiệu chuẩn gần nhất;

- thiết bị đo được sử dụng cho phép đo điện áp (kỹ thuật đưa điện áp vào, xem Điều A.1); độ không đảm bảo của thiết bị đo; ngày hiệu chuẩn gần nhất;

- tỷ số phân áp (kỹ thuật đưa điện áp vào, xem Điều A.1); sự phụ thuộc của tỷ số vào tần số; độ không đảm bảo vệ giá trị tỷ số;

- kích thước tấm song song và khoảng cách;

- thiết bị đo dùng cho phép đo điện áp trong các tấm song song; độ không đảm bảo của thiết bị đo; ngày hiệu chuẩn gần nhất;

- độ không đảm bảo của hệ thống đo tham chiếu; kích thước đầu đo; dải thông; ngày hiệu chuẩn gần nhất.

Thông tin này phải được cung cấp cho khách hàng khi có yêu cầu. Các phòng thử nghiệm cũng phải tuân thủ các yêu cầu trên, nếu có.

CHÚ THÍCH: Có thể tìm thấy các hướng dẫn khác về chứng chỉ hiệu chuẩn trong 5.10 của TCVN ISO/IEC 17025:2007 (ISO/IEC 17025:2005) [36].

7  Kiểm tra xác nhận

Việc kiểm tra xác nhận là một quy trình đơn giản để kiểm tra chức năng của máy đo trường, cần được thực hiện trước khi sử dụng máy. Việc này gồm:

- tình trạng pin/acquy;

- các phụ kiện cần thiết;

- kiểm tra trực quan:

- ngày hiệu chuẩn.

Phụ lục A

(quy định)

Các phương pháp hiệu chuẩn

A.1  Hiệu chuẩn máy đo mật độ từ thông

A.1.1  Sử dụng bộ tạo trường từ

Việc hiệu chuẩn của một máy đo trường từ thường được thực hiện bằng cách đưa đầu đo vào một trường từ gần như đồng nhất có cường độ và hướng đã biết. Trường từ đã biết có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hệ thống cuộn dây có dạng hình tròn và hình chữ nhật [1], [7], [18], [25], [34]. Ví dụ, cuộn Helmholtz thường được sử dụng để tạo ra các trường như vậy. So sánh độ đồng đều của trường đối với các trường được tạo ra bởi các cuộn dây đơn vuông và tròn, và các cuộn Helmholtz vuông và tròn được thể hiện trong Hình A.1 [7]. Hình A.1 cho thấy độ lệch của trường từ dọc trục, tính bằng phần trăm, như một hàm của khoảng cách chuẩn hóa so với trục của mỗi hệ thống cuộn dây, trong đó khoảng cách dọc theo một tọa độ Đề các (xem Hình A.2 đối với trường hợp vòng lặp vuông đơn). Khoảng cách được cho dưới dạng phần trăm bán kính đối với cuộn dây tròn và phần trăm của nửa kích thước cạnh đối với cuộn dây hình vuông.

CHÚ DẪN:

Hình A.1 - Độ lệch theo phần trăm độ lệch của trường trục cần tính [7]

Hình A.2 - Hệ tọa độ và dạng hình học của vòng dây hình chữ nhật gồm nhiều vòng dây (xem Công thức (A. 1))

Một vòng dây đơn của nhiều vòng dây có dạng hình chữ nhật được sử dụng để tạo ra trường được mô tả dưới đây vì các công thức tính trường tại mọi điểm trong không gian đều ở dạng khép kín [19], [34] và hệ thống cuộn dây có kết cấu đơn giản. Sự đơn giản của kết cấu làm giảm độ đồng đều của trường, nhưng có thể dễ dàng thu được độ đồng nhất đủ cho mục đích hiệu chuẩn.

Thành phần z của mật độ từ thông, được tạo ra bởi một vòng hình chữ nhật 2a × 2b tại một điểm trong không gian P (x, y, z), được cho bởi biểu thức [19], [34]

trong đó:

N  là số vòng dây;

C₁ = -C₄ = a + x;

C₂ = -C₃ = a - x;

d₁ = d₂ = b +y;

d₃ = d₄ = y - b;

r₁ = [(a + x) ² + (b + y) ² + z²] ^½ ;

r₂ = [(a - x) ² + (b + y) ² + z²] ^½ ;

r₃ = [(a - x) ² + (b + y) ² + z²] ^½ ;

r₄ = [(a - x) ² + (b + y) ² + z²] ^½ ;

I  là dòng điện hiệu dụng tính bằng ampe;

μ₀  là độ từ thẩm của không khí;

x, y và z là các tọa độ được thể hiện trong Hình A.2.

Hình A.3 - Cuộn dây Helmholtz hình tròn

Trường từ trên trục của cuộn dây Helmholtz hình tròn bán kính R được cho bởi

N  số vòng dây

I  dòng điện

Đối với R = d và x = 0,

Suy ra công thức (A.1) giả định rằng các ruột dẫn trong vòng lặp dòng điện có tiết diện không đáng kể. Lưu ý đối với mục đích tham khảo rằng

tại tâm của một vòng lặp vuông có kích thước cạnh 2a. Công thức (A.1) đã được sử dụng để tính toán các giá trị trường tại và gần tâm của một vòng lặp vuông có kích thước 1 m × 1 m. Độ lệch tính bằng phần trăm so với giá trị trường từ trung tâm tại các điểm lân cận trong mặt phẳng của vòng lặp và tại điểm cao hơn và thấp hơn 0,03 m so với mặt phẳng của vòng dây (trong ngoặc đơn) được vẽ trong Hình A.4. Hình A.4 cũng là hình vẽ tỷ lệ của một đầu đo trường từ đường kính 0,10 m. Độ lệch của trường từ so với giá trị trung tâm trên diện tích mặt cắt ngang của đầu đo 0,10 m là nhỏ hơn 1 %.

Hình A.5 thể hiện sơ đồ về đầu đo, vòng hiệu chuẩn vuông và mạch liên kết để cung cấp năng lượng cho các cuộn dây.

Bản vẽ tỷ lệ của một đầu đo kiểu cuộn dây có đường kính 0,10 m được phác thảo.

Hình A.4 - Độ lệch theo phần trăm của B_z tính dược từ giá trị trung tâm (xem Công thức (A.4))

Hình A.5 - Sơ đồ của mạch điện dùng cho hiệu chuẩn máy đo trường từ bằng cách sử dụng vòng lặp vuông để tạo ra trường đã biết

CHÚ THÍCH: Độ không đảm bảo (hệ số phủ bằng 1) trong giá trị của trường hiệu chuẩn được xác định bởi các độ không đảm bảo được kết hợp để tính B_z. Ví dụ, trong trường hợp mạch vòng hình vuông 1 m × 1 m (xem Hình A.4 và Hình A.5), độ không đảm bảo là do độ không đảm trong dòng điện đo được I, kích thước cạnh của vòng lặp và ảnh hưởng của độ không đồng nhất của trường từ (<0,5 % đối với đầu đo đường kính 0,10 m). Độ không đảm bảo vệ kích thước bên của vòng lặp hình vuông có thể do tiết diện bó dây không đáng kể. Kích thước cạnh có thể được coi là khoảng cách giữa các tâm của bó dây có độ không đảm bảo bằng với ± “đường kính” của bó dây (xem Hình A.5). Độ không đảm bảo tổng hợp trong giá trị của mật độ từ thông được cho bằng căn bậc hai của tổng bình phương. Ví dụ, nếu độ không đảm bảo trong việc xác định I và kích thước cạnh tương ứng là ± 0,2 % và ± 1,0 %, thì độ không đảm bảo tổng hợp trong giá trị của trường hiệu chuẩn đối với đầu đo đường kính 0,10 m là ± [ (0,2)² + (1,0)² + (0,5) ²]^½ hoặc ± 1,1 % (hệ số phủ bằng 1).

Lưu ý rằng máy đo trường có đầu đo kiểu cuộn dây phải cho biết giá trị trường từ là giá trị trung bình trên diện tích mặt cắt ngang của đầu đo. Độ lệch giữa giá trị trung bình và giá trị trung tâm này [xem Công thức (A.4)] phải nhỏ hơn độ lệch tính bằng phần trăm lớn nhất so với giá trị trung tâm. Ví dụ, trong khi độ lệch lớn nhất của trường từ so với giá trị trung tâm là 0,63 % đối với đầu đo 0,10 m (trong mặt phẳng của vòng lặp), trường trung bình chỉ hơn giá trị trung tâm (trường hiệu chuẩn) là 0,31 %.

Công thức cho trường từ được tạo ra bởi hai cuộn dây vuông có thể được suy ra bằng cách sử dụng Công thức (A.1) và nguyên lý chồng chất [24]. Điều kiện cần thiết đối với cuộn Helmholtz vuông là khoảng cách giữa các cuộn dây bằng 0,5445 × 2a, trong đó 2a là kích thước bên của hệ thống cuộn dây [6].

