资料介绍
高频Q 表校准规范
HF Q-Meter
本规范经国家质量技术监督局2000年09月22日批准，并自2000年 12月22日起施行。
归口单位： 全国无线电计量技术委员会
起草单位： 信息产业部电子计量中心
本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人：
张关汉参加起草人：
(信息产业部电子计量中心)
王珂 (信息产业部电子计量中心)
高频 Q 表校准规范
1 范围
适用于各型高频(50 kHz～100 MHz)Q表的校准，本规范也包括多功能LCR 表中增设的Q 附加器校准。
2 引用文献
本规范引用以下文献：
JJG 69—1990《高频Q 标准线圈》。
使用本规范时，应注意上述引用文献的现行有效版本。
3 术语
指示 Q 值——根据谐振回路的电压放大倍数刻度或显示的 Q 值，即本规范所适用的计量器具的直接读出值。
回路有效 Q 值——在一个谐振回路内，电感线圈或电容器的有效电抗值与整个回路的有效串联电阻之比;或有效并联电阻与有效电抗之比。它与谐振电压比方式给出的指示 Q 值等效。
元件的有效Q 值——某一元件与一理想的无损耗元件组成的谐振回路的有效 Q 值。
注：当Q 表谐振测试回路固有残量(残余电阻和残余电感)很小，可忽略不计时，读出的指示 Q 值(回路Q 值)才可认为是元件的有效 Q 值。
4 概述
高频 Q 表是根据被测元件与测试回路固有调谐电容器组成串联谐振回路，并进行电压放大倍数测量的原理工作的。Q 表的指示 Q 值是包括被测件损耗及测量回路固有部件损耗或残量综合影响的整个谐振回路的有效Q 值，严格说来，要得到被测件的有效 Q 值必须用Q 表测试回路残量修正Q 表的指示 Q 值。在一般情况下，Q 表作为低准确度的多用途电子仪器使用或利用Q 表对电感线圈作相对比较测量时，可不必对残量的影响进行修正。
高频 Q 表主要用于测量电感线圈的 Q 值、电感量、电容器的电容量，还可用于测量分布电容、分布电感、损耗值、电阻器的有效电阻、绝缘材料的介电常数、损耗角正切、传输线的特性阻抗以及磁性材料的导磁率等与阻抗有关的量。
高频Q 表主要由信号源、测试回路、谐振指示电压表组成，典型Q 表框图如图1。 Q 值是阻抗复合量，通过下式把有关阻抗量与 Q 值联系起来：
图 1 典型Q 表框图
式中：r—— 测试回路总的等效串联电阻，Ω;
L——测试回路总的有效电感量，H;
R——测试回路总的等效并联电阻，Ω;
C——测试回路总的有效电容量，F;
tgδ—— 整个测试回路损耗角正切。
鉴于Q 表是低准确度的多功能仪器，又是多个单元仪表组合而成， 考虑到公式
(1)的阻抗关系，校准方法针对Q 值、频率和低频电容值。
5 计量性能要求
5.1 工作频率
5.1.1 频率范围：50 kHz～100 MHz
注：不同型号的高频 Q 表频率范围可处于其中某一段或全部。
5.1.2 频率示值误差：±2%。
5.2 调谐电容器
5.2.1 电容范围：(25～500)pF
注：有的高频Q 表电容范围可处在(20～450)pF
5.2.2 电容示值误差：±1% · 电容指示值±1pF
5.3 Q 值测量
5.3.1 Q 值测量范围：10～500
5.3.2 Q 值测量误差
5.3.2.1 回路指示 Q; 误差：±(5～20)%±满度值的3%。
5.3.2.2 被测元件有效 Q 值 Qe 误差：不同型号的Q 表以不同方式给出，该项误差均为参考性质。
注：
