直流比较仪式电桥检定规程.docx

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直流比较仪式电桥检定规程

直流比较仪式电桥检定规程

VerificationREgulationofD.C.ComparatorBridge

本检定规程经国家计量局于1987年7月6日批准，并自1988年5月6日起施行。

归口单位：

中国计量科学研究院

起草单位：

黑龙江省计量检定测试所

本规程技术条文由起草单位负责解释。

本规程主要起草人：

王勇（黑龙江省计量检定测试所）

参加起草人：

林骐（上海电表厂）

直流比较仪式电桥检定规程

本规程适用于新制造、使用中和修理后的在直流电流比较仪初、次级磁势平衡和初、次级两电阻上电势平衡的条件下，测量电阻或电阻比的电桥，即直流比较仪式电桥（以下简称比较仪式电桥或电桥）的检定。

本规程不适用于直流比较仪式测温电桥的检定

一、概述

比较仪式电桥是在直流电流比较仪磁势平衡时，调节比较仪初级或次级匝数，从而准确调节初级被测电阻和次级标准电阻上电流比达到两电阻上电压平衡，使电阻比等于匝数比，依此进行高精度电阻比较测量的仪器。

它和通常的直流电阻电桥一样，都是测量电阻的比较仪器，但作用原理不同，其不同点是：

前者以补偿测量法代替了后者的电桥测量法，彻底克服了电位引线电阻和端纽接触电阻的影响，便于进行不同标称值电阻的比较测量（过渡传递）；前者以磁势平衡为前提，用匝数比代替了后者的电阻比，从而获得更高的准确度。

比较仪式电桥原理线路如图1所示，工作原理如下：

a磁势平衡

初级可变测量绕组与次级有微调的固定绕组各自流过直流电流，它们在铁芯中产生方向相反的磁势，其磁势差由检测绕组检出，并通过手动调节及有关差闭环调节系统自动调节，从动（伺服）电源产生的次级电流使磁势平衡，即IxWx=IsWs，所以有Is/Ix=Wx/Ws。

b电势平衡

调节测量盘或次级微调绕组（偏差盘），即调节Is/Ix，使检流计G指零，则Rx、Rs上电压降相等，IxRx=IsRs，所以

图1

图中：

Wx--初级可变绕组；

Ws--次级固定绕组；

Ix、Is--初、次级电流

即电阻Rx与Rs的实际比值等于初、次级匝数比的实际值，或被测电阻的实际值等于初、次级匝数比的实际值乘以标准电阻的实际值，如果调定次级偏差盘使Ws与标准电阻的实际值Rs相对应，则从测量盘上就可以直接读出被测电阻值。

二、技术要求

1比较仪式电桥的准确度等级以百分数表示可分为0.0001、0.0002、0.0005级（即1、2、5ppm），不同量程准确度等级可以不同。

2在标准条件下--温度：

20±2℃；相对湿度：

25%～75%；电源电压，标称电压±5%；电源频率：

标称频率±1Hz，按电桥说明书上规定的时间预热后，当初级绕组不小于100匝时，电桥的基本误差公式为：

式中：

Elim--基本误差的允许极限值（Ω）；

c--用百分数表示的等级指数；

x--标度（测量）盘示值（Ω）；

RV--基准值（Ω），为各该量程内10的最高整数幂；

IW--测量时安匝数（A）；

UR--测量时电阻上电压降（V）；

ΔμA--磁势平衡误差（μA）；

ΔμV--电势平衡误差（μV）。

ΔμA和ΔμV分别用下式计算：

当使用初级固定10匝和1匝时，公式中第一项降为0.8c/100和4c/100。

当IW≥20A、UR≥20mV、跟踪误差调到不大于1μA时（如果UR＜40mV，检流计开关动作1min后才能测量且电流换向时间间隔不得超过1min），上述公式简化为：

注：

磁噪声误差和检流计噪声误差按其指标之半计算。

3次级固定1000匝绕组与初级10×100匝绕组的相对差值不得大于0.05c/100。

4以测量盘基准值为线性度基准点，要求测量盘非线性误差≤0.4c/100W+0.05c/100WN，次级偏差盘非线性误差0.05c/100WN，它们的变差都不得大于0.01c/100WN，W、WN为示值x、基准值RN对应的匝数，分数匝可以有微调，但保证线性度的调整周期不得少于半年。

