JJF 1145-2006 驻极体传声器测试仪校准规范 清晰版

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF 1145—2006

驻极体传声器测试仪校准规范

2006-05-23发布 2006-08-23实施

国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布

驻极体传声器测试仪校准规范Calibration Specification for

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本规 范经 国家 质量 监督 检验 检疫 总局 2006年 5 月 23 日批 准 , 并自2006年 8月 23 日起施行。

归口 单位 : 全国声学计量技术委员会

起草 单位 : 广州市计量测试所

杭州爱华仪器有限公司

深圳市计量质量检测研究院

广州市锅炉压力容器监检所

本规范由全国声学计量技术委员会负责解释

本规范起草人 :

周伦彬 (广州市计量测试所)

戴斌 (广州市计量测试所)

江泓 (广州市计量测试所)

张绍栋 (杭州爱华仪器有限公司)

张国庆 (深圳市计量质量检测研究院)

马博群 (广州市锅炉压力容器监检所)

周长华 (广州市计量测试所)

目录

1 范围

本规范适用于指针式和数字式驻极体传声器测试仪的校准。

2 引用文献

本规范引用了下列文献 :

GB/T 3102.7—1993 《声学的量和单位》

GB/T 3947—1996 《声学名词术语》

JJF 1001—1998 《通用计量术语及定义》

JJG 1034—2005 《声学计量名词及定义》

JJF 1059—1999 《测量不确定度评定与表示》

使用本规范时 , 应注意使用上述引用文献的现行有效版本。

3 术语和计量单位

本规范采用了GB/T3947—1996、JJF1001—1998和JJG1034—2005中有关术语和定义。本规范还采用了 GB/T 3102.7—1993中规定的量和单位。

3.1 声压 (p) sound pressure

有声波时 , 媒质中的压力与静压的差值。单位为帕 [斯卡] , Pa。

注 :

1 一般使用时 , 声压是有效声压的简称。 有效声压是在一段时间内瞬时声压的方均根值 , 这段时间应为周期的整数倍或长到不影响计算结果的程度。

2 声压的瞬时值、平均值、峰值、最大值或峰到峰值等应分别注明为瞬间声压、平均声压、 峰值声压、最大声压或峰到峰值声压等。

3.2 响应 , 灵敏度 response, sensitivity

换能器、仪器和系统输出端的指定量与输入端的另一指定量的比值。 响应或灵敏度也可用 “级 ” 表示 , 但基准值必须说明。

注 : 响应或灵敏度必须加前缀语以指明所用的输出和输入究竟是哪种量。

3.3 声压灵敏度 pressure sensitivity

接收换能器输出端的开路电压与换能器接收面上实际的声压的比值。 单位为伏每帕 , V/Pa。

注 : 如负载阻抗不是开路 , 则应加以说明。

3.4 级 level

在声学中一个量与同类基准量 (reference quantity) 之比的对数。对数的底、基准量和级的类别应加以说明。

1 级的类别用名称表示 , 如声压级、声功率级等。

2 对数的类别、对数的底以及比例常数不同时, 得到不同的级的单位, 如贝 (尔)、分贝、奈培等。

3.5 声压灵敏度级 pressure sensitivity level

声压灵 敏度 指示 与基 准声 压灵 敏度 之比 的以 10 为底 的对 数值 乘以 20, 用分 贝表示。

注 : 在本规范中声压灵敏度级的基准值为 1V/Pa。

4 概述

驻极体传声器测试仪主要用于驻极体传声器在频率为 70Hz和 1kHz时的声压灵敏度级测量 , 它通常由声源、工作馈电源和声压灵敏度级测试单元等部分组成。

5 计量特性

5.1 声源部分

5.1.1 输出信号频率

驻极体传声器测试仪的声源部分输出信号频率至少应包含 70Hz和 1kHz两个参考点 , 而且频率最大允许误差应优于 ±2%。

5.1.2 输出声信号声压

声耦合腔内一般应能产生声压不小于 1Pa的稳定声信号。

5.1.3 输出声信号谐波失真

声耦合腔内的声压为 1Pa时输出声信号的谐波失真一般应不大于 3%。

5.2 工作馈电源部分

5.2.1 直流馈电电压

工作馈电电压的误差一般应优于 ±3%。

5.2.2 直流馈电电流

工作馈电电流指示表的示值误差一般应优于 ±2.5%。

5.2.3 内部负载电阻

内部负载电阻误差一般应优于 ±1.0%。

5.3 声压灵敏度级测试单元

5.3.1 声压灵敏度级

声压灵敏度级示值 误差 一般 应优 于 ±0.5dB, 其中 指针 式表 计分 辨力 一般 应优 于

±0.2dB, 数字式表计分辨力应优于 ±0.1dB。

5.3.2 级程衰减

以 1V/Pa为基准值 , 衰减级程一般应包含 -30dB、 -40dB、 -50dB三挡 , 其级程误差应不大于 ±0.5dB。

注 : 以上参数的技术要求仅供参考 , 制造厂商另有规定的也可按制造厂商给出的技术要求校准。

6 校准条件

6.1 环境条件 :