1 质量较好的 Q 表，在低频段(≤10 MHz),Qe 误差通常可认为等同于Q; 误差。
2 有些 Q 表使用说明书中规定：指示Qi 经均值回路残量修正后给出被测元件有效 Qex, 此时 Qex误差与 Qi 误差的关系见引用文献或Q 表说明书。
3 许多高频Q 表未给出被测有效Q 测量误差，此时，利用本校准规范 ·7.3.3校准方法给出的 δQex有典型参考意义。
6 通用技术要求
仪器送校时应附有使用说明书和上次的校准证书。
被校Q 表应结构完整，无影响正常工作的机械损伤(如：旋钮松动，表针弯曲， 度盘不清晰等)。
送校Q 表应能正常电气操作(如：电表能机械调零，所有电位器能平滑可调，4只测量接线柱应整洁并接插自如等)。
送校 Q 表应有明晰的型号、出厂编号、测试回路接线图等标记。
7 校准
7.1 校准条件
7.1.1 环境条件
环境温度：(20±5)℃
相对湿度：不大于80%
大气压强：(86～106) kPa
电源：(220±11) V,(50±1)Hz
周围应保持整洁，无影响正常工作的机械振动及电磁干扰。
7.1.2 校准用标准设备
7.1.2.1 电容测量仪
误差不超过±0.3%的各类电容测量仪或 LCR 表。
7.1.2.2 频率计
测量范围：100 Hz～100 MHz, 灵敏度优于10mV, 误差不超过±0.1%的各类频率计。
7.1.2.3 Q 值标准量具
有效Q 值Qe 误差：±(2～5)%
有效调谐电容 Ce 误差：±(1～2)%
注：Qe和Ce值处在 Q 表的典型测量范围内。
7.2 校准项目
高频Q 表的受校部位和内容见表1。
7.3 校准方法
7.3.1 调谐电容器低频示值的校准
7.3.1.1 校准调谐电容低频刻度时仪器连接框图如图2所示。 Q 表调谐电容器低频示值的校准点和记录格式见附录A 表 A1。
7.3.1.2 读出电容测量仪与Q 表测试回路电容接线柱的连接电缆起始分布电容。
表1 校准项目一览表
被校Q表测试回路
图 2 Q表电容刻度校准连接框图
7.3.1.3 置电容测量仪的工作频率≤100 kHz的频率值上。此时，Q 表电源在关闭状态。
7.3.1.4 分别记录调谐电容示值及电容测量仪校准值。
7.3.1.5 按以下公式计算误差：
△C=Ci-Ct (2)
式中：C₁——电容测量仪校准值(已扣除起始电容),pF;
C;——Q 表调谐电容示值，pF。
7.3.2 信号源频率示值的校准
按图3所示连接被校 Q 表和频率计，分别接通电源，按附录 A 表2选取校准点， 并记录 Q 表信号源的频率示值及频率计测得的频率值，按公式(4)、(5)计算误差：
△f=fi-ft (4)
式中：fi——Q 表频率度盘示值;
f.—— 频率计测得频率值。
图 3 Q 表信号源频率刻度校准
7.3.3 Q 表的 Q 值测量误差校准
按图4所示连接 Q 值标准线圈，按附录A 表 A3 选择校准点和记录校准数据。
图 4 Q 表Q 值校准连接示意图
7.3.3.1 被校Q 表典型使用情况下被测有效 Q 值Qe 误差
由下式计算被测元件有效 Q 值Qe 的测量误差：
式中：Q—— 被校 Q 表的谐振回路指示 Q 值;
Qe Q标准量具的有效Q 值，由Q 标准计量部门给出。
7.3.3.2 被校 Q 表测试回路指示 Q 值Q; 测量误差
由下式计算被校Q 表测试回路指示回路Q 值Qi 的误差：
式中：Qen——被测 Q 表的均值回路标准指示 Q 值。