Bằng cách thay đổi tần số của dòng điện qua vòng lặp, đáp tuyến tần số của máy đo trường có thể được xác định trong dải tần quan tâm. Đối với bộ tách sóng được thiết kế phù hợp có một đoạn tích phân, máy đo trường có đầu đo lõi không khí phải chỉ ra giá trị hiệu dụng gần như không đổi vì tần số thay đổi (xem Điều A.1, đoạn cuối về thảo luận ảnh hưởng tần số cộng hưởng của cuộn dây hiệu chuẩn). Một kết quả tương tự sẽ thu được với đầu đo kiểu cuộn dây có lõi bằng vật liệu sắt từ mềm, nếu sự thay đổi độ từ thẩm như một hàm của tần số, là không đáng kể.

Việc hiệu chuẩn các thang đo cao hơn của máy đo trường từ, tức là > 10 μT, thường có thể được thực hiện với trường được tạo ra bởi hệ thống cuộn dây do trường nền thường là 0,1 μT hoặc nhỏ hơn đóng góp không đáng kể vào trường hiệu chuẩn. Tuy nhiên, sự có mặt của các trường nền có thể ngăn cản việc hiệu chuẩn các thang đo nhạy cảm hơn do ảnh hưởng nhiễu loạn của chúng lên trường hiệu chuẩn. Một quy trình thay thế để hiệu chuẩn các thang đo nhạy cảm là sử dụng kỹ thuật đưa điện áp vào [8].

A.1.2  Phương pháp đưa điện áp vào

Kỹ thuật đưa điện áp vào cũng có thể hữu ích để hiệu chuẩn các dải cao hơn rất nhiều của máy đo trường, ví dụ: các dải lớn hơn 10 mT, khi đó có thể có các khó khăn kỹ thuật trong việc tạo ra các trường như vậy bằng hệ thống cuộn dây.

CHÚ THÍCH: Do sự hạn chế về thiết kế của thiết bị đo, chỉ có thể áp dụng phương pháp hiệu chuẩn đưa điện áp ; vào trong giai đoạn thiết kế hoặc giai đoạn sản xuất của máy đo trường.

Bằng cách sử dụng quy trình này, vôn/tesla được tạo ra bởi một đầu đo kiểu cuộn dây (khi được nối với mạch điện của bộ tách sóng) có thể được xác định tại mỗi tần số quan tâm, bằng cách sử dụng vôn kế được kết nối với đầu vào của bộ tách sóng và trường từ ở lớn hơn trường nền tối thiểu hai bậc. Sau đó, điện áp tương ứng với trường từ nhỏ hơn sẽ được đưa vào mạch điện của bộ tách sóng (với đầu đo đã ngắt kết nối) để hiệu chuẩn thang đo nhạy hơn của máy đo trường từ. Một bộ phân áp có tỷ lệ rõ ràng khi được kết nối với bộ tách sóng, một nguồn điện áp xoay chiều (ví dụ: bộ tạo chức năng), một vôn kế chính xác và tấm chắn trường điện thích hợp có thể được sử dụng để đưa điện áp vào đã biết trong dải tần số quan tâm [8]. Sự phụ thuộc vào tần số của tỷ số phân áp cũng cần được cho biết để thực hiện hiệu chuẩn. Hình A.6 biểu diễn hình chiếu sơ đồ mạch đưa điện áp vào được kết nối với bộ tách sóng.

Điện áp V từ bộ tạo chức năng bị giảm dùng cho việc đưa vào sử dụng bộ chia điện trở. Điện áp đưa vào v được tính bằng Vr/(R + r) trong trường hợp không có ảnh hưởng của tần số trên tỷ số phân chia. R và r là điện trở với R thường lớn hơn nhiều so với r. Trở kháng đầu vào của bộ tách sóng xấp xỉ bằng điện trở R_D. Mối quan hệ r « R_D phải được thỏa mãn để tránh ảnh hưởng đáng kể đến giá trị của tỷ số phân chia.

Hình A.6 - Sơ đồ đối với kỹ thuật đưa điện áp vào

Phương pháp đưa điện áp vào có thể không áp dụng được cho các đầu đo có lõi sắt từ do độ từ thẩm của lõi có thể thay đổi theo mật độ từ thông và ảnh hưởng đến độ nhạy của đầu đo (vôn/tesla). Cần lưu ý rằng kỹ thuật đưa điện áp vào cũng có thể được sử dụng như một phương tiện kiểm tra xác nhận sự hiệu chuẩn của tất cả các dải của máy đo trường từ.

A.1.3  So sánh với máy đo trường từ chuẩn

Phương pháp thứ ba để hiệu chuẩn thiết bị đo được thực hiện bằng cách so sánh số đọc của máy đo trường với máy đo trường từ chuẩn đã được hiệu chuẩn trước đó trong một trường từ đã biết và/hoặc bằng kỹ thuật đưa điện áp vào. Với cách tiếp cận này, các giá trị trường được xác định với từng cảm biến của máy đo trường một trục và máy đo trường ba trục được so sánh với các phép đo thu được bằng máy đo trường tham chiếu trong cùng một trường từ (được tạo ra bởi hệ thống cuộn dây). Giả định rằng (1) các kích thước cảm biến của máy đo đang được hiệu chuẩn và máy đo tham chiếu là có thể so sánh được, hoặc độ đồng nhất của trường đủ lớn để các hiệu ứng trung bình của các cảm biến (trên diện tích mặt cắt ngang của chúng) là không khác biệt đáng kể, (2) dải thông của máy đo trường đang được hiệu chuẩn có thể so sánh với dải thông của máy đo tham chiếu, và (3) trường từ nền (thường không ổn định) không đóng góp đáng kể vào trường hiệu chuẩn. Việc so sánh được thực hiện tại các mức trường và tần số quan tâm.

Ngoài ra, máy đo trường từ chuẩn có thể được sử dụng để kiểm tra xác minh việc hiệu chuẩn của hệ thống cuộn dây được sử dụng cho mục đích hiệu chuẩn.

CHÚ THÍCH 1: Việc so sánh các số đọc của máy đo trường từ với các giá trị trường hiệu chuẩn cho phép xác định các hệ số hiệu chính cần được áp dụng cho các số đọc khi thực hiện phép đo. Ngoài ra, các phép so sánh cho phép thực hiện các điều chỉnh hiệu chỉnh trong mạch điện của bộ tách sóng. Trong cả hai trường hợp, độ không đảm bảo được kết hợp với các quy trình hiệu chuẩn trên bằng với độ không đảm bảo theo giá trị của các giá trị trường hiệu chuẩn (khi đã thực hiện hiệu chính) kết hợp với độ không đảm bảo liên quan đến độ ổn định và độ phân giải của các số đọc trên máy đo trường.

Sự nhiễu loạn của trường hiệu chuẩn có thể được tạo ra bởi các vòng lặp dòng điện ảnh ở mặt phẳng đất gần đó. Ví dụ: khi mặt phẳng của vòng lặp hình vuông song song với mặt phẳng đất hoàn hảo, sự nhiễu loạn của trường ở tâm của vòng lặp là 2 % và 0,3 % tương ứng đối với khoảng cách của một và hai kích thước cạnh vòng lặp. Sự nhiễu loạn bị giảm khi mặt phẳng của vòng lặp vuông góc với mặt phẳng đất, ví dụ: nhiễu loạn đối với vòng lặp vuông là 0,3 % khi cạnh của vòng lặp có kích thước một cạnh nằm cách xa mặt phẳng đất. Sự nhiễu loạn của trường hiệu chuẩn là ít hơn đối với các cuộn Helmholtz hình vuông [7].

Sự nhiễu loạn của trường hiệu chuẩn cũng có thể xuất hiện do các vật liệu sắt từ ở gần vòng lặp hiệu chuẩn. Ví dụ, các vật liệu có độ từ thẩm lớn, chẳng hạn như thép trong tủ hoặc bàn gần đó hoặc giá đỡ dưới bàn, sẽ tập trung từ thông và có thể làm nhiễu loạn giá trị của trường tính được trong vòng lặp hiệu chuẩn. Ảnh hưởng của các vật liệu sắt từ gần đó lên trường hiệu chuẩn cần được kiểm tra bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận vi sai, ví dụ: ảnh hưởng của giá rơle gần đó lên trường từ có thể được kiểm tra như một hàm về khoảng cách so với cuộn hiệu chuẩn.