固定100、10、1匝的相对非线性误差分别不大于0.4c/1000.8c/100、4c/100。

5磁势低频噪声的峰峰值≤3μA·104C。

6磁势零位漂移≤20μA·104C/30min。

7内附检流计指标：

周围无明显机械振动及外回路电阻为20Ω时，电压分度值CV≤5nV×104c/mm，同时噪声电压峰峰值≤10nV，漂移电压≤5nV/min。

8检流计开关动作引起的热电势变化ΔeT≤10nV。

9主、从电源与初、次级电路断开后，电桥初、次级电路与外壳之间的绝缘电阻：

0.0001级的不得低于2500MΩ；0.0002、0.0005级的不得低于1000MΩ。

10电源变压器初级绕组与次级绕组和外壳之间能承受50Hz、1500V实际正弦波电压历时1min中的耐压试验不击穿。

三、检定条件

11检定环境条件：

在第2条所述标准条件下进行。

12周期检定所需设备

a.一次温度系数α≤5ppm/℃的0.01级以上10Ω标准电阻两只。

b.控温精度不低于0.01℃/h的恒温油槽一台。

c.100～250V的绝缘电阻测试仪（高阻计）或高阻电桥一台。

d.满足第7条要求的指零仪一台（电桥不内附检流计或内附检流计不合格时）。

四、检定项目

13检定项目见表1，检定时可参考图2：

QJ55及9920型比较仪式电桥简化线路图。

表1

*只检Ⅰ、Ⅱ测量盘的线性度；

表中：

“+”表示应检定，“-”表示可以不检定，“+-。

表示修理有关部分影响本项性能者应检定，否则可不检定。

五、检定方法

（一）外观与测量功能的检查

图2比较仪式电桥简化线路图

K2-形象化开关，实际要靠改变接线完成；Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ盘参考绕组开关与测量开关联动

14外观检查

电桥面板或铭牌上应有产品名称、型号、出厂编号、准确度等级、制造厂名称或商标、制造日期等。

各旋钮、开关、端纽应有保证正确使用的标志。

外露部件应完好，按键应能锁定，旋转开关应能转到所有工作位置并定位准确、清晰。

除了新生产的电桥要求全部完好外，余者有不影响计量性能的外观缺欠，应给予检定。

15测量功能的检查

将电桥初、次级Rx、Rs处，各接一只10Ω标准电阻，按1：

1测量连结好侧面端纽板上各端纽并使有关旋纽在测量状态，开机后振荡器指示灯应发光，如该指示灯不亮，应立即关机检查、排除故障（包括接线错误）后才能重新开机，在10mA电流下调跟踪旋纽应能使μAT表指示的跟踪差在2μA以内调节Ⅰ测量盘示值为10，接通检流计，调测量盘或偏差盘应该都能使电桥平衡，此时各调节旋纽应有正常的调节功能，初、次级电流表指示值应基本相等。

（二）绝缘电阻的测量与耐压试验

16绝缘电阻的测量

电桥在标准温、湿度条件下稳定24h后，断开主、从电源与初次级连结的接线片，用100～250V的绝缘电阻测量仪或高阻电桥分别测量初、次级绕组与外壳上导电部件间的绝缘电阻，测量误差不得大于20%。

17耐压试验

电桥在标准温、湿度条件下稳定24h后，将电源变压器初级绕组短路，次级绕组短路或与线路断开，将高压试验器高电位端接该变压器初级绕组，低电位端接该变压器次级绕组与外壳上导电部件，施加1500V、50Hz实际正弦波电压历时1min试验，不击穿为合格，电压上升及下降速率约为100V/s。

高压试验器的功率应满足IEC414号出版物的有关要求，击穿时其继电器动作电流为5mA。

注：

IEC414号文件规定：

（高压）试验装置的无负载电压先调到规定（试验）电压的50%，然后接上被试仪表，如观察到电压的跌落不大于该电压的10%，则认为功率是足够的。

（三）磁势平衡系统指标的测量

18磁势平衡表分度值CAT的测量

使电桥从1：

1测量状态进入检定准备状态（下面线性度检定都从此状态开始）；按电桥说明书将偏差盘从次级转移到初级，与测量盘反向串联（*端对接），并且极性都置“+”，示值都置于零，不检分数匝盘线性度时就不必转移偏差盘，短路电桥Rx处的电流端纽使初级闭合，次级Rs处不短接，以保证次级和检流计回路开路，内接/外接/自校开关转到“自校”，使电源换向开关成为电源通断开关，并把它置于“断”，测量/关开关置于测量（如果有的话），将电流调节和跟踪调节旋钮都调到零位。