温度 : (10~30)℃ ;

相对湿度 : (30~90)%RH;

大气压力 : (80~103) kPa。

6.2 测量标准及其他设备

6.2.1 声频信号发生器

频率范围 10Hz~ 10kHz, 频率误差应优于 ±0.25% ; 输出信号的谐波失真不超过0.1% , 校准期间的幅值稳定度应优于 ±0.02dB。

6.2.2 测试传声器

在校准频率范围内 , 开路灵敏度级最大允许误差应优于 ±0.5dB。

6.2.3 前置放大器

在 10Hz~10kHz频率范围内 , 本机噪声应优于 10μV, 谐波失真应优于 0.1%。

6.2.4 测量放大器

在 10Hz~10kHz频率范围内 , 每 10dB线性误差不超过 ±0.1dB, 校准期间幅值稳定度应优于 ±0.1dB。

6.2.5 数字电压表

在 (0~10) V测量范围内 , 最大允许误差应优于 ±0.5%。

6.2.6 直流电流表

在 (0~20) mA测量范围内 , 最大允许误差应优于 ±0.5%。

6.2.7 数字频率计

在 10Hz~10kHz频率范围内 , 频率误差应优于 ±1× 10-4。

6.2.8 失真度测量仪

在 10Hz~10kHz频率范围内 , 最大允许误差应优于满刻度的 ±10%。

6.2.9 精密衰减器

在使用量程范围内 , 衰减量的最大允许误差应优于 ±0.05dB。

6.2.10 直流电阻箱

在使用量程范围内 , 电阻最大允许误差应优于 ±0.5%。

7 校准项目和校准方法

7.1 校准项目

驻极体传声器测试仪校准项目见表 1。实验室可根据客户要求选择表中适用的校准项目。

表 1 驻极体传声器测试仪校准项目一览表

7.2 校准方法

7.2.1 外观检查

驻极体传声器测试仪外观不应有影响正常工作的机械损伤 ; 所需配件齐全 , 输入/输出端口牢固可靠 , 各开关和电位器调节灵活并接触良好。

7.2.2 声源输出信号频率

驻极体传声器测试仪声源输出端电信号频率校准方框图如图 1所示 :

图 1 声源输出端电信号频率校准方框图

将驻极体传声器测试仪的声源输出端电信号频率分别调到 70Hz挡和 1kHz挡 , 再用数字频率计测出测试仪的声源输出电信号频率值。 然后按式 (1) 计算得电信号频率

误差值 :

式中 : ef— 频率相对误差 , % ;

f0— 频率标称值 , Hz;

fs— 频率实测值 , Hz。

7.2.3 输出声信号声压

驻极体传声器测试仪的输出声信号声压校准方框图如图 2所示 :

图 2 声源输出声信号声压级和谐波失真校准方框图

在 70Hz或 1kHz时分别调节驻极体传声器测试仪的声源输出信号幅度使声耦合腔内产生稳定的声信号 , 然后逐渐增加输出电平直到最大 , 此时测量放大器的声压级指示值便为输出声信号的最大声压级 (声压基准值 : 20μPa)。

7.2.4 输出声信号谐波失真

驻极体传声器测试仪的输出声信号谐波失真校准方框图如图 2所示。

在 70Hz或 1kHz时分别调节驻极体传声器测试仪的声源输出信号幅度使声源耦合腔内产生稳定的 声信 号 , 再逐 渐增 加输 出电平 直到 测量 放大 器的 声压 级指 示为 94dB (声压基准值 : 20μPa) , 然后将测量放大器的输出端信号输至失真度测量仪 , 便可测得耦合腔内声信号的谐波失真。

7.2.5 直流馈电电压

驻极体传声器测试仪直流馈电电压校准方框图如图 3所示 :

图 3 直流馈电电压校准方框图

将驻极体传声器测试仪的传声器信号端直接接到数字电压表的直流电平输入端 , 改变直流馈电电压的挡位和极性 , 便可通过数字电压表直接测得传声器信号端的直流馈电电压。然后按式 (2) 计算得馈电电压误差 :

