JJF 2408-2026 超声波局部放电测试用传感器特性校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF 2408—2026

超声波局部放电测试用传感器特性

校准规范

Calibration Specification for Ultrasonic Sensors Characteristics

of Partial Discharge Testing

2026‑06‑25 发布 2026‑12 ‑25 实施

国家 市场 监督 管理 总局 发布

超声波局部放电测试用传感器特性校准规范

Calibration Specification for

Ultrasonic Sensors Characteristics of

Partial Discharge Testing

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JJF 2408—2026

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归口 单位： 全国电磁计量技术委员会高压计量分技术委员会

主要起草单位： 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院中国计量科学研究院

国家高电压计量站

参加起草单位： 浙江省质量科学研究院

国网山东省电力公司电力科学研究院

杭州西湖电子研究所

本规范委托全国电磁计量技术委员会高压计量分技术委员会负责解释

本规范主要起草人：

王一帆(国网浙江省电力有限公司电力科学研究院)何龙标(中国计量科学研究院)

汪泉(国家高电压计量站)

参加起草人：

吴白丁(浙江省质量科学研究院)

朱振华(国网山东省电力公司电力科学研究院)

陈伟中(杭州西湖电子研究所)

目录

引言 ( Ⅱ )

1 范围 ( 1)

2 引用文件 ( 1)

3 术语 ( 1)

4 概述 ( 2)

5 计量特性 ( 2)

5.1 频率响应特性 ( 2)

5.2 灵敏度最大值 ( 2)

5.3 电压幅度线性误差 ( 2)

6 校准条件 ( 2)

6.1 环境条件 ( 2)

6.2 测量标准及其他设备 ( 2)

7 校准前的准备与校准方法 ( 3)

7.1 校准项目 ( 3)

7.2 校准前准备 ( 4)

7.3 校准方法 ( 4)

8 校准结果表达 ( 7)

8.1 数据处理原则 ( 7)

8.2 校准证书 ( 7)

9 复校时间间隔 ( 8)

附录 A 传感器灵敏度测量不确定度评定示例 ( 9)

附录 B 校准原始记录格式 ( 12)

附录 C 校准证书内页格式 ( 15)

Ⅰ

引言

JJF 1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、 JJF 1001—2011 《通用计量术语及定义》、 JJF 1059. 1—2012 《测量不确定度评定与表示》 共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。

本规范为首次发布。

Ⅱ

1 范围

本文件适用于超声波局部放电测试用传感器(以下简称 “ 传感器”) 特性的校准。

2 引用文件

本文件引用了下列文件：

JJF 1034—2020 声学计量名词术语与定义

JJF 1337—2012 声发射传感器校准规范(比较法)

GB/T 3947—1996 声学名词术语

GB/T 12604. 1—2020 无损检测术语超声检测

DL/T 1416—2015 超声波法局部放电测试仪通用技术条件

凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本规范 ; 凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本规范。

3 术语

JJF 1034—2020、JJF 1337—2012、GB/T 3947—1996 界定的及以下术语和定义适用于本规范。

3. 1 接触式传感器 contact sensor

一种安装或放置在电气设备壳体上，通过接触的方式接收超声波信号的传感器。 [来源： DL/T 1416—2015， 3. 2]

3. 2 非接触式传感器 non_contact sensor

一种通过空间耦合的方式接收超声波信号的传感器。

[来源： DL/T 1416—2015， 3. 3]

3. 3 方波脉冲宽度 pulse width of the square wave

方波脉冲信号前、后沿分别等于 1/2 峰值时相应的时间间隔。

3. 4 幅度线性 amplitude linearity

信号幅度与其在超声检测仪显示器上的垂直高度之间成正比关系的程度。 [来源： GB/T 12604. 1—2020， 5. 1. 10]

3. 5 灵敏度 sensitivity

传感器输出电压与输入端电压的比值。灵敏度也可用 “ 级 ”表示， 但基准值必须说明。

[来源： JJF 1034—2020， 3. 86，有修改]