Việc hiệu chuẩn phải được thực hiện ở các tần số được loại bỏ một cách phù hợp khỏi tần số cộng hưởng của hệ thống cuộn dây. Do điện dung ký sinh, mạch tương đương của hệ thống cuộn dây có thể được mô tả gần giống như một cuộn cảm và tụ điện mắc song song. Gần và tại tần số cộng hưởng, một lượng đáng kể dòng điện trong các cuộn dây sẽ bị ngắt qua điện dung ký sinh và sẽ không góp phần tạo ra trường từ. Một cách tiếp cận để xác định tần số cộng hưởng của hệ thống cuộn dây là đo điện áp trên các cuộn dây dưới dạng một hàm của tần số trong khi dòng điện trong cuộn dây vẫn không đổi. Tại các tần số được loại bỏ một cách phù hợp khỏi tần số cộng hưởng, điện áp sẽ tăng tuyến tính. Gần tần số cộng hưởng, trở kháng của hệ thống cuộn dây và phép đo điện áp kết hợp sẽ trở nên không tuyến tính và tăng nhanh hơn.

CHÚ THÍCH 2: Cần phân tích cụ thể để xác định giới hạn tần số làm việc cao hơn cho cuộn dây hiệu chuẩn.

A.2  Hiệu chuẩn máy đo cường độ trường điện

A.2.1  Phương pháp tạo trường điện

Trường điện gần đồng nhất có thể được tạo ra đối với mục đích hiệu chuẩn bằng các tấm song song, với điều kiện là kích thước của các tấm đủ lớn so với khoảng cách giữa các tấm, [1] [13], [32]. Bỏ qua các hiệu ứng cạnh, giá trị trường đồng nhất E₀ được tính bằng V/d trong đó V là chênh lệch điện thế được đặt kéo dài trên các tấm và d là khoảng cách giữa các tấm. Theo hướng dẫn để xác định kích thước tấm song song, độ lớn tính được của cường độ trường điện E, được chuẩn hóa bởi trường đồng nhất (E/E₀) tại bề mặt tấm và giữa các tấm, được vẽ dưới dạng hàm của khoảng cách chuẩn hóa x/d từ mép tấm như thể hiện trên Hình A.7. Các giá trị bằng số được trình bày trong Bảng A.1.

Hình A.7 - Trường điện chuẩn hóa được tính toán tại bề mặt tấm và giữa các tấm dưới dạng hàm của khoảng cách được chuẩn hóa từ mép của tấm

Kết quả trong Bảng A.1 cho thấy sự chênh lệch so với độ đồng nhất của trường do các trường rìa giảm xuống 0,1 % ở khoảng cách một tấm tính từ mép. Đối với các tấm hình vuông có kích thước hạn chế, ảnh hưởng của trường rìa từ bốn mép có thể được ước lượng bằng cách sử dụng nguyên tắc chồng lấp khi ảnh hưởng từ một mép nhỏ hơn 0,1 %. Các tính toán bằng số của trường giữa các tấm song song có kích thước hạn chế cho thấy sự khác biệt là 0,04 % khi sử dụng cách tiếp cận này [32]. Các kết quả này có giá trị trong trường hợp không có nhiễu loạn từ các mặt phẳng đất gần đó. Các phép tính và phép đo [19], [32] chỉ ra rằng việc cung cấp năng lượng cho các tấm song song bằng một máy biến áp điều chỉnh trung tâm cung cấp một trường miễn nhiễm hơn với các nhiễu loạn do các mặt phẳng đất gần đó.

Hệ thống các tấm song song đã được chứng minh là phù hợp để hiệu chuẩn các máy đo cách ly với đất có kích thước đường chéo nhỏ hơn 0,23 m được thể hiện trên Hình A.8 [13]. Các tấm kim loại hoặc màn chắn kim loại được kéo căng chặt trên khung có kích thước 1,5 m × 1,5 m và khoảng cách 0,75 m được sử dụng để tạo thành các tấm song song. Các tấm được cấp điện bằng tổ hợp bộ tạo chức năng/bộ khuếch đại công suất/máy biến áp có đủ điện trở hạn chế dòng trong dây dẫn đầu ra của máy biến áp như một số đo an toàn [3]. Ví dụ, điện trở 10 MΩ và điện trở lớn hơn có thông số điện áp đủ thỏa đáng đến 10 kV (tức là E ≈ 13 kV/m). Phải tuân thủ các thực hành an toàn thông thường trong phòng thí nghiệm điện áp cao khi làm việc với điện áp cao. Trường hiệu chuẩn nằm trong khoảng 1 % của giá trị trường đồng nhất, V/d, được tạo ra tại tâm của hệ thống các tấm song song được mô tả ở trên (độ không đảm bảo trong các giá trị của V và d phải được kết hợp với 1 %). Máy đo cách ly với đất được đặt ở tâm của hệ thống các tấm song song với tay cầm cách điện, thường được sử dụng trong các phép đo.

Để tránh sự nhiễu loạn đáng kể của phân bố điện tích bề mặt trên các tấm song song do sự có mặt của máy đo trường, kích thước đường chéo lớn nhất của máy đo không được lớn hơn 0,23 m [23]. Ngoài ra, khoảng cách từ các tấm song song đến mặt phẳng đất gần nhất (tường, sàn, v.v.) nên cách nhau một tấm hoặc nhiều hơn. Hệ thống các tấm song song có thể được điều chỉnh thang đo lên hoặc xuống đối với các máy đo trường lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

CHÚ THÍCH: Nếu quầng sáng xuất hiện ở các mép của các tấm song song, nó có thể được loại bỏ bằng cách gắn các ống kim loại dọc theo các mép để làm giảm cường độ trường điện bề mặt.

Bằng cách thay đổi tần số của điện áp trong các tấm song song, đáp tuyến tần số của máy đo trường có thể được xác định.

Bảng A.1 - Các giá trị trường điện chuẩn hóa được tính toán ở giữa các tấm và tại bề mặt tấm

Nếu khoảng cách của tấm thấp hơn đến sàn nhỏ hơn khoảng cách giữa một tấm, thì cách bố trí được thiết kế để cấp điện cho các tấm song song như trong Hình A.8 có thể được chỉnh sửa sao cho tấm thấp hơn ở điện thể đất.

Hình A.8 - Hệ thống tấm song song dùng để hiệu chuẩn máy đo trường điện cách ly với đất

Ngoài việc định hướng các tấm song song với sàn, cách bố trí của Hình A.8 cũng có thể được sử dụng với các tấm được định hướng vuông góc với sàn.

Lưu ý rằng khoảng cách đến sàn, trần và tường vẫn phải lớn hơn khoảng cách một tấm. Bằng cách sử dụng định hướng tấm vuông góc, một giá đỡ cách điện có thể được cố định dễ dàng trong mặt phẳng có điện thế bằng không giữa hai tấm như thể hiện trong Hình A.9.

Hình A.9 - Bố trí với các tấm song song được định hướng vuông góc với sàn

Đối với việc hiệu chuẩn của máy đo trường loại đất tham chiếu, cách bố trí được thiết kế để cấp điện cho các tấm song song như thể hiện trong Hình A.8 được chỉnh sửa sao cho tấm dưới cùng ở điện thế đất và được sử dụng như một giá đỡ cho đầu đo phẳng.

Do khoảng cách giữa đầu đo và tấm trên cùng tăng lên, nên sự nhiễu loạn phân bố điện tích bề mặt trên tấm trên cùng của đầu đo giảm đáng kể (so với máy đo cách ly với đất nằm giữa các tấm). Sự nhiễu loạn bị suy giảm này cho phép thu hẹp khoảng cách giữa các tấm song song đã chỉ ra trước đó (0,75 m) và do đó làm tăng phạm vi chiều ngang của vùng trường gần đồng nhất (xem Hình A.7 và Bảng A.1). Khoảng cách tấm song song không được lớn hơn 1,5 lần kích thước cạnh bên của đầu đo và các mép của đầu đo không được gần hơn hai khoảng cách giữa hai tấm đối với bát kỳ mép nào của tấm dưới cùng. Khoảng cách giữa các tấm song song và mặt phẳng đất gần nhất (tường, sàn, v.v...) phải lớn hơn khoảng cách giữa hai tấm. Dải bảo vệ ít nhất phải rộng bằng 6 % kích thước bên và chiều dày của đầu đo, không được vượt quá 3,5 % kích thước bên của nó. Với các giới hạn trên, trường hiệu chuẩn sẽ nằm trong khoảng 0,5 % giá trị trường đồng nhất V/d (độ không đảm bảo trong các giá trị của V và d phải được kết hợp với 0,5 %) [22].

CHÚ THÍCH: Việc so sánh các số đọc của máy đo trường điện với các giá trị trường hiệu chuẩn cho phép xác định các hệ số hiệu chính cần được áp dụng cho các số đọc khi thực hiện phép đo. Ngoài ra, các phép so sánh cho phép thực hiện các điều chỉnh hiệu chỉnh trong mạch điện bộ tách sóng. Trong cả hai trường hợp, độ không đảm bảo được kết hợp với quy trình hiệu chuẩn ở trên là bằng với độ không đảm bảo trong giá trị của các giá trị trường hiệu chuẩn (khi đã thực hiện hiệu chính) được kết hợp với độ không đảm bảo liên quan đến độ ổn định và độ phân giải của các số đọc trên máy đo trường.