Qe 是理想化的具有平均值回路残量的谐振测量电路标准指示 Q 值，它寄附在Q 标准量具上。Q 标准计量部门进行有效 Q 值Qe 和有效配谐电容值 C。定值时同时也给出了由 Q。换算成 Qm的倍乘系数 k。因此，用以校准指示 Q; 误差的 Q 可由式(8)
得到：
Qen=kQe (8)
Q 标准线圈检定证书中所给出的典型 Q 表的倍乘系数 k 是从Q 表设计定型时给出的平均值回路残量曲线 ( Q 表使用说明书中附有)查得残量值，按附录 B 所给出的计算公式求得的。
8 校准结果的处理
将校准结果按附录 A 所列表 A1、A2、A3 填写并出具校准证书。由于本校准规范所规定的技术操作仅表明 Q 表给出的量值(回路指示 Q: 和被测元件有效 Q 值 Qe) 与标准量具所复现的量值之间的参考关系(这是高频 Q 表设计、使用特点所决定的),故校准结果仅作出“在校准点上仪器示值( Q、C;) 与 Q 标准本身有效 Q 值 ( Qe、C.) 对比关系。用户还可据此判断与Q 表技术条件规定要求符合程度。
9 校准有效期
高频 Q 表的校准有效期由用户根据实际使用情况确定，建议一般不超过1年。修理和调整后，应随时校准。
附录A
Q 表校准证书格式
Q 表校准证书由封面及A1、A2、A3 等校准记录组成，它们的基本形式如下： 校准证书封面格式
表A1 Q表调谐电容低频刻度值校准记录
表A2 Q表信号源频率刻度值的校准记录
表 A3 Q表 Q 值误差校准记录
1 表中 Qe 和 C。是 Q 标准量具本身的有效值，由计量部门的比对传递方法给值(详见 JJG 69—1990)。
2 表中 Qcm由标准量具有效 Q 值 Q。乘以被校Q 表的具有平均值测试回路残量所对应的校准点上的 Q 值倍乘系数k 得到，即 Qen=kQe
典型Q 表的 k 值在Q 标准计量部门给出的检测证书中给出(也见本校准规范附录B)。
附录B
Q 表测试回路等效电路和基本计算公式
各类高频 Q 表测试回路等效电路可表示为如图B1。
图 B1 Q表测试回路等效电路
Lex、re ——分别为被测电感线圈的高频有效电感和有效电阻; Cx(Ce)—— 被测电容器的高频有效电容;
L₁、r₁—— 分别为电感接线柱，测试回路引线及信号耦合元件的残感和残阻; Lc、r.—— 分别为调谐电容器的残感和串联残阻;
C;——调谐电容器低频刻度值;
R。——调谐电容器的介质损耗和 Q 指示电压表的输入阻抗; L₂、r₂ ——分别为调谐电容器接线柱的残感和残阻。
用 Q 表来测量电感线圈的 Q 值时，图B1 可简化为图 B2。
图 B2 简化的Q 表测试回路等效电路
高频Q 表固有残量表达式：
式中：Qn 为 Q 表测试回路固有Q 值。
高频Q 表被测元件有效 Q 值表达式：
(B1)
(B2)
(B3)
(B4)
根据公式 ( B1)～(B4), 查阅 Q 表使用说明书附有的几种残量曲线 Qn~f、C
和 Re~f 及 ( r₁+ro)～f 可计算出Q 标准校准点上 Q。和 Qn 的对应数据，并按下式计算及列出 Q 倍乘系数k:
k=Qn/Qe
在这些校准点上，Qe 代表 Qe,Q; 代表 Qen, 多台仪器 Qe 可算得 Qn。
国产典型Q 表的倍乘系数及进口Q 表 HP4342A 和 HP 42851A的倍乘系数参考值如表 B1 所示。其中进口 Q 表的 Q 值是用变频率通带法在几年的送校仪器上实测的 (其方法参见引用文献)。
表 B1 由标准量具 Qe值换算回路标准指示 Q 的倍乘系数k 值
表 B1 ( 续 )