1

4 概述

传感器可耦合局部放电产生的超声波信号并转化为电信号， 实现对局部放电强度的测量和位置的确定。根据耦合介质不同， 传感器可分为接触式与非接触式两种。接触式传感器一般采用压电式超声波传感器， 由匹配层、压电材料、壳体等部分组成，主要用于变压器、气体绝缘全封闭组合电器和开关柜等设备的局部放电检测。非接触式传感器一般采用电容或压电式超声波传感器， 由匹配层、金属化薄膜、壳体等部分组成， 主要用于开关柜、 电力电缆等设备的局部放电检测。

5 计量特性

5. 1 频率响应特性

接触式传感器工作频率范围一般为 20 kHz~200 kHz。

非接触式传感器工作频率范围一般为 30 kHz~60 kHz。

两类传感器频率响应的幅值变化一般不大于 40 dB。

注：工作频率范围根据传感器应用场景的不同，可以是 20 kHz~200 kHz 或 30 kHz~60 kHz 中的某一段频率范围。

5. 2 灵敏度最大值

灵敏 度(开路 时)最大 值一 般在 40 dB~120 dB[参考 值 1 V/(m ·s-1 )]或 -80 dB~ 0 dB(参考值 1 V/Pa)。

注：灵敏度(开路时) 指的传感器不带前置放大器时的灵敏度。

5. 3 电压幅度线性误差

传感器的电压幅度线性误差一般不超过±10%。

注： 以上条款不作为合格性判断依据，仅供参考。

6 校准条件

6. 1 环境条件

环境条件及其要求如下：

环境温度：(20±5) ℃ ;

相对湿度：(55±25) % ;

供电电压：(220±22) V，(50±1) Hz;

对非接触式传感器的校准，要求在消声箱内进行，若无消声箱， 需按 6. 2 的要求，额外设置吸声结构。

6. 2 测量标准及其他设备

接触式传感器的校准设备要求见表 1，非接触式传感器的校准设备要求见表 2。

2

表 1 接触式传感器的校准设备

序号

设备名称

性能指标

信号发生器

具备方波脉冲信号输出功能， 电压输出最大允许误差不超过±1%;电压幅值不小于 1 V ; 方波脉冲信号宽度小于 4 μs， 上升时间小于信号脉冲宽度的 10%

参考传感器

通过校准的声发射传感器， 其工作频带能覆盖被校传感器， 其频率响应特性及灵敏度已知

3

信号采集与处理装置

信号采集装置应由双通道数据采集器和数据处理器组成。 幅值测量最大允许误差不超过±2%，数据处理器应具备频谱分析功能

4

电压放大器

在 20 kHz~200 kHz 频率范围内，输出电压峰峰值不小于 50 V

5

发射换能器

宽频带发射换能器或谐振频率高于 200 kHz 超声换能器

6

前置放大器

用于接触式传感器阻抗变换与信号放大， 在工作范围内频率响应偏差不超过±0 .1 dB，增益偏差不超过±0 .3 dB，输入阻抗不低于 10 kΩ

7

试块

直径不小于 600 mm， 高度不小于 300 mm 钢制圆柱体，试块两个端面应平整且平行度不超过 0 .12 mm，粗糙度不超过 1 μm，用 2 .25 MHz 的纵波进行检测，试块缺陷产生的回波不大于第一次底面波的 10%

8

砝码

1 kg 及以上质量的砝码。也可用拉力计替代

表 2 非接触式传感器的校准设备

具备正弦波信号输出功能， 正弦波频率范围不小于 30 kHz~60 kHz，电压输出最大允许误差不超过±1% ; 电压幅值不小于 1 V ; 总谐波失真小于 1%