A.2.2  Phương pháp đưa dòng điện vào

Máy đo trường cách ly với đất và máy đo trường đất tham chiếu, trong phản ứng ban đầu của chúng với trường điện, có thể được coi là thiết bị đo dòng điện[2]. Do đó, nếu tỷ số giữa dòng điện cảm ứng và trường điện I/E đối với máy đo trường điện được xác định bằng cách hiệu chuẩn, sơ đồ đưa dòng điện vào có thể được sử dụng sau này như một phương tiện để kiểm tra xác nhận việc hiệu chuẩn thiết bị nếu không có sẵn các tấm song song [19]. Hình A.10 thể hiện một mạch điện có thể được sử dụng để đưa vào các dòng điện đã biết vào các điện cực cảm nhận của máy đo loại cách ly với đất. Trong Hình A.10, V là điện áp được tạo bởi một bộ tạo chức năng và Z là trở kháng đã biết có độ lớn lớn hơn trở kháng đầu vào của máy đo tối thiểu hai bậc. Mặc dù Z có thể bao gồm tụ điện hoặc điện trở, điện trở được ưu tiên hơn vì trở kháng của tụ điện sẽ thay đổi khi kỹ thuật đưa dòng điện vào được sử dụng ở các tần số khác nhau. Hơn nữa, nếu có sóng hài trong nguồn điện áp thì các sai số nhỏ hơn sẽ được đưa ra khi sử dụng điện trở. Dòng điện được đưa vào có thể được tính toán từ định luật ôm.

Mặc dù Z có thể đại diện trở kháng hoặc điện trở nhưng điện trở vẫn được ưu tiên (Xem nội dung của Điều A.2)

Hình A.10 - Sơ đồ về kỹ thuật đưa dòng diện vào

Mạch điện tương tự với mạch điện được thể hiện trên Hình A.10 có thể được sử dụng để đưa dòng điện vào máy đo trường loại đất tham chiếu. Trong trường hợp này, trở kháng bên phía đất của nguồn điện áp được loại bỏ và giữ nguyên trở kháng ở giá trị gấp đôi.

Yêu cầu phải có vỏ che bảo vệ thích hợp khi thực hiện kỹ thuật đưa dòng điện vào để giảm tối thiểu sự phân bố tín hiệu từ các nguồn này do gần thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện. Việc che chắn mạch đưa dòng điện vào và máy đo trường bằng màn chắn kim loại được nối đất có thể làm giảm sự phân bố tín hiệu từ các nguồn nền xuống mức không đáng kể. Tính hiệu lực của phương pháp tiếp cận đưa dòng điện vào giả định rằng tỷ số I/E được xác định sớm sau khi hiệu chuẩn máy đo trường trong trường điện đã biết và rằng đầu đo của máy đo trường không được sửa đổi do sự hiệu chuẩn của nó.

A.2.3  So sánh với tham chiếu trường điện

Phương pháp như mô tả trong A.1.3.

Phụ lục B

(tham khảo)

Ví dụ về độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn

Bảng B.1 đưa ra ví dụ về việc tính toán độ không đảm bảo trong hiệu chuẩn đối với trường B bằng cách sử dụng hệ thống cuộn dây Helmholtz. Giả định trường từ là 100 μT. Các nguồn không đảm bảo lấy từ các phân tích hệ thống hiệu chuẩn được mô tả trong Phụ lục A.

Bảng B.1 - Ví dụ về tính độ không đảm bảo

Phụ lục C

(tham khảo)

Các đặc tính chung của trường từ và trường điện

C.1  Quy định chung

Trường từ và trường điện được tạo bởi đường dây điện, thiết bị và hệ thống truyền tải có thể được mô tả theo độ lớn, tần số dạng sóng của chúng (thành phần hài), độ phân cực, mức thay đổi về không gian và thay đổi tạm thời. Các đặc tính này được mô tả ngắn gọn do mức độ quan trọng của chúng theo các yêu cầu quy định đối với thiết bị được sử dụng để đo trường.

CHÚ THÍCH: Tiêu chuẩn này không xem xét các thay đổi quá độ tạm thời, nghĩa là các hiện tượng xuất hiện trong một thời gian ngắn so với khoảng thời gian của trường từ và trường điện.

C.2  Phân cực

Một số máy đo tham số trường ở trên có thể được đưa ra bằng cách xem xét trường hợp của trường từ được tạo bởi các đường dây điện ba pha. Một số các tham số tương tự cũng có thể được sử dụng để mô tả trường điện. Thông thường, trường tại một điểm trong không gian có thể được biểu diễn bằng vector quay phác thảo theo hình elip đối với từng chu kỳ của dòng điện trong ruột dẫn như được thể hiện dưới dạng biểu đồ trên Hình C.1a [4]. Độ lớn hiệu dụng và hướng của nửa trục dài trên elip trường, được tính bằng M theo Hình C.1a, chỉ ra độ lớn và hướng của trường lớn nhất. Tương tự, độ lớn hiệu dụng và hướng của nửa trục ngắn, được cho bởi m trên Hình C.1a, mô tả độ lớn và hướng của trường nhỏ nhất. Các trường này được cho là phân cực dạng elip.

Do các trường trong môi trường nằm cách xa đường dây điện cũng có thể được tạo ra bởi nhiều nguồn không nhất thiết phải cùng pha, các trường phân cực elip có thể xuất hiện trong nhiều chế độ đặt (ví dụ: nhà riêng, nơi làm việc, v.v...). Tùy thuộc vào dạng hình học và dòng điện hoặc điện áp trong các ruột dẫn, mức độ phân cực trường tại một điểm nhất định có thể thay đổi từ tuyến tính (m = 0) sang hình tròn (m = M) như trong Hình C.1b và Hình C.1c. Thảo luận về trường nhiều pha giả định rằng không có hài trong trường. Trạng thái phân cực của các trường có thành phần hài đáng kể thì phức tạp hơn [21], [30].

Hình C.1a - Các đại lượng về phân cực hình elip, m< M

Chỉ trong trường hợp phân cực tuyến tính thì B_R tổng hợp và trường từ lớn nhất M là bằng nhau. Sự chênh lệch lớn nhất giữa trường từ tổng hợp và trường từ lớn nhất xảy ra đối với phân cực hình tròn, nghĩa là B_R vượt quá M khoảng 41 %.

Hình C.1 - Các đại lượng trường dao động và quay tròn trong các trường hợp của phân cực hình elip, phân cực tuyến tính và phân cực hình tròn

C.3  Các đặc tính của trường từ

Mức gần mặt đất, độ lớn của trường từ từ một đường dây truyền tải ba pha thay đổi chầm chậm như một hàm số chiều cao của điểm đo phía trên đất. Ví dụ, đối với đường dây 500 kV đặc trưng, sự thay đổi về độ lớn của trường từ tại độ cao xấp xỉ 1 m so với mặt phẳng đất là nhỏ hơn 2 % đối với 10 % thay đổi theo chiều cao đo đối với các vị trí bên dưới đường dây. Sự không đồng nhất tăng ở các điểm cách xa hơn [11].

Đối với các vị trí cách xa đường dây, độ lớn của trường từ từ đường dây ba pha một mạch, cùng với các dòng điện cân bằng hoặc gần cân bằng, giảm xấp xỉ bằng 1/r², trong đó r là khoảng cách nằm ngang so với đường dây (r được cho là lớn hơn nhiều so với khoảng cách ruột dẫn) [26. Do mất cân bằng dòng điện tăng, dẫn đến giảm độ lớn của trường từ thay đổi từ 1/r² đến 1/r một cách độc lập [26], [33]. Trường từ từ các đường dây ba pha mạch kép cân bằng với dịch pha có trở kháng thấp (nghĩa là đối với các dòng điện tải giống nhau hoặc gần giống nhau dùng cho cả hai mạch) giảm xấp xỉ bằng 1/r³ trong đó r là lại lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa các ruột dẫn. Mức thay đổi tạm thời của trường từ là một hàm của thay đổi dòng điện tải, ví dụ trong quá trình sử dụng nhiều năng lượng điện, dòng điện tải tăng và tạo ra các trường từ lớn hơn (sự võng đồng thời của các ruột dẫn cũng có thể góp phần làm tăng thêm mức trường).

CHÚ THÍCH: Mặc dù trường từ tại và mức gần mặt đất bên dưới đường dây điện nhiều pha có thể được biểu diễn dưới dạng vectơ quay hoặc elip trường, trường điện trở nên phân cực tuyến tính tại mức mặt đất.