在上述检定准备状态下，将电桥的读数/自校开关置于读数位置，初级电流表（Ix表）量程调到

100mA，将电源通断开关转到通，调电流调节旋纽使Ix表指示100mA，调电桥调零（或检流计平衡）旋纽使μAT表指零，将第七盘增加一个步进记录μAT表偏转格数Δα（读到0.1大格，下同）和方向，则μAT表分度值CAT=10-4×100mA/Δα=10μA/Δα，并认定此时μAT表的偏转方向为“+”，即被检绕组大于参考绕组。

在正常情况下，CAT=10μA/1大格，如CAT≥20μA/1大格，则必须调整或修理。

19磁势零位漂移和噪声的测量

在上一条状态下按规定时间预热后，调电流调节旋钮使Ix=0，记下30minμAT表漂移的偏转桥梁数Δα，则Δα·CAT为30min的磁势零位漂移。

同时观察μAT表的最大抖动格数Δam，则Δam·CAT为磁势低频噪声的峰峰值。

（四）线性度的自检与计算

20测量盘的线性度自检

21.1测量盘的盘间过渡

测完磁势漂移后，将各测量盘、偏差盘（特别是分数匝的前两盘）从头至尾转动几次后示值都放在零位，Ix表量程放在1000mA，调Ix=1A后，电源通断开关置于“断”，第i-1盘置-1示值，i盘置10示值（i顺次为2、3、4……），记下μAT表偏格数α′∑0或调电桥调零（或检流计平衡）旋纽将μAT表调到零位，然后电源通断开关置于“通”，记下1A电流下μAT表偏格数α′∑，各盘都过渡完后再重复一次，两次偏格数的平均值对应为和，则其磁势差

，μAT表先调到零位时，α′∑0=0。

其中分数匝有微调电位器的，在向该盘过渡时如通电前后μAT表指示的变化＞2μA，应调整之。

如果两个以上的分数匝测量盘有微调，则每盘调整后还要反复一、二次，调整后的数据作为该盘盘间过渡数据。

把测量结果记录于附录表1中。

按同样办法进行偏差盘的分数匝微调。

使电桥恢复到检定准备状态。

20.2整数匝测量盘的盘内比较

将读数/自校开关置于自校1，进行第I盘的盘内比较：

将第I盘从零开始顺次转出每个示值直至最大，此时I盘参考绕组与从-1示值开始的每步进的测量绕组反串（示值为零时是-1示值绕组与参考绕组反串，即被检示值为-1，见图2），在每个被检示值下，分别读取电源开关置于“断”时的μAT表偏格数αIi0（或将它调到零位）和置于“通”并且电流为1A时的μAT表偏格数μIi（i表示被检示值序号：

-1、1、2…），检完最后一个示值再检一次-1示值。

在I盘转动过程中，要将电源开关置于“断”，以防止动作时的失衡磁势冲击μAT表。

再将读数/自校开疬志到自校2和自校3，用和I盘同样的方法对Ⅱ和Ⅲ盘进行盘内比较。

各-1示值的两次读数取平均值。

被检与参考绕组的磁势差ΔIWj=（αji-αji0）CAT，μAT表调到零时αji0=0。

把上述每盘测量结果分别记录于附录表2中。

20.3分数匝测量盘的盘内比较

不共用绕组的分数匝测量盘单独进行盘内比较；共同绕组的几个分数匝盘只进行步进值最大盘的盘内比较，因为分流电阻的误差不影响盘内比较的结果，这几个盘的盘内比较结果是相等的。

分数匝盘没有单独的参考绕组，它是用下一盘10个示值之和作为“参考绕组”进行递增置换法检定的，但测量盘“+”示值的磁势是同一方向，为了维持初级磁势的标称值为零，必须让与测量盘与串的偏差盘有与测量盘相等的匝数。