通过校准的空气耦合传感器， 其工作频带能覆盖被校传感器， 其频率响应特性及灵敏度已知

信号采集装置

幅值测量最大允许误差不超过±2%

功率放大器

在 30 kHz~60 kHz 频率范围内，输出信号平坦度不大于±0 .5 dB， 功率放大倍数不小于 12 dB

宽频声源

工作频率范围不小于 30 kHz~60 kHz，辐射声压级不低于 50 dB

用于非接触式传感器阻抗变换与信号放大， 在工作范围内频率响应偏差不超过±0 .3 dB，输入阻抗不低于 10 kΩ

消声材料 ①

长度、宽度均不小于 1 .2 m，面积不小于 2 .25 m2，厚度不小于 100 mm;在 30 kHz~60 kHz 频率范围内， 吸声系数不小于 0 .9

①无消声箱时使用。

7 校准前的准备与校准方法

7. 1 校准项目

传感器的校准项目如表 3 所示。

表 3 校准项目

校准项目

计量特性条款号

校准方法对应条款号

接触式传感器校准

非接触式传感器校准

频率响应特性

5.1

7.3.1.1

7.3.2.1

灵敏度最大值

5.2

7.3.1.2

7.3.2.2

电压幅度线性误差

5.3

7.3.1.3

7.3.2.3

7. 2 校准前准备

7. 2. 1 外观检查

传感器的表面应无划伤、裂纹和变形现象。

7. 2. 2 耦合剂准备(仅对接触式传感器校准)

为使超声波传感器、换能器、试块各接触面获得良好的声传播， 校准前需准备耦合剂，一般为水溶性胶、油脂、石蜡、粘结剂等。

7. 2. 3 消声材料放置(仅对非接触式传感器校准)

如果无法在消声箱内进行校准， 为了减少反射波对测量结果的影响， 可在被校传感器远离声源 1 m 处竖直放置吸声结构， 同时要求声源与传感器形成的轴线自由场半径 0. 5 m 附近无明显声反射体。

7. 3 校准方法

7. 3. 1 接触式传感器的校准

7. 3. 1. 1 频率响应特性

对接触式传感器，频率响应特性校准按图 1 接线。

发射换能器置于试块一侧的中心位置， 被校传感器(参考传感器) 置于试块另一侧， 两者的中心与轴线处于中心对称位置， 各接触面之间填充耦合剂。传感器与试块表面最小静压力应不小于 9. 8 N。

信号发生器发出一组脉冲宽度不大于 4 μs的方波脉冲信号至发射换能器， 适当设置电压放大器增益， 方波信号经电压发生器放大后， 在试块表面产生超声波信号， 分别将参考传感器和被校传感器依次放在试块表面同一位置， 通过信号采集与处理装置依次采集参考传感器与被校传感器的输出信号。对采集到的时域信号进行傅里叶变换，可以得到被校传感器和参考传感器对激励信号的响应。根据参考传感器的灵敏度和频率响应， 可以计算得到被校传感器的灵敏度和频率响应， 重复测量 3 次，取 3 次测量的平均值作为被校传感器的频率响应。

1 处理装置

信号采集与

图 1 接触式传感器频率响应特性校准接线图

1—前置放大器 ; 2—被校传感器/参考传感器 ; 3—发射换能器 ;4—电压放大器

傅里叶变换宜采用汉宁窗函数， 频率间隔不大于工作频率范围的 5%。参考传感器的灵敏度等参量由校准获得，被校传感器的频率为fm 时的灵敏度由式(1) 给出。

式中：

S2 ( fm ) ——频率为fm 下被校传感器的灵敏度，dB;

U2 ( fm )——频率为fm 下被校传感器的幅值响应，mV 或 µV;

S 1 ( fm ) ——频率为fm 下参考传感器的灵敏度，dB;

U1 ( fm )——频率为fm 下参考传感器的幅值响应，mV 或 µV。

根据被校传感器在各个频率点(不小于 20 个点) 的灵敏度， 可以得出全频率范围内的灵敏度响应曲线。可根据其工作频带确定校准的频率范围， 也可根据频率响应起伏不超过 40 dB 的原则确定校准的频率范围。