Các nguồn trường từ thường gặp khác là ruột dẫn thẳng (ví dụ kết nối với hệ thống nối đất/điện cực) và các vòng dây xấp xỉ tròn (ví dụ được tìm thấy trong máy biến áp, động cơ, thiết bị đầu cuối hiển thị video) với dòng điện một pha. Các đường sức và vectơ trường từ tại các điểm đại diện từ các nguồn như vậy được biểu diễn dưới dạng giản đồ trong Hình C.2a và Hình C.2b. Trường từ thường phân cực tuyến tính và sự phụ thuộc vào thời gian của các vectơ dao động phụ thuộc vào dạng sóng của dòng điện. Dòng điện hình sin tạo ra trường từ hình sin không có sóng hài và dòng điện không hình sin (ví dụ: dạng sóng răng cưa từ cuộn dây làm lệch trong máy thu hình) tạo ra trường từ không hình sin có thể có rất nhiều hài [12]. Độ lớn của trường từ do dòng điện tạo ra trong một dây dẫn thẳng dài vô hạn và một vòng tròn, giảm lần lượt là 1/r [10] và 1/r³ [31], trong đó r là khoảng cách từ nguồn trường (trong trường hợp sau người ta cho rằng r lớn hơn nhiều bán kính của vòng tròn).

Hình C.2 - Trường từ của dòng điện trong ruột dẫn thẳng và vòng tròn

C.4  Đặc tính của trường điện

Mức gần mặt đất, độ lớn của trường điện từ đường dây tải điện ba pha thay đổi chậm như một hàm của độ cao của điểm đo phía trên mặt đất [11].

Trái ngược với trường từ, trường điện bị nhiễu loạn bởi hầu hết các vật thể. Đây được gọi là hiệu ứng gần. Điều này là do sự khác biệt của sự phân bố điện tích giữa các môi trường.

Giữa môi trường 1 và môi trường 2, điều kiện chấp thuận là:

và

trong đó t là thành phần tiếp tuyến, n là thành phần pháp tuyến, ρ_s là mật độ điện tích của bề mặt giữa môi trường

Ví dụ, một người đàn ông trong trường điện 50 Hz làm nhiễu loạn phân bố trường điện (Hình C.3).

Hình C.3 - Sự nhiễu loạn của phân bố trường điện do người (theo TCVN 8334-3-1 (IEC 62226-3-1))

Hiện tượng tương tự có thể được quan sát với các kết cấu lớn như các tòa nhà (Hình C.4)

CHÚ DẪN:

Chiều cao của ruột dẫn 11,0 m

Khoảng cách ruột dẫn 1,12 m

Chiều cao toà nhà 20,0 m, nằm cách tâm đường dây trên cao 7,0 m

Hình C.4 - Hiệu ứng gần với đường dây 25 kV và tòa nhà (theo TCVN 13728 (IEC 62110))

Phụ lục D

(tham khảo)

Máy đo mật độ từ thông (máy đo trường từ)

D.1  Các đặc điểm chung của máy đo trường từ

Máy đo trường từ bao gồm hai phần, đầu đo hoặc phần tử cảm biến trường và bộ tách sóng, xử lý tín hiệu từ đầu đo và chỉ ra giá trị hiệu dụng của trường từ bằng thiết bị hiển thị analog hoặc kỹ thuật số. Đầu đo trường từ, bao gồm một cuộn dây có vỏ bọc mang điện (tức là đầu đo “một trục”), đã được sử dụng kết hợp với vôn kế làm bộ tách sóng dùng cho phép đo kiểu khảo sát của trường từ tần số nguồn từ đường dây điện [13]. Sơ đồ của loại thiết bị đo này, là một ví dụ của máy đo khảo sát, được thể hiện trong Hình D.1. Mặc dù không được chỉ ra trong Hình D.1, các thành phần của mạch tách sóng đôi khi được kết hợp với đầu đo. Máy đo trường từ đo thành phần của vectơ trường từ dao động (phân cực thẳng) hoặc quay (phân cực elip hoặc tròn) vuông góc với vùng của (các) đầu đo. Hướng pháp tuyến đối với vùng của đầu đo trùng với trục nhạy của đầu đo.

Hình D.1 - Hình chiếu sơ đồ của máy đo trường từ đơn giản cùng với đầu đo kiểu cuộn dây

Đối với các phép đo trong môi trường mà các thành phần hài trong trường từ có thể không đáng kể (ví dụ: các cơ sở công nghiệp và dân cư, hệ thống giao thông), một đoạn tích phân (chủ động hoặc thụ động) được làm một phần của mạch tách sóng để duy trì dạng sóng của trường từ (xem Điều D.2). Thông thường, không có điều khoản nào được thực hiện cho việc lưu trữ dữ liệu, mặc dù đôi khi các đầu nối đầu ra dùng cho các bộ ghi có sẵn trên thị trường được cung cấp. Để mô tả thành phần hài trong trường từ, tín hiệu bộ tách sóng (phản ánh dạng sóng của trường từ) có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng các máy phân tích phổ bán sẵn trên thị trường để thu được độ lớn của các thành phần cơ bản và sóng hài. Máy đo trường từ ba trục cũng có sẵn, có thể được chuyển đổi hoặc điều chỉnh để chỉ ra các giá trị hiệu dụng của tần số nguồn và một hoặc nhiều thành phần trường hài.

Trong các phép đo kiểu khảo sát của trường từ, đầu đo có thể được cầm bằng tay mà không có nhiễu đáng kể của trường do ở gần người quan sát. Hiệu ứng gần của các chất điện môi gần đó là cũng không đáng kể. Hiệu ứng gần của các ruột dẫn nhỏ không chứa sắt thường yếu và nằm gần bề mặt ruột dẫn, tức là trường từ liên kết với dòng điện xoáy được cảm ứng trong ruột dẫn do sự thay đổi theo thời gian của trường từ gây nhiễu loạn trường từ một cách cục bộ. Các kết cấu lớn không chứa sắt có thể nhiễu loạn trường một cách đáng kể trên một vùng mở rộng, ví dụ: nội thất của một số ngôi nhà lưu động. Trường từ gần các vật thể sắt bị nhiễu loạn một cách đáng kể.

Đối với các ứng dụng đo dài hạn và/hoặc toàn diện hơn, máy đo trường kiểu khảo sát có thể được thay thế bằng thiết bị đo ghi lại các số đọc của trường trong hệ thống lưu trữ dữ liệu [12], [30]. Việc ghi lại các số đọc của trường có thể được thực hiện tự động tại các khoảng thời gian được xác định trước, do người dùng kích hoạt hoặc được kích hoạt bởi một số nguồn khác, chẳng hạn như thiết bị phát hiện vị trí.

Các giá trị trường ghi được thường có thể được tải xuống máy tính vào một ngày sau đó để phân tích tiếp. Ngoài ra, chính thiết bị cũng có thể thực hiện phân tích đơn giản.

Cả máy đo khảo sát và thiết bị đo ghi chép đều có thể là một trục hoặc ba trục (mặc dù các thiết bị đo ghi chép có nhiều khả năng là ba trục). Thiết bị đo ba trục có thể có ba đầu đo kiểu cuộn dây hoặc ba phần tử cảm biến (ví dụ: đầu đo kiểu cuộn dây vòng tròn có trục trực giao) phát hiện trường dọc theo ba hướng trực giao lẫn nhau. Tín hiệu từ mỗi phần tử cảm biến của máy đo ba trục có thể được bộ tách sóng xử lý bằng một trong hai cách. Một cách tiếp cận là bộ tách sóng xác định giá trị hiệu dụng của mỗi thành phần không gian, bình phương và tính tổng chúng, sau đó lấy căn bậc hai của tổng. Cách còn lại là bộ tách sóng bình phương tín hiệu từ mỗi cảm biến, lấy căn bậc hai của tổng, và sau đó xác định giá trị hiệu dụng của căn bậc hai. Cả hai cách này đều đem về cùng một kết quả, đó là trường từ tổng hợp B_R, được xác định bởi Công thức (3). Nói chung, trường từ tổng hợp không bằng với trường từ cực đại, thay đổi từ 100 % (đối với trường phân cực tuyến tính) đến 141 % (đối với trường phân cực tròn) trường từ cực đại.

Lưu ý rằng tổng giá trị hiệu dụng của B_R cũng bằng mật độ từ thông [16], bất kể pha của các thành phần trực giao. Một hệ quả của sự độc lập về pha là B_R không phải là duy nhất, ở một khía cạnh nào đó, trường từ tổng hợp tương tự có thể được tạo ra bởi các trường từ có dạng hình học khác nhau, ví dụ: trường từ phân cực tuyến tính cùng với các thành phần trực giao B₀sinωt và B₀cosωt, và trường từ phân cực tròn cùng với các thành phần trực giao B₀sinωt và B₀cosωt sẽ có cùng B₀ tổng hợp.