在电桥的检定准备状态下，将读数/自校开关转到读数，分数匝测量盘j、j+1盘及次级与j盘步进值等的j′偏差盘的示值组合按附录表3的规律--被检盘从1到10逐步转出所有示值，每一被检绕组均去置换先一步接入的“参考绕组”形成“参考绕组”交替接入与置出。

偏差盘与测量盘匝数相等-一一放出，在1A电流下读取每个示值组合的μAT表偏格数，其中包含“参考绕组”的为αs，包含被检绕组的为αx，则i被检绕组与“参考绕组”的磁势差ΔIWji=（αxji-αjsi）CAT。

如j盘被检示值为1时，j、j+1及j′盘的示值组合为0、10、1，在1A电流下μAT表偏格数为αs1，断开电流后，用被检绕组1置换“参考绕组”，示值组合变为1、0、1，通电后读数为αx，再接入“参考绕组”，此时示值组合递增为1、10、2，读取偏格数αs2，然后用被检绕组

2置换参考绕组，读数为αx2，以此类推。

注意在示值组合变换时，一定要用电源开关断开电流。

盘间过渡时，j盘-1示值已和j+1盘10个示值之和比较，过所以ΔIWj-1=-ΔIWj+1∑，直接由盘间过渡给出。

上述检定结果记录于附录表3中。

21测量盘自检的计算

21.1j盘i示值与该盘10个示值之和的比值Kji的相对修正值Pji的计算。

按附录表2、表3的自检计算表格进行，即先根据盘内比较时得到的j盘i示值与参考绕组的磁势差ΔIWji求出其对参考绕组的相对修正值δji=ΔIWji/IWj,Wj为j盘步进匝数，则

注意：

可用于核验计算正确与否。

21.2j盘10个示值之和的相对修正值Qj∑的计算。

按附录表1自检的盘间过渡表格进行，即先根据盘间过渡时得到的j盘10个示值之和对j-1盘-1示值的磁势差ΔIWj∑，求出其相对差值δj∑=ΔIWj∑/IWj-1（Wj-1为j-1盘步进匝数），然后利用Q′∑=0（线性度基准点）和21.1款中已经求出的Pj-19，根据Qj∑=Qj-1∑+Pj-i-1+δj∑，求出，再求出，即顺次求出各Qj∑。

21.3线性度修正值的计算

j盘i绕组本身的非线性相对修正值δWji=Pji+Qj∑，如果Ⅰ、Ⅱ盘的各，则Ⅰ、Ⅱ盘线性度必定合格，这是Ⅰ、Ⅱ盘线性度合格的简易判断法，但要注意，其“逆定理”不成立。

Wji绕组本身的非线性修正匝数为：

共用一个绕组的分数匝盘，每个盘的P值都以其步进匝数最大盘的已知P值代入。

j盘累加修正匝数为：

这里Wj为代数值，即n=-1时，步进匝数为负。

上述公式概括为：

j盘i示值本身的非线性修正匝数等于j盘i示值对其10个示值之和的比值的相对修正值与j盘10个示值之和的相对修正值加起来再乘以j盘步进匝数。

而j盘10个示值之和的相对修正值等于j-1盘10个示值之和的相对修正值、j-1盘-1示值与其10个示值之和的比值的相对修正值，j盘10个示值之和对j-1盘-1示值的相对差值三者之和，其中I盘10个示值之和的相对修正值为零。

允许用其他确实正确无误的公式计算测量盘线性度，但计算数据有争议时，应以本规程规定的计算方法为准。

22偏差盘的线性度检定

各偏差盘用同标称值的测量盘检定，在检定准备状态下，将j′偏差盘和与其同标称值的j测量盘一一放出相同的示值，在每个示值下分别读取电源开关处于“断”和“通”并且电流为1A时μAT表的偏格数（或调到零位）和，则对的磁势差为（αj′i-αj′i0）CAT，所以j′偏差盘的累加非线性修正匝数为：

23测量盘与偏差盘示值变差的检定

23.1在检定准备状态将各分数匝测量盘放出10示值或盘内比较时发现变差偏大的那个示值，各偏差盘放出相应的示值便磁势的标称值为零，在1A电流下记录μAT表偏格数，断开电流，偏差盘不动，转动各测量盘后再恢复到初始示值，再在1A电流下记录μAT表偏格数，如此三次，找出最大偏格差Δαx，则测量盘示值变差