7. 3. 1. 2 灵敏度最大值

通过 7. 3. 1. 1 中获得的被校传感器的频率响应特性， 可以得到测量频率范围内的灵敏度最大值及其对应的频率点。

7. 3. 1. 3 电压幅度线性误差

对接触式传感器， 电压幅度线性误差校准按图 1 接线。

发射换能器置于试块一侧的中心位置， 被校传感器置于试块另一侧， 两者的中心

与轴线处于中心对称位置， 各接触面之间填充耦合剂。传感器与试块表面最小静压力应不小于 9. 8 N。

信号发生器发出一组脉冲宽度不大于 4 μs的脉冲信号至发射换能器， 适当设置电压放大器增益，使被校传感器信号输出幅值 AHN 不小于 0. 2 V，记录此时被校传感器信号输出幅值 AHN。 以 AHN 作为 100% 电压幅值的参考值， 降低信号发生器输出， 分别记录信号发生器输出电压幅值为 AHN 的 50%、25%、12. 5%、6. 25%、3. 12%、1. 56%

时被 校传 感器 的显 示值 A x ,50%、A x ,25%、A x , 12. 5%、A x ,6. 25%、A x ,3. 12%、A x , 1. 56%， 各点 的误

差按式(2) 计算。

γ L ——被校传感器电压幅度线性误差;

kx —— 在信号发生器每一设定输出下， 相对于被校传感器输出初始值， 各校准点显示值所占的百分比;

kN —— 相对于初始信号发生器输出电压幅值的百分比， 本规范中设定的值分别为50%、25%、12. 5%、6. 25%、3. 12%、1. 56%。

被校 传感 器在 各校 准点 下， 显示 值相 对于 自身 初始 值所 占的 百分 比按 式 (3)计算。

A x ,n% ——各校准点下，被校传感器的显示值，mV 或 μV;

A x , 100% ——被校传感器实测初始值，mV 或 μV。

7. 3. 2 非接触式传感器的校准

7. 3. 2. 1 频率响应特性

对非接触式传感器， 频率响应特性校准按图 2 接线。待测传感器与标准传感器交替放置于正对宽频声源的位置，传感器与声源距离 1 m。

信号发生器以传感器标称频带的 10% 为步长发出一组频率为fm 的正弦激励信号，适当设置功率放大器增益， 激励信号功率发生器放大后， 在空间产生超声波信号， 分别将参考传感器和被校传感器依次放在空间内同一位置， 通过信号采集装置依次采集参考传感器和被校传感器的幅值响应。可根据其工作频带确定校准的频率范围， 也可根据频率响应起伏不超过 40 dB 的原则确定校准的频率范围。被校传感器的频率为fm时的灵敏度由式(4) 给出。

S2 ' ( fm )——频率为fm 下被校传感器的灵敏度，dB;

U2 ' ( fm )——频率为fm 下被校传感器的幅值响应，mV 或 µV;

S 1 ' ( fm )——频率为fm 下参考传感器的灵敏度，dB;

U1 ' ( fm )——频率为fm 下参考传感器的幅值响应，mV 或 µV。

根据被校传感器在各个频率点的灵敏度， 可以得出全频率范围内灵敏度响应曲线。

消声箱

图 2 非接触式传感器频率响应特性校准接线图

1—被校传感器/参考传感器 ; 2—前置放大器 ; 3—功率放大器

7. 3. 2. 2 灵敏度最大值

通过 7. 3. 2. 1 中获得的被校传感器的频率响应特性， 适当调整步长， 可以得到测量频率范围内的灵敏度最大值及其对应的频率点。

7. 3. 2. 3 电压幅度线性误差

对非接触式传感器， 电压幅度线性误差校准按图 2 接线。

信号发生器发出一个正弦信号， 其频率为被校传感器的中心频率， 适当设置功率

放大器增益，使被校传感器信号输出幅值 AHN 不小于 0. 2 V，记录此时被校传感器信号输出幅值 AHN。 以 AHN 作为 100% 电压幅值的参考值， 降低信号发生器输出， 分别记录信号发生器输出电压幅值为 AHN 的 50%、25%、12. 5%、6. 25%、3. 12%、1. 56% 时