式中 : eu— 馈电电压相对误差 , % ;

u0— 馈电电压标称值 , V;

us— 馈电电压实测值 , V。

7.2.6 直流馈电电流

驻极体传声器测试仪直流馈电电流指示值的校准方框图如图 4所示 :

图 4 直流馈电电流指示值校准方框图

在驻极体传声器测试仪的传声器信号端和直流电流表的输入端之间串连一直流电阻箱 , 调节直流电阻箱的电阻值 , 使测试仪电流指示为选定的被校示值 , 此时通过直流电流表便可直接读出电流实测值。然后按式 (3) 计算得电流示值误差 :

式中 : ei— 电流示值相对误差 , % ;

i0— 电流表示值 , mA;

is— 电流表实测值 , mA。

7.2.7 内部负载电阻

驻极体传声器测试仪内部负载电阻校准方框图如图 5所示 :

图 5 内部负载电阻校准方框图

将驻极体传声器测试仪的传声器信号端直接连接到数字电压表直流电平输入端 , 馈电电压选择在一个合适的挡位 , 测量此时的开路电压 V0 ; 然后在测试仪和数字电压表之间并联一个直流电阻箱 , 调节电阻箱直至数字电压表的直流电压示值为 V0 的一半 ,读出此时直流电阻箱的电阻示值 , 即为驻极体传声器测试仪的内部负载电阻。其误差按式 (4) 计算 :

式中 : er— 负载电阻相对误差 , % ;

r0— 负载电阻标称值 , Ω;

rs— 负载电阻实测值 , Ω。

7.2.8 声压灵敏度级

声压灵敏度级指示校准方框图如图 6所示 :

图 6 声压灵敏度级指示校准方框图

将驻极体传声器测试仪的量程开关置于 -30dB, 工作方式置于 1kHz (或 70Hz) 选频指示位置 ; 声频信号发生器输出 1kHz (或 70Hz) 的正弦信号 , 调节输出电平 , 使数字电压表的交流电压指示为 31.6mV (即 -30dB) , 此时 1kHz (或 70Hz) 测试仪灵敏度指示应为 -30.0dB。如果有偏移 , 可调节 1kHz (或 70Hz) 灵敏度校正旋钮 , 直至其示值为 -30.0dB, 便可得其 指示 值误 差。然后 以 1dB步进 调节 精密 衰减 器 , 使灵 敏度 级指示表示值发生相应改变 , 即可得灵敏度级示值误差。

7.2.9 级程衰减

级程衰减校准方框图如图 6所示。

驻极体传声器测试仪级程衰减校准方法和 7.2.8相似 , 通过调节信号发生器输出幅度 , 使示值指示在参考位置 , 然后以 10dB量值衰减调节精密衰减器的衰减量 , 改变声压灵敏度级指示的相应衰减量程 , 由指示表 (1kHz选频指示表和 70Hz选频指示表) 读出相应的衰减量。按式 (5) 即可得级程误差 :

式中 : eL— 级程相对误差 , % ;

L0— 级程标称值 , dB;

Ls— 级程实测值 , dB。

8 校准结果表达

驻极体传声器测试仪经校准后应出具校准证书。 校准证书至少应包括附录 A 所含的信息 , 校准证书的内页推荐格式见附录 B。

驻极体传声器测试 仪的 校准 结果 不确 定度 应按 JJF 1059—1999 的要 求进 行评 定 ,附录 C给出了声压灵敏度级校准结果不确定度评定实例。

9 复校时间间隔

驻极体传声器测试仪的复校时间间隔由使用单位根据其使用的实际情况自行确定 ,建议复校时间间隔为 1年。

附录 A

校准证书内容

1. 标题 : 校准证书 ;

2. 实验室名称和地址 ;

3. 进行校准的地点 (如果不在实验室内进行校准) ;

4. 证书编号、页码及总页数 ;

5. 客户的名称及地址 ;

6. 被校准仪器名称、制造厂、型号规格及编号 ;

7. 进行校准的日期 ;

8. 校准所使用的计量标准名称及有效期、技术参数 ;

9. 校准所依据的本计量规范的编号、名称 ;

10. 校准时的环境温度、湿度 ;

11. 校准项目的校准结果 ;

12. 校准结果的测量不确定度 ;

13. 校准人签名、核验人签名、批准人签名 ;

14. 校准证书签发日期 ;

15. 复校时间间隔的建议 ;