23.2断开电流后，测量盘不动，转动各偏差盘再恢复到初始示值，再在1A电流下记录μAT表偏格数、如此三次，也找出最大偏格差Δαs，则偏差盘示值变差

24初级10×100匝绕组的检定

根据被测电阻的表达式可知，它应以次级固定1000匝绕组为标准进行检定。

在检定准备状态，按被检电桥说明书的线路图将次级1000匝反向转移到初级并保持初级回路闭合，第Ⅰ测量盘放出10示值，调电桥调零（或检流计平衡）旋纽使μAT表指零，电源开关置于通，调电流I为1A（μAT表灵敏度是线性的且其指示不超出满刻度时）或0.1A（μAT表是非线性的或其指示超过满刻度时），记下μAT表偏格数αN，则初级10×100匝对次级1000匝的修正匝数ΔWN=αNCAT/I，其相对差值为ΔWN/1000。

25固定测量绕组的反向串联法检定

在检定准备状态，按被检电桥说明书的有关线路图分别将固定100、10、1匝绕组与测量盘同向串联，将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ盘分别放出-1示值，则各固定绕组分别于同标称值的各-1示值绕组反向串联，在电源开关置于断时，同上条调μAT表指零，在电源开关置于“通”且电流为1A时，分别记下μAT表偏格数各两次，其平均值分别为α100、α10、α1，则固定100、10、1匝的非线性修正匝数ΔW1

00、ΔW10、ΔW1分别为：

式中：

ΔWⅠ-1、ΔWⅡ-1、ΔWⅢ-1分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ盘-1示值绕组本身的非线性修正匝数，它们与其累加修正值符号相反，例如，

等等。

26线性度自检结果的化整与判断

测量盘的化整原则是：

按0.1c/100Wj进行化整，但当它小于1微匝时化整到1微匝。

用化整后的数据编制线性度修正值表。

固定绕组和偏差盘都化整到1微匝。

以化整后的数据为准，用它们各自的线性度允差公式判断其是否合格。

（五）检流计系统指标的测量

将为检定准备的已浸入温度变化≤0.01℃/h的油槽中的两只10Ω标准电阻分别接入电桥初、次级，并使电桥进入1：

1测量状态在10mA电流不平衡电桥，此时电阻上电压降为0.1V，使检流计开关处于最灵敏的直接接通位置，改变电桥示值的1×10-6，则在检流计回路中产生0.1μV的失衡电压，调光电放大器反馈旋纽，使0.1μV产生20mm的光标偏转，则电压分度值CV=5nV/mm。

将电流调节与跟踪调节调回零位，断开两只标准电阻电流端纽的接线，使电桥电势系统与磁势系统分离，关上电桥侧面活动盖板，记录检流计10min的漂移格数及最大抖动格数，它们与CV之积即为漂多电压和噪声电压。

28检流计开关动作后变化热电势ΔeT的测量

电桥处在测检泫计漂移的两系统分离状态，先调检流计的开始零点至零或某一分度线上，使检流计开关处于直接接通位置，马上记录检流计偏格数，再使检流计开关处于断开位置，调检流计开路零点至原零点分度线（当开始零点有变化时），再直接接通检流计并立即记录检流计偏格数，如此进行五次，找出检流计接通后偏格数的最大差值Δαk，则ΔeT=ΔαkCv。

（六）整体核验

29电阻换位法整体核验

电桥处在测检流计电压分度值状态，在电流40mA、跟踪误差≤2μA的条件下换位测量两电阻的比值：

首先在测量盘上读取比值K1（偏差盘为零），然后交换两个电阻的接线，即Rx与Rs换位，但尽量保持电阻在油槽中的位置不变，再测换位后的电阻比值，在测量盘上读取比值K2，则（K1+K2）/2-

1≤c%为整体核验合格。

允许用误差不大于0.3c%的其他方法进行整体核验。

30整体核验结果的处理

电桥各项指标的分项检定都满足本规程的技术要求时，则电桥总体误差不大于允许误差，电桥合格。

当分项检定结论与整体核验结果一致时，检定结束；分项检定电桥合格而整体核验不合格时，必须找出原因，重做某些项目的检定或重做整体核验，直至二者一致为止；分项检定电桥不合格而整体核验合格时，仍认为电桥不合格，因为整体核验不一定能体现出电桥所有的误差因素。