被校 传感 器的 显示 值 A x ,50%、A x ,25%、A x , 12. 5%、A x ,6. 25%、A x ,3. 12%、A x , 1. 56%， 各点 的误 差

按式(2) 计算。

8 校准结果表达

8. 1 数据处理原则

证书中校准结果的末位应与扩展不确定度的末位对齐。

8. 2 校准证书

传感器经校准后出具校准证书， 校准证书由封面和校准数据页组成。校准证书应至少包括以下信息：

a) 标题， 如“ 校准证书”;

b) 实验室名称和地址;

c) 进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);

d) 证书或报告的唯一性标识(如编号)， 每页及总页数的标识;

e) 客户的名称和地址;

f) 进行校准的日期， 如果与校准结果的有效性或应用有关时，应说明被校对象的接收日期;

g) 对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号;

h) 本次校准所用测量标准及其溯源性和有效性说明;

i) 校准环境的描述;

j) 校准结果及其测量不确定度的说明;

k) 校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;

l) 校准结果仅对被校对象有效的声明;

m) 未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

校准结果测量不确定度评定示例见附录 A， 校准原始记录格式见附录 B， 校准证书内页格式见附录 C。

9 复校时间间隔

送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。

附录 A

传感器灵敏度测量不确定度评定示例

本附录参照 JJF 1059. 1—2012 对传感器灵敏度的测量不确定度进行评定。

A . 1 测量模型

待测传感器的频率为fm 时的灵敏度 S2 ( fm )由式(A . 1) 给出：

S2 ( fm ) ——频率为fm 下待测传感器的灵敏度，dB;

U2 ( fm )——频率为fm 下待测传感器的幅值响应，mV 或 µV;

其对数形式见式(A . 2)：

20 lg [ S2 ( fm ) ] = 20 lg [ S1 ( fm ) ]+ 20 lg [ U2 ( fm ) ] - 20 lg [ U1 ( fm ) ]

(A .2)

A . 2 灵敏度合成标准不确定度计算公式

当各输入量的不确定度互不相关时，合成标准不确定度为：

u { lg [ S2 ( fm ) ] } = c1 2 u2 { lg [ S1 ( fm ) ] }+ c2 2 u2 { lg [ U2 ( fm ) ] }+ c3 2 u2 { lg [ U1 ( fm ) ] } (A . 3)

频率为fm 下待测传感器的灵敏度与幅频响应不相关， 频率为fm 下参考传感器的灵敏度与幅频响应不相关。

式中，灵敏系数 c1 = c2 = 1，c3 = - 1。

A . 3 不确定度评定

选用 R15a为参考传感器， 对被校传感器在 150 kHz 时的灵敏度 S2 ( fm )开展不确定度评定。

A . 3. 1 脉冲激励下传感器的幅频响应引入的不确定度分量 u1， 用 B 类不确定度评定方法评定。

该不确定分量的影响因素包括电压信号采集、 电噪声、信号混叠以及其他与瞬态采集过程有关的不确定度分量。 由校准证书给出的所用数字示波器电压信号测量不确定度为 2%(k= 2)， 当仪器设置到最佳动态范围时， 产生的不确定度可简单表示为数字示波器采集到的数据最大值的百分比。 因此， 任何一次测量产生的幅频响应的不确定度就是这次测量的频率响应数据最大值的 1%。最大值取决于最低可信值， 在测量频率范围内，所测传感器灵敏度的最大值与最小值之差通常不超过 40 dB。该不确定度