16. 未经校准实验室书面批准 , 不得部分复制校准证书的声明。

附录 B

校准证书内页格式

驻极体传声器测试仪校准证书内页格式见图 B.1 (推荐)

图 B.1 校准证书内页格式

附录 C

测量结果不确定度评定实例

声压灵敏度级是评价驻极体传声器测试仪计量特性的最主要的技术指标之一 , 故本规范测量结果不确定度评定特以声压灵敏度级这一校准项目为范例进行分析。

C.1 测量方法

按本规范所列测量方法对驻极体传声器测试仪 -30dB (以 1V/Pa为基准值) 灵敏度级指示进行校准 , 主要是在传声器输入端输入一个频率为 1kHz (或 70Hz)、标准电平为 31.6mV (即 -30dB) 的正弦信号 , 此时 1kHz (或 70Hz) 驻极体传声器测试仪的灵敏度级指示应为 -30dB。

C.2 数学模型

驻极体传声器测试仪的灵敏度级示值误差测量模型为

ΔS=Sc - S

式中 : Sc— 被校驻极体传声器测试仪灵敏度级示值 , dB(V) ;

S— 灵敏度级实测值 , dB(V)。

C.3 方差和灵敏系数

由于 f (Sc , S) 中的 Sc 与 S互不相关 , 故其合成估计方差为

u(ΔS) =c2 (Sc)u2 (Sc)+c2 (S)u2 (S)

式中灵敏系数分别为

C.4 标准不确定度分析及评定

C.4.1 测量标准装置引入的标准不确定度分量 u(S) :

C.4.1.1 信号发生器稳定度引入的标准不确定度分量 u1 (S) :

信号发生器在校准期间的稳定度优于 ±0.02dB, 因其引入的标准不确定度按均匀分布估计 , 包含因子 k= 3 , 所以得 :

u1 (S)=0.02/ 3=0.012dB

由其数据来源的可靠性估计 , u1 (S) 的相对标准不确定度不大于 10% , 故得其自由度为

ν1 (S)≥50

C.4.1.2 数字电压表测量引入的标准不确定度分量 u2 (S)

数字电压表在 (0~ 10) V范围内测量的最大允许误差 ±0.5% , 因其引入的标准不确定度按均匀分布估计 , 包含因子 k= 3 , 所以得 :

u2 (S)= 0.5%/ 3= 0.29% , 约为 0.025dB

由其数据来源的可靠性估计 , u2 (S) 的相 对标 准不 确定 度不 大于 10% , 故得 其自由度为

ν2 (S)≥50

C.4.1.3 测量标准装置引入的标准不确定度分量 u(S)合成

因上述几项不确定度分量基本独立 , 可视为互不相干 , 所以得 :

C.4.2 校准过程中引入的测量不确定度分量 u(Sc)

C.4.2.1 灵敏度级示值误差引入的测量不确定度分量 u1 (Sc)

被校驻极体传声器测试仪的声压灵敏度级指示表示值误差 (以指针式表计为例) 优于 ±0.2dB, 因其引入的测量不确定度按均匀分布估计 , 包含因子 k= 3 , 所以得 :

u1 (Sc)= 0.2/ 3= 0.12dB

由数据来源可靠性估计 , u1 (Sc) 的相对测量不确定度大致在 20%附近 , 故其自由度为

ν1 (Sc)≥12

C.4.2.2 测量重复性引入的测量不确定度分量 u2 (Sc)

本范例在相同测量条件下对同一台驻极体传声器测试仪的声压灵敏度级指示进行了10次独立测量 , 测量数据如下表所示 :

表 C1 声压灵敏度级指示测量数据

计算得实验标准偏差 :

u2 (Sc) = Sc ≈ 0.063dB

ν2 (Sc) =n- 1= 9

C.4.2.3 校准过程中引入的测量不确定度分量合成 u(Sc)

C.4.3 合成不确定度评定

因为合成估计方差为

u(ΔS) =c2 (Sc)u2 (Sc) + c2 (S)u2 (S)

得合成不确定度为

uc(ΔS) = c2 (Sc)u2 (Sc) + c2 (S)u2 (S) = 0.1332 + 0.0282 ≈ 0.14dB有效自由度为

C.4.4 扩展不确定度评定

取 p= 95% , 由 JJF 1059—1999 附录 A 得其分布临界值 tp (ν) = t95 (100) ≈1.98,即包含因子 kp =k95 =t95 (100)≈1.98。

所以得扩展不确定度为

U95 =k95uc(ΔS)= 1.98× 0.14=0.28dB, νeff≈20