六、检定结果的处理与检定周期

31从交货检定日起一年内，即在保证期内检定时，所考核的各项指标都符合本规程的技术要求，电桥合格；有一项不合格者，电桥即不合格，进口电桥的验收检定按其本身的技术指标确定是否合格。

32保证期外检定结果的处理

32.1各项指标都符合本规程要求，电桥合格。

32.2测量盘线性度和固定100匝、10匝绕组的线性度，有一项不合格、电桥即为不合格。

其余指标有一、二项不合格但不超过规程规定指标的一倍者（绝缘电阻不小于规定值的一半），仍认为电桥合格，但要在证书中注明哪些指标不合格。

32.3如果有三项以上指标不合格，或者虽然一、二项指标合格但超过规定值一倍时（绝缘电阻小于规定值的一半），电桥即为不合格。

不合格的电桥允许降级使用，但必须符合所降等级的有关要求。

33电桥合格出检定证书；不合格出检定结果通知书并注明不合格的原因，证书或通知书上要给出各项检定的数据，其中线性度要给出修正值表。

34检定周期一般不得超过一年，但线性度可以每三年全检一次，其余二年可以只检Ⅰ、Ⅱ测量盘及固定100匝、10匝的线性度，其余的线性度修正值可以引用三年有效期内的原证书或通知书的数据，为此，送检时必须携带上一次检定证书或检定结果通知书。

附录1

附录测量盘线性度自检表格

表1盘间过渡表CAT=

*Pj-1-1之值由表2、表2抄入。

表2整数匝测量盘的线性度自检表

表3分数匝测量盘的线性度自检表

表4不进行盘内比较的分数匝测量盘的线性度计

附录2测量盘线性度计算实例

表5盘间过渡表CAT=10μA/格

表6整数匝测量盘的线性度自检表

注：

因误差太小、为示范起见各盘都多给了一位数据。

表7整数匝测量盘的线性度自检表

表8整数匝测量盘的线性度自检表

表9分数匝测量盘的线性度自检表

表10不进行盘内比较的分数匝测量盘的线性度计算表

表11测量盘线性度修正值表单位：

微匝

*为利于示范，人为地增大了“误差”：

Ⅳ、Ⅴ盘采用分数匝调整前的数据。

判断：

QJ55型电桥，C=0.0001，WN=1000匝Ⅰ、Ⅱ盘最大相对误差≤1×10-7＜0.40%=4×10-7

Ⅲ～Ⅳ盘最大绝对误差≤（0.8+29.0+9.3+0.1）微匝所以，测量盘线性度合格：

附录3线性度自检计算公式的推导

1测量盘自检计算公式的推导

按自检中线性度基准点（即误差公式中的基准值）的实际传递程序--由盘间过渡求得每盘10个示值之和的误差，再进行盘内比较进行该误差的分配，求得每个示值的误差--先求出各盘10个示值之和的相对修正值，再利用各示值对其10个示值之和的比值求出各示值的修正值。

设Wji、ΔWji分别为j盘i步进本身的匝数实际值和修正值，Kji为j盘i步进本身与j盘10个示值之和的比值，Pji为该比值的相对修正值，Wj为j盘步进匝数，WjN为j盘参考绕组的“匝数实际值”，δji为j盘i步进对参考绕组的相对修正值。

设Qj∑为j盘10个示值之和的相对修正值，则，因为认定I盘10点为线性度基准点，所以Qj∑=0，设δj∑为j盘10个示值之和对j-1盘-1示值的相对差值，由盘间过渡可知：

所以

又

所以

2共用一组绕组的分数匝测量盘Pji的等值性推导

设j、j+1…j+m盘共用一组绕组，j盘进行过盘内比较，各盘中电流分别为Ij、Ij+1…Ij+m，

所以

则

3固定匝自检公式的推导

设固定100匝W100的线性度修正值为ΔW100，根据它的自检方法有：

固定10匝和1匝的公式推导同上。

附加说明：

本检定规程经国家计量检定规程审定委员会电磁专业委员会审定通过。

主审人：

陶时澍