Trong những năm gần đây đã phát triển máy đo phơi nhiễm cá nhân loại nhỏ để đo trường từ, thiết bị có thể đeo được để đo định kỳ và ghi lại ba thành phần không gian (giá trị hiệu dụng) của trường từ, cũng đã dẫn đến việc sử dụng các đầu đo kiểu cuộn dây thu nhỏ, đôi khi chứa lõi sắt từ để tăng độ nhạy [12]. Các đầu đo định hướng trực giao trong máy đo phơi nhiễm, khi ở gần nhau, có thể không chia sẻ điểm trung tâm chung, tức là các đầu đo ở các vị trí khác nhau. Máy đo phơi nhiễm được trang bị giao diện máy tính cho phép tải các giá trị trường được ghi vào máy tính để phân tích sau này. Các loại máy đo trường khác có đầu đo điện cảm có độ từ thẩm cao, chẳng hạn như máy đo từ kiểu sắt từ [27], phù hợp với các phép đo trường xoay chiều và/hoặc trường tĩnh.

Do đó, chưa có nhiều thiết bị đo tinh vi để ghi lại định kỳ dạng sóng trường từ của ba thành phần trường trực giao tại cùng một thời điểm và lưu giữ thông tin về độ lớn, pha và tần số sau đó để phân tích về mức độ phân cực, sóng hài, v.v. [30].

Cũng có sẵn các máy đo trường từ với đầu đo hiệu ứng Hall có thể được sử dụng để đo mật độ từ thông từ 0 héc đến vài trăm héc. Tuy nhiên, do độ nhạy thấp và các vấn đề về độ bão hòa do trường trái đất, chúng không phù hợp với môi trường của trường điện xoay chiều mức thấp, ví dụ: trong vùng lân cận của đường dây điện và trong các khu dân cư.

D.2  Lý thuyết hoạt động (đầu đo kiểu cuộn dây)

Nguyên tắc hoạt động của máy đo trường từ trong Hình D.1 dựa trên định luật Faraday dự đoán rằng một điện áp V được tạo ra ở hai đầu của một vòng dây để hở được đặt trong một trường từ thay đổi. Cụ thể, điện áp bằng âm của tốc độ thay đổi theo thời gian của từ thông ϕ qua vòng lặp, như được cho bởi

trong đó

B  là mật độ từ thông;

n  là vec tơ đơn vị vuông góc với diện tích của vòng lặp

dA  là phần tử diện tích A của vòng lặp

V  ở đơn vị vôn khi A và B lần lượt là mét bình phương và tesla bình phương.

Nếu trường từ không có hài, tức là B = B₀sin ωt và vuông góc với diện tích đầu đo thì

trong đó, tần số góc ω bằng 2π lần tần số.

Đối với N vòng dây trong vòng lặp, điện áp được tính theo Công thức (D.2) sẽ triển khai dọc theo mỗi vòng và điện áp tổng sẽ là -NωB₀Acosωt. Công thức (D.2) thể hiện rằng độ nhạy tăng theo diện tích đầu đo.

Đầu đo kiểu cuộn dây cũng có thể được sử dụng để đo mật độ từ thông tĩnh (d.c) nếu đầu đo được xoay quanh.

Nếu có sóng hài trong trường từ thì sẽ có thêm một số hạng ở vế phải của Công thức (D.2) cho mỗi sóng hài. Do phép tính vi phân (Công thức (D.1)), mỗi số hạng bổ sung sẽ có trọng số bằng số hài liên quan. Ví dụ, nếu có 10 % sóng hài bậc ba trong trường, số hạng -3 × 0,1 × ωB₀Acos3ωt sẽ được thêm vào vế phải của Công thức (D.2). Do trọng số của số hạng hài, dạng sóng của tín hiệu sẽ không còn phản ánh dạng sóng của trường. Do đó, giá trị hiệu dụng được chỉ thị bởi bộ tách sóng-vôn kế (xem Hình D.2) sẽ không thể hiện chính xác giá trị hiệu dụng của trường. Tuy nhiên, dạng sóng đưa ra gần đúng sự biến thiên theo thời gian của điện áp hoặc dòng điện được cảm ứng trong các vật liệu dẫn.

CHÚ DẪN:

L  độ tự cảm của cuộn dây

r  trở kháng dây

C  điện dung ký sinh

R_D  trở kháng đầu vào của bộ tách sóng

Hình D.2 - Mạch điện xấp xỉ tương đương của một đầu đo kiểu cuộn dây khi được kết nối với bộ tách sóng

Để khôi phục dạng sóng trường từ, máy dò cần thực hiện phép toán nghịch đảo, cụ thể là tích phân. Điều này có thể được thực hiện bằng cách đưa vào một đoạn tích phân trong bộ tách sóng[3]. Ví dụ, đoạn tích phân có thể được kết hợp với đầu đo dưới dạng các thành phần thụ động, hoặc một bộ khuếch đại hoạt động tích hợp có thể được kết hợp vào máy dò. Đáp ứng tần số của tổ hợp bộ tách sóng đầu đo- tích hợp phải được làm bằng phẳng trên dải tần số quan tâm. Bộ lọc và tấm chắn trường điện thích hợp phải là một phần của thiết kế mạch tách sóng để loại trừ các tín hiệu không mong muốn.

D.3  Thiết bị đo trường từ tĩnh

Phép đo trường từ tĩnh có thể được thực hiện chính xác với một loạt các thiết bị đo lường có sẵn trên thị trường sử dụng nhiều kỹ thuật đo khác nhau [20], [14]. Ví dụ, máy đo từ kiểu sắt từ, máy đo trường cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), máy đo trường hiệu ứng Hall, máy đo trường từ điện trở và các máy đo từ có cơ cấu giao thoa siêu dẫn lượng tử (SQUID) là một vài trong số các thiết bị có sẵn.

Phạm vi đo của các máy đo này phụ thuộc vào kỹ thuật đo được sử dụng. Chúng không thể được sử dụng để đo trường từ tĩnh trong mọi môi trường. Ví dụ, máy đo từ kiểu sắt từ có độ nhạy thích hợp để đo các trường trong dải từ 0,1 μT (và thấp hơn) đến 0,01 T, và được điều chỉnh dùng cho môi trường mạng lưới điện áp cao DC.

Máy đo hiệu ứng Hall có thể dễ dàng đo các mức từ 100 μT đến 10 T [20]. Theo cùng một thứ tự độ lớn, độ chính xác rất cao của máy đo trường từ NMR cho phép chúng được sử dụng như một tiêu chuẩn tham chiếu.

Nam châm tham chiếu tiêu chuẩn có sẵn trên thị trường dùng cho các mục đích hiệu chuẩn ở các mức trường tương đối cao, ví dụ: 0,005 T đến 2 T. Hệ thống cuộn dây được đề cập trong Điều A.1 có thể được sử dụng để tạo ra trường tĩnh có các giá trị thấp hơn nếu dòng điện một chiều được sử dụng để cấp điện cho các cuộn dây. Tuy nhiên, ảnh hưởng của trường tĩnh nền cần được xem xét khi có độ lớn đáng kể so với trường hiệu chuẩn. Các nam châm tham chiếu tiêu chuẩn có sẵn các tấm chắn từ tính để ngăn chặn nhiễu loạn trường từ bên ngoài. Trường tĩnh nền cũng có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng một tập hợp các cuộn dây phụ, bằng cách thực hiện hiệu chuẩn trước tiên với dòng điện bằng 0 và trừ đi giá trị.

Phụ lục E

(tham khảo)

Máy đo cường độ trường điện (máy đo trường điện)

E.1  Các đặc điểm chung của máy đo trường điện

Máy đo cường độ trường điện gồm hai phần, đầu đo hoặc thành phần trường-cảm ứng và bộ tách sóng, xử lý tín hiệu từ đầu đo và chỉ thị giá trị hiệu dụng của cường độ trường theo đơn vị vôn trên mét bằng cách sử dụng bộ hiển thị analog hoặc kỹ thuật số. Trong tiêu chuẩn này, xem xét hai loại máy đo trường điện sau:

a) máy đo cách ly với đất;

b) máy đo đất tham chiếu.

Khi thực hiện phép đo cường độ trường điện, người quan sát phải đứng cách xa đầu đo một khoảng cách thích hợp để tránh nhiễu loạn đáng kể trường tại vị trí của đầu đo. Máy đo cách ly với đất phải đủ nhỏ để kích thước của đầu đo không làm nhiễu loạn đáng kể sự phân bổ điện tích trên các bề mặt biên tạo ra trường điện, tức là các bề mặt được tiếp điện và nối đất. Mặc dù các máy đo trường được hiệu chuẩn trong các trường điện gần như đồng nhất, nhưng trường được đo không cần phải rất đồng đều. Máy đo trường điện đo hình chiếu của vectơ trường điện dao động (phân cực thẳng) hoặc quay (elip hoặc phân cực tròn) lên trục mang điện của đầu đo (trục có độ nhạy trường điện lớn nhất). Máy đo trường điện cách ly với đất ba trục có sẵn để đo trường điện tổng hợp.