9

分量服从均匀分布，包含因子 k= 3，则：

A . 3. 2 参考传感器灵敏度引入的不确定度分量 u2，用 B 类不确定度评定方法评定。

由校准证书给出的参考传感器的灵敏度， 其扩展不确定度为 15% (k= 2)， 其引入的标准不确定度为 7. 5%， 换算成 dB 值为0. 63 dB， 因此参考传感器灵敏度引入的不确定度分量为：

u2 =0. 63 dB

A . 3. 3 由误差数据修约引入的不确定度分量 u3，用 B 类不确定度评定方法评定。

修约至 1 dB， 服从均匀分布，包含因子 k= 3，则： u3 =0. 5 dB/3 ≈ 0. 29 dB

A . 3. 4 由被校传感器灵敏度测量重复性引入的不确定度分量 u4， 用 A 类不确定度评定方法评定。

对被校传感器在频率为 150 kHz 的校准点分别进行 10 次重复测量， 数据如表 A . 1所示。

表 A. 1 重复性测量数据

测量序号

10

被校显示值/dB

62

60

63

66

65

x= 10 (63+58+64+66+65+66+68+60+66+65) dB=63 . 2 dB。

测量结果的算术平均值为- 1

其实验标准差 s dB

单次测量结果 x k 的标准不确定度 u(xk) =s(xk) = 2. 47 dB。实验中采用 3 次测

量的平均值作为结果， 因此 u4 = 1. 43 dB。

同样方法， 可评定出传感器在工作频率范围内所有点的灵敏度测量结果不确定度。

A . 4 不确定度分量表

标准不确定度分量表如表 A . 2 所示。

表 A. 2 标准不确定度分量表

不确定度分量

评定方法分类

不确定度来源

测量结果分布

不确定度分量值

u 1

B

被校传感器的幅频响应

均匀

0.23 dB

u2

参考传感器灵敏度

0.63 dB

u3

数据修约

0.29 dB

u4

A

测量重复性

正态

1.43 dB

A . 5 合成标准不确定度

A . 5. 1 经过分析不确定度的来源，各分量互不相关，则

A . 5. 2 扩展不确定度计算

取包含因子 k= 2， 被校传感器在 150 kHz 时， 以绝对值表示灵敏度 S2 ( fm )测量结

果扩展不确定度为

U=k×u c = 2×1. 5 dB=3 . 0 dB

11

附录 B

校准原始记录格式

B . 1 校准原始记录封面格式

(计量技术机构名称)

校准原始记录

原始记录编号： ×××× - ××××××

客户 名称

计量器具名称型 号/规格 出厂 编号 制造 单位 接收 日期 校准 日期

校准员： 核验员：

12

第×页

共×页

B . 2 校准原始记录内页格式(第 2 页)

原始记录编号： ××××—××××××

送检计量器具信息

客户地址

其他

校准所依据的技术文件(代号、名称)

校准环境条件及地点

温度

℃

校准地点

相对湿度

%

校准使用的主要标准器

名称

型号规格/出厂编号

测量范围

准确度等级/不

确定度/最大允

许误差

检定/校准证书编号

有效期至

校准说明

13

B . 3 校准原始记录结果页格式(结果页)

校准 结果

(校准数据及其测量不确定度)

1 外观及工作正常性检查

2 频率响应特性

3 灵敏度最大值

对应频率点/kHz

参考单位

测量结果/dB

平均值

4 电压幅度线性误差

脉冲发生器参数设定

被校显示值

数据处理

备注

频率： kHz

单位：mV□;V□

比例换算

电压幅值/AHN

100%

50%

25%

12.5%

6.25%

3.12%

1.56%

5 备注

14

以下空白

附录 C

校准证书内页格式

证书编号： ××××—××××××

<校准机构授权说明>

校准结果不确定度的评估和表述均符合 JJF 1059.1 的要求。

校准环境条件及地点：

地点

校准所依据的技术文件(代号、名称)：

校准所使用的主要测量标准：

不确定度/

准确度等级

证书编号

证书有效期至

(YYYY_MM_DD)

15

证书编号： ×××× - ××××××校准 结果

(校准项目及校准结果)

一、频率响应特性

二、灵敏度最大值

三、 电压幅度线性误差

标准值

扩展不确定度(k= 2)

说明：

根据客户要求和校准文件的规定，通常情况下个月校准一次。

声明：

1. 仅对加盖“ ×××××校准专用章 ” 的完整证书负责。

2. 本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。

校准员： 核验员：

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