E.2  Lý thuyết hoạt động

E.2.1  Máy đo cách ly với đất

Máy đo cách ly với đất thường có kết cấu để đo dòng điện cảm ứng giữa hai phần độc lập của một vật thể dẫn điện. Do dòng điện cảm ứng tỷ lệ với đạo hàm theo thời gian của cường độ trường điện, nên mạch tách sóng của đồng hồ đo thường chứa đoạn tích phân để khôi phục dạng sóng của trường điện. Dạng sóng của dòng điện tích hợp cũng trùng với dạng sóng của điện tích cảm ứng. Đoạn tích phân cũng có thể dự kiến được, đặc biệt đối với phép đo trường điện có thành phần hài, do đoạn tích phân này (tức là thuộc tính tích phân của nó) loại bỏ trọng số quá mức của các thành phần hài trong tín hiệu dòng điện cảm ứng.

Máy đo cách ly với đất xác định cường độ trường điện bằng cách đo dòng điện cảm ứng ở trạng thái ổn định hoặc điện tích dao động giữa các nửa dẫn (điện cực) của một đầu đo cách điện, sau khi đầu đo đã được đưa vào trường điện. Đối với các máy đo cách ly với đất có sẵn trên thị trường, bộ tách sóng thường được chứa trong hoặc là một phần không thể thiếu của đầu đo. Đầu đo và bộ tách sóng được đỡ trong trường điện bởi một đầu của tay cầm cách điện [5], [13]. Máy đo cách ly với đất là phù hợp đối với các phép đo kiểu khảo sát vì nó là thiết bị di động, cho phép đo trên mặt phẳng đất và không yêu cầu điện thế đất tham chiếu. Máy đo cách ly với đất một trục và ba trục có sẵn trên thị trường. Máy đo cách ly với đất thường hoạt động bằng pin/acquy.

Ngoài ra còn có các máy đo cách ly với đất được thiết kế dùng cho hiển thị từ xa cường độ trường điện. Trong trường hợp này, một phần của mạch xử lý tín hiệu được chứa trong đầu đo và phần còn lại của bộ tách sóng nằm trong một vỏ bọc riêng biệt cùng với phần hiển thị dạng analog hoặc dạng số. Một liên kết sợi quang kết nối đầu đo với bộ hiển thị [9], [17].

Hình E.1 - Hình dạng máy đo cách ly với đất một trục

Hình E.1 cho thấy các ví dụ về hình học máy đo cách ly với đất một trục. Lý thuyết hoạt động của máy đo cách ly với đất có thể được hiểu bằng cách xem xét một vật thể dẫn không tích điện với các nửa hoặc điện cực tách biệt, được đưa vào một trường điện đồng nhất E. Điện tích gây ra trên một trong các điện cực là

trong đó

D  là độ dịch chuyển điện;

n  là véc tơ đơn vị vuông góc với bề mặt điện cực;

dA  là một phần tử có diện tích trên nửa vật thể có tổng diện tích S.

Trường hợp hình học hình cầu như trong Hình E.1a cho kết quả sau

trong đó

ε₀  là độ từ thẩm của không gian tự do;

a  là bán kính của hình cầu [29].

CHÚ THÍCH: Mật độ điện tích bề mặt được cho bởi 3ε₀E cosθ. Tích phân trên bán cầu cho ra Công thức (E.2) (xem [29]).

Đối với các hình học ít đối xứng hơn, kết quả có thể được biểu thị bằng

trong đó k là hằng số phụ thuộc vào hình dạng của đầu đo.

Đã sử dụng các điện cực cảm ứng giống hình khối và các tấm song song (xem Hình E.1b). Nếu cường độ trường điện phụ thuộc vào thời gian theo hình sin, ví dụ E₀sinωt, trong đó ω là tần số góc, thì điện tích cảm ứng dao động giữa hai nửa và dòng điện được cho bởi

Hằng số k có thể được coi là hằng số của máy đo trường và được xác định bằng cách hiệu chuẩn. Ảnh hưởng của tay cầm, đại diện cho trở kháng rò, và nhiễu loạn được tạo bởi người quan sát, được coi là không đáng kể trong phần thảo luận trên.

Nếu có sóng hài trong trường điện, sẽ có thêm một số hạng ở phía bên phải của Công thức (E.4) cho mỗi sóng hài. Do thực hiện phép vi phân trong Công thức (E.4), mỗi số hạng bổ sung sẽ có trọng số bằng số hài liên quan. Như trong trường hợp của máy đo trường từ (xem Điều D.2), máy dò cần thực hiện phép toán nghịch đảo, cụ thể là tích phân, để khôi phục dạng sóng trường điện. Điều này được thực hiện bằng cách đưa vào một đoạn tích phân. Ví dụ, một bộ khuếch đại tích hợp hoặc một mạch tích phân thụ động kết hợp với một vôn kế có thể được sử dụng như một bộ tách sóng. Đáp tuyến tần số của tổ hợp bộ tách sóng đầu đo tích phân phải được làm phẳng trên dải tần số quan tâm. Bộ lọc nên được sử dụng để loại trừ các tín hiệu nằm ngoài dải tần số quan tâm.

E.2.2  Máy đo đất tham chiếu

Máy đo đất tham chiếu xác định cường độ trường điện bằng cách đo dòng điện hoặc điện tích trên bề mặt cảm biến của một đầu đo phẳng. Các máy đo như vậy thường được sử dụng để đo trường điện tại mặt phẳng đất hoặc trên các bề mặt dẫn phẳng có điện thế đất. Có hai thiết kế đầu đo được sử dụng. Một thiết kế sử dụng một ruột dẫn phẳng với một phần ở giữa được tách riêng dùng làm bề mặt cảm biến. Các phiên bản nhỏ của loại đầu đo này được chế tạo bằng bảng mạch in hai lớp ốp như trên Hình E.2a. Thiết kế thứ hai gồm hai tấm song song được ngăn cách bởi một tấm cách ly mỏng, với tấm trên cùng đóng vai trò là bề mặt cảm biến như thể hiện trên Hình E.2b.

Hình E.2 - Các thiết kế cho đầu đo tấm phẳng được sử dụng với máy đo trường điện loại đất tham chiếu

Theo định luật Gauss, điện tích Q, gây ra trên bề mặt cảm ứng có diện tích A, là

trong đó

E  là cường độ trường điện trung bình dọc theo bề mặt cảm ứng;

ε  là hằng số điện môi của không gian tự do.

Thừa nhận rằng các giá trị E thay đổi theo hình sin với tần số góc ω (tức là E = E₀sinωt), dòng điện dẫn tổng hợp được tính bằng

Nếu có sóng hài trong trường điện thì sẽ lại có thêm một số hạng ở vế bên phải của Công thức (E.6) cho mỗi sóng hài. Như trong E.2.1, do phép tính vi phân, mỗi số hạng bổ sung sẽ được mang trọng số bằng số hài liên quan. Để khôi phục dạng sóng trường điện, cần thực hiện phép tính nghịch đảo, cụ thể là tích phân. Sự kết hợp mạch tích hợp/vôn kế tạo ra đáp tuyến tần số phẳng trên dải tần quan tâm có thể đóng vai trò như bộ tách sóng. Bộ lọc cũng phải là một phần của mạch tách sóng để loại trừ tín hiệu từ bên ngoài dài tần số quan tâm. Máy đo đất tham chiếu có thể hoạt động bằng pin/acquy hoặc nguồn lưới.

CHÚ THÍCH: Máy đo đất tham chiếu đo dòng điện cảm ứng thường chứa mạch tích phân để bù cho mối quan hệ đạo hàm giữa dòng điện cảm ứng và trường điện.

Máy đo trường điện với đầu đo phẳng có thể được sử dụng để đo cường độ trường điện trên các bề mặt được cung cấp năng lượng bằng phẳng nếu bộ tách sóng được làm việc ở cùng điện thế với bề mặt được cung cấp năng lượng. Trong những trường hợp như vậy, việc xem phần hiển thị dạng analog hoặc dạng số của bộ tách sóng phải được thực hiện từ xa, ví dụ bằng mắt thường, từ xa hoặc sử dụng liên kết cáp quang.

Phụ lục F

(tham khảo)

Tác động của độ ẩm lên phép đo trường điện

F.1  Điều kiện đo

Để đánh giá ảnh hưởng của độ ẩm đối với phép đo trường điện, các thử nghiệm được thực hiện trong một buồng khí hậu tại địa điểm R&D của EDF “Les Renardières” [2]. Trường điện được tạo bởi một tấm có đường kính 2 m, ở độ cao khoảng 2 m và có điện áp được đặt vào sao cho có trường điện thẳng đứng khoảng 10 kV/m. Bộ điều khiển khí hậu được thiết lập để duy trì nhiệt độ gần 20 °C và trong quá trình thử nghiệm, nhiệt độ thực tế dao động trong khoảng 18 °C đến 21 °C. Dải độ ẩm cho thử nghiệm là từ 20 % đến 100%.

Ba máy đo kiểu cách ly với đất đã được thử nghiệm, một máy đo trục đơn (máy đo 1) và hai máy đo còn lại là loại ba trục (máy đo 2 và máy đo 3)

Ảnh hưởng của giá đỡ máy đo cũng đã được thử nghiệm và máy đo được đặt trên hai giá đỡ ba chân: một giá ba chân “bình thường” (giá ba chân cách điện) và một giá đỡ khác có một thanh cách điện để dịch chuyển cảm biến theo chiều ngang (gọi là “giá ba chân dịch chuyển ngang”). Xem Hình F.1.

Hình F.1 - Thử nghiệm trong buồng khí hậu với giá ba chân thông thường (bên trái) và giá ba chân dịch chuyển ngang (bên phải) (Ảnh EDF R&D)

Ảnh hưởng của việc phủ mỡ Silicon (hợp chất kỵ nước) lên giá đỡ của máy đo cũng đã được thử nghiệm.

F.2  Kết quả

Hình F.2 và Hình F.3 đưa ra các kết quả chính của các thử nghiệm.

Hình F.2 - Trường điện E đo được là hàm của độ ẩm, được đo bằng giá ba chân thông thường

Hình F.3 - Trường điện E đo được là hàm của độ ẩm, được đo bằng giá ba chân dịch chuyển ngang

Kết quả cho thấy ảnh hưởng của độ ẩm đến phép đo trường điện. Giá trị đo được tăng theo độ ẩm.

Độ trôi của trường đo được so với trường thực tế là đặc biệt cao với giá ba chân thông thường khi độ ẩm tương đối là trên 70 % (sai số đến 7 số đọc trường đặt vào). Vì vậy, giá ba chân dịch chuyển ngang được khuyến nghị vì biên độ trôi thấp hơn nhiều (sai số tối đa chỉ là 40 % của trường đặt vào).

Việc sử dụng các hợp chất kỵ nước (mỡ Silicon) để phủ lên giá đỡ đã không cho thấy bất kỳ sự giảm thiểu ảnh hưởng nào của độ ẩm.

Phụ lục G

(tham khảo)

Đơn vị

G.1  Đơn vị

Các đơn vị được ưu tiên là những đơn vị được lấy từ Hệ đơn vị Quốc tế (đơn vị SI) và các đơn vị được dẫn xuất từ đơn vị SI. Một số đơn vị SI và đơn vị dẫn xuất SI thường được sử dụng được liệt kê dưới đây.

Đối với các đơn vị bổ sung, xem [15].

G.2  Đơn vị Sl và đơn vị dẫn xuất SI

G.3  Hằng số vật lý hữu ích

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] BOTTAUSCIO, O., et al. Generation of reference electric and magnetic fields for calibration of power-frequency field meters. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1993, vol. 42, no. 2, p. 547-552

[2] CIGRE WORKING GROUP C4-203 Technical Guide for Measurement of Low Frequency Electric and Magnetic Fields near Overhead Power Lines. Technical Brochure n°375, 2009

[3] DELAPLACE, L.R. AND REILLY, J.P. Electric and Magnetic Field Coupling from High Voltage AC Power Transmission Lines - Classification of Short-Term Effects on People. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1978, vol. PAS-97, no. 6, p. 2243-2252.

[4] DENO, D.W. Transmission line fields. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1976, vol. PAS-95, no. 5, p. 1600-1611.

[5] DENO, D.W. Currents induced in the human body by high voltage transmission line electric field - measurement and calculation of distribution and dose. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1977, vol. 96, no. 5, p. 1517-1527.

[6] FIRESTER, A.H. Design of Square Helmholtz Coil Systems. Review of Scientific Instruments, 1966, vol. 37, no. 9, p. 1264-1265.

[7] FRIX, W.M., et al. Comparison of calibration systems for magnetic field measurement equipment. IEEE Transactions on Power Delivery, 1994, vol. 9, no. N°1.

[8] FULCOMER, P.M. NBS ambient magnetic field meter for measurement and analysis of low-level power frequency magnetic fields in air. 1985, no. NBSIR 86-3330.

[9] GOCKENBACH, E., et al. 1989. Some Applications of an Electric Field Sensor in the High-Voltage Technique. In Proceedings of the Sixth International Symposium on HighVoltage Engineering, New Orleans, LA, 1989.

[10] HALLIDAY, D. AND RESCNICK, R. Physics, Parts I and II. New York: Wiley & Sons, 1966. p. 861-862.

[11] TCVN 13728:2023 (IEC 62110:2009), Mức trường điện và trường từ phát ra bởi hệ thống điện xoay chiều (AC) - Quy trình đo liên quan đến phơi nhiễm lên công chúng

[12] IEEE MAGNETIC FIELDS TASK FORCE. Measurements of power frequency magnetic fields away from power lines. IEEE Transactions on Power Delivery, 1991, vol. 6, no. 2, p. 901- 911

[13] IEEE STD 644-1994, IEEE standard Procedures for Measurements of Power Frequency Electric and Magnetic Fields from AC Power Lines

[14] IEEE STD C95.3.1:2010, IEEE Recommended Practice for Measurements and Computations of Electric, Magnetic and Electromagnetic Fields with Respect to Human Exposure to Such Fields, 0 Hz to 100 kHz

[15] ISO 80000-1:2009, Quantities and units - Part 1: general

[16] KAUNE, W.T., et al. Residential magnetic and electric fields. Bioelectromagnetics, 1987, vol. 8, p. 315-335.

[17] KIRKHAM, H., et al. AC and DC Electric Field Meters Developed for the U.S. Department of Energy. 1987, no. JPL Publication 87-20.

[18] KIRSCHVINK, J.L. Uniform magnetic fields and double-wrapped coil systems: improved techniques for the design of bioelectromagnetic experiments. Bioelectromagnetics, 1992, vol. 13, no. 5, p. 401-411.

[19] KOTTER, F.R. AND MISAKIAN, M. AC transmission line field measurements. 1977, no. NBS 1549 report prepared for the Department of Energy, available as report 1550 PB82133554 from NTIS, Springfield, VA 22161.

[20] LENZ, J.E. A review of magnetic sensors. Proceedings of the IEEE, 1990, vol, 78, no. 6, p. 973- 989.

[21] MAMISHEV, A.V. AND RUSSELL, B.D. Measurements of magnetic fields in the direct proximity of power line conductors. IEEE Transactions On Power Delivery, 1995, vol. 10, no. 3, p. 1211-1216.

[22] MISAKIAN, M. Calibration of flat 60-Hz electric field probes. Bioelectromagnetics, 1984, vol. 5, no. 4, p. 447-450

[23] MISAKIAN, M. Discussion of{Takuma, 1985 #4269} 1985.

[24] MISAKIAN, M., et al. Biological, physical, and electrical parameters for in vitro studies with ELF magnetic and electric fields: a primer. Bioelectromagnetics, 1993, vol. Suppl 2, p. 1-73.

[25] NISSEN, J. AND PAULSSON, L.E. Influence of field inhomogeneity in magnetic calibration coils. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1996, vol. 45, no. 1, p. 304-306.

[26] NISSEN, J. AND PAULSSON, L.E. Influence of field inhomogeneity in magnetic calibration coils. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1996, vol. 45, no. 1, p. 304-306.

[27] PRIMDAHL, F. The fluxgate magnetometer. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 1979, vol. 12, no. 4, p. 241.

[28] RAMO, S. AND WHINNERY, J.R. Fields and Waves in Modern Radio. New York: John Wiley, 1944. p. 141.

[29] REITZ, J.R. AND MILFORD, F.J. Foundations of Electromagnetic Theory. Reading, MA: Addison- Wesley, 1960. p. 52.

[30] SICREE, R.M., et al. Comparison of magnetic flux density meter responses over a database of residential measurements. IEEE Transactions On Power Delivery, 1993, vol. 8, no. 2, p. 607-619.

[31] STRATTON, J.A. Electromagnetic Theory. New york: McGraw-Hill, 1941. p. 437.

[32] TAKUMA, T., et al. Analysis Of Calibration Arrangements For AC Field strength Meters. Power Apparatus and Systems, IEEE Transactions On Power Delivery, 1985, vol. PAS-104, no. 2, p. 488-496.

[33] VINH, T., et al. Magnetic fields near overhead distribution lines - measurements and estimating technique. IEEE Transactions On Power Delivery, 1991, vol. 6, no. 2, p. 912- 919.

[34] WEBER, E. Electromagnetic Theory. New York: Dover, 1965. p. 131-133.

[35] IEC 60050 (all parts), International Electrotechnical Vocabulary (available at <http://www. electropedia.org>

[36] TCVN ISO/IEC 17025:2007 (ISO/IEC 17025;2005), Yêu cầu chung về năng lực của phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn.