资料介绍
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 1157—2006
测量 放大 器校 准规 范
2006-09-06发布 2006-12-06实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
测量放 大器 校准 规范Calibration Specification
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本规范经国家质量监督检验检疫总局 2006年 9月 6 日批准 , 并自 2006年 12月 6 日起施行。
归口 单位 : 全国声学计量技术委员会
起草 单位 : 衡阳衡仪电气有限公司中国计量科学研究院
中船重工集团第七零一研究所
中国电子科技集团公司第三研究所
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 :
刘湘衡 (衡阳衡仪电气有限公司)
陈剑林 (中国计量科学研究院)
刘方雄 (中船重工集团第七零一研究所)
张晶 (衡阳衡仪电气有限公司)
潘月吾 (中国电子科技集团公司第三研究所)
唐君 (中船重工集团第七零一研究所)
朱传焕 (中船重工集团第七零一研究所)
目录
测量放大器校准规范
1 范围
本规范适用于声学、振动测量用测量放大器的校准。
2 引用文献
本规范引用下列文献
GB/T 3102.5—1993 《电学和磁学的量和单位》
GB/T 3102.7—1993 《声学的量和单位》
JJF 1001—1998 《通用计量术语及定义》
JJF 1034—2005 《声学计量名词术语及定义》
JJF 1059—1999 《测量不确定度评定和表示》
JJG 188—2002 《声级计检定规程》
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 JJF1001—1998、JJF1034—2005和JJG 188—2002中有关的术语和定义。本规范采用 GB/T 3102.5—1993和 GB/T 3102.7—1993中规定的量和单位。
4 概述
测量放大器是具有规定时间计权、频率计权和电压指示功能的宽量程、低噪声仪器。它主要用于声学及振动等方面的工程测量以及声学和振动测量仪器的检定和校准。通常由放大器、衰减器、频率计权、时间计权、滤波器、检波器和指示器等部分组成。
5 计量特性
5.1 整机灵敏度
测量放大器对 50 mV、1 kHz的正弦电信号的指示一般应为 (94.0±0.2) dB。①在校准期间 , 整机灵敏度的改变量一般应不超过 ±0.02dB。
5.2 频率计权
测量放大器应具有 A计权 , 还可具有 C计权。测量放大器的 A计权和 C计权及其允差见表 1。
①本章中的 “一般应 … …” 表示所提及的计量性能的指标仅供参考。
表 1 频率计权及其允差
表 1 (续)
5.3 线性频率响应
测量放大器应具有线性频率响应 , 以 1 kHz为参考 , 在 10 Hz至 50 kHz的频率范围内 , 测量放大器频率响应一般应优于 ±0.2 dB; 在 2 Hz至 200 kHz 的频率范围内 ,一般应优于 ±0.5 dB。
5.4 高、低通滤波器特性
测量放大器通常具有高通滤波器和低通滤波器 , 滤波器在截止频率处的衰减应为3 dB, 其允差一般为 -0.15 dB和 +1.1 dB。高通滤波器的低频衰减斜率和低通滤波器的高频衰减斜率一般应大于 18dB/oct。
注 : “oct” 是 “频程” 单位 “倍频程” 的符号 , 倍频程的定义是 : 当 f2/f1 = 2 时 , f1 和 f2 间的频程为 1 oct。
5.5 指示器分度误差
在指示器主要范围内、外两种情况下 , 测量放大器相隔 1 dB点和 10 dB点的分度误差应优于表 2 的规定。
表 2 指示器的分度误差
5.6 输入衰减器误差
测量放大器的输入 衰减 器通 常以 10 dB分挡。 相对 于 “100 mV” 挡 (或相 应位置) , 所有其他各挡在 1 kHz时所引入的衰减误差一般应优于 ±0.1 dB。
5.7 输出衰减器误差
测量放大器的输出衰减器通常以 10 dB分挡 , 相对于 “× 1” 挡 (或相应位置) , 所有其他各挡在 1 kHz时所引入的衰减误差一般应优于 ±0.1 dB。
5.8 本机噪声
测量放大器在按制造厂规定的方法将输入端短路时 , 线性频率响应的本机噪声一般应不大于 10μV, A计权和 C计权的本机噪声一般应不大于 3 μV。
5.9 时间计权
5.9.1 测量放大器对突然施加的信号或阶跃信号所产生的过冲 , F 时间计权一般应不超过 1.1 dB, S 时间计权一般应不超过 1.6 dB。
5.9.2 当施加的信号突然切断时 , 测量放大器指示值的衰减速率 , 对 F 时间计权一般应大于 27dB/s, S 时间计权一般应为 (3.8~4.9) dB/s。
5.10 猝发音响应
测量放大器的 F时间计权和 S时间计权对 4 kHz电猝发音信号的响应及允差见表 3。
表 3 猝发音响应及允差
5.11 有效值特性
对峰值因数为 5 的电信号 , 测量放大器有效值检波指示器系统的误差一般应优于±0.5 dB; 如测量放大器可用于脉冲性噪声的测量 , 则对峰值因数为 10 的电信号 , 其有效值检波指示器系统的误差一般应优于 ±1.0 dB。
5.12 电输出的级线性
测量放大器电输出信号级的改变量应与输入电信号级的改变量相等。 以指示器满偏转为参考 , 在 -50dB至 +10dB的范围内 , 输出信号的级线性误差一般应优于 ±0.3 dB。
5.13 谐波失真
测量放大器在 1 kHz时的谐波失真一般应不大于 0.1 % , 在 10 Hz和 50 kHz时的谐波失真一般应不大于 0.3 %。
5.14 内部参考信号
测量放大器内部参考信号的幅度和频率应符合使用说明书的规定。
5.15 极化电压
测量放大器应可为传声器提供极化电压 , 极化电压的标称值通常为 200V、28V和 0V。
6 校准条件
6.1 环境条件
空气温度 : (20~26) ℃ ;
相对湿度 : (30~80) %。
6.2 标准器及其他设备
a) 音频信号发生器
音频信号发生器的频率范围为 2 Hz~200 kHz, 频率误差优于 ±0.25 % ; 输出电压范围应可满足校准要求 ; 以 1 kHz为参 考 , 幅频 特性 优于 ± 0.2 dB; 谐波 失真 不大 于0.05 % , 校准期间的幅值稳定度应优于 ±0.02dB。
b) 猝发音信号发生器
猝发音信号发生器应可产生 2 kHz和 4 kHz的猝发音电信号和连续信号 , 猝发音信号的持续时间为 (0.5~ 500) ms, 可调 , 猝发音持续时间和周期的误差优于 ±1 % , 校准期间的幅值稳定度应优于 ±0.02dB。
c) 频率计
在 2 Hz~200kHz的频率范围内 , 测量频率或周期的最大允许误差优于 0.01 %。
d) 数字电压表
在 10 Hz~ 50 kHz 的频率范围内 , 交流电压的最大允许误差应优于 ±0.2 % , 在2 Hz~200kHz的频 率范 围内 , 应优 于 ± 1.0 % ; 直流 电压 的测 量范 围应 大于 为(0~200) V, 最大允许误差应优于 ±0.01 % , 输入阻抗不低于 1 MΩ。
e) 失真度测量仪
谐波失真测量范围为 0.03 %~3 % , 最大允许误差应优于 ±10 % (满偏转)。
f) 精密衰减器
2 Hz~ 200 kHz, 衰减 范围 为 (0.01~ 80) dB, 每 10 dB 改变 量的 误差 应优 于±0.05 dB, 每 1 dB改变量的误差应优于 ±0.02dB。
g) 可调直流稳压电源
输出电压范围不小于 (0~200) V, 电压稳定度优于 ±0.01 % , 最大可输出电流不小于 1 mA。
h) 直流检流计
电流常数优于 5×10-9A/格 , 不回零位不大于 0.5格。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
测量放大器的校准项目见表 4。实验室应根据测量放大器的型号及客户的要求 , 选择校准其中的适用项目。
表 4 测量放大器校准项目一览表
表 4 (续)
7.2 校准方法
7.2.1 外观
7.2.1.1 测量放大器上的文字、标志应清晰可辨。
7.2.1.2 测量放大器应无影响正常工作的机械损伤 , 开关等控制器件应定位准确、接触可靠。
7.2.1.3 测量放大器接通电源后应能正常工作。
7.2.2 整机灵敏度
7.2.2.1 测量放大器整机灵敏度的校准装置如图 1所示。
7.2.2.2 测量放大器按使用说明书的规定预热后 , 按下述步骤测量整机灵敏度 :
图 1 整机灵敏度校准装置示意图
a) 接入测量放大器的内部参考信号 , 调整其 “直接输入 ” 灵敏度调节电位器 , 使测量放大器指示在校准的位置 (如标注有 Ref的分度线上)。
b) 开关 K 置于 “1”, 调节音频信号发生器输出信号的频率 , 使 1 kHz的正弦信号
施加于测量放大器 “直接输入” 端。调节信号幅度 , 使测量放大器准确地指示在 94 dB处 , 记录数字电压表的示值 Uin。
c) 按式 (1) 计算整机灵敏度的误差 :
式中 : δS— 整机灵敏度的误差 , dB;
Uin— 输入电压 , mV。
7.2.2.3 按下述程序测量整机灵敏度的改变量 :
a) 在完成 7.2.2.2b) 的程序后 , 保持输入电压不变 , 开关 K 置于 “2”, 记录数字电压表显示的测量放大器的输出电压值 UB。
b) 在完成所有项目的校准后 , 将开关 K 置于 “1”, 调节输入信号的频率为 1 kHz、幅度与 7.2.2.2 中步骤 b) 中测得 Uin一致 , 记录测量放大器的输出电压 UE。
c) 按式 (2) 计算整机灵敏度在校准期间的改变量 :
式中 : ΔS— 整机灵敏度的改变量 , dB;
UB— 校准开始时测量放大器的输出电压 , mV;
UE— 校准结束时测量放大器的输出电压 , mV。
7.2.3 频率计权
7.2.3.1 频率计权特性的校准装置如图 2所示。
图 2 频率计权特性校准装置示意图
7.2.3.2 测量放大器置为 A计权 , 按下述步骤测量 A计权 :
a) 测量放大器的输 出衰 减器 置于 “× 1” 挡 (或相 应的 位置) , 输入 衰减 器置 于“1V” 挡 (或相应的位置)。调节音频信号发生器输出信号的频率为 1 kHz, 调节信号幅度使测量放大器指示在指示器主要范围上限以下 2 dB处。
b) 将音频信号发生器输出信号的频率调节为 10 Hz。
c) 用数字电压表监视音频信号发生器的输出电压 , 保持其输出信号幅度与 1 kHz时相同。改变测量放大器的输出衰减器和输入衰减器的挡位及精密衰减器的衰减量 , 使
测量放大器仍指示在指示器主要范围上限以下 2 dB处。
注 :
1. 精密衰减器只用于 10 dB 内的衰减微调。
2. 应优先改变输出衰减器的挡位。
3. 改变输入衰减器的挡位时 , 要避免输入放大器过载。
d) 按式 (3) 计算此频率时的 A计权 :
Af =δM +δA (3)
式中 : Af—A计权 , dB;
δM — 测量放大器输出衰减器和输入衰减器相对于 1 kHz时的衰减量之和 , dB; δA — 精密衰减器相对于 1 kHz时的衰减量 , dB。
e) 按 1/3倍频程的间隔 , 依次改变音频信号发生器的频率 , 重复步骤 c) 和步骤
d) , 至频率为 20kHz止。
7.2.3.3 测量放大器置为 C计权 , 参照 7.2.3.2 的方法 , 校准 C计权。
7.2.4 线性频率响应
7.2.4.1 线性频率响应的校准装置如图 2所示。
7.2.4.2 按下述步骤校准测量放大器的线性频率响应 :
a) 将测量放大器的频率响应置为 “线性”, 如有多个线性响应 , 应选择频率范围最宽的一个。
b) 调节音频信号发生器的输出信号频率为 1 kHz, 调节信号幅度 , 使测量放大器指示在指示器主要范围上限以下 2 dB处。
c) 用数字电压表监视音频信号发生器的输出 , 保持其输出幅度不变 , 将音频信号发生器输出信号频率分别改变为线性频率响应范围的上、下限频率及上、下限频率之间的每个倍频程频率 , 改变精密衰减器的衰减量 , 使测量放大器指示在指示器主要范围上限以下 2 dB处。精密衰减器的衰减改变量即为测量放大器该频率下的响应。
7.2.5 高、低通滤波器的特性
7.2.5.1 高通滤波器和低通滤波器特性的校准装置如图 2所示。
7.2.5.2 接入测量放大器的高通滤波器和低通滤波器 , 参照 7.2.3.2 的方法 , 对高通滤波器 , 测量频率为其截止频率和 1/2倍截止频率时相对于 1 kHz的衰减 ; 对低通滤波器 , 测量频率为其截止频率和 2倍截止频率时相对于 1 kHz的相对衰减。
7.2.5.3 高通滤波器在 1/2倍截止频率处和截止频率处的衰减量之差即为其低频衰减斜率 ; 低通滤波器在 2倍截止频率处与截止频率处的衰减量之差即为其高频衰减斜率。
7.2.6 指示器分度误差
7.2.6.1 指示器分度误差的校准装置如图 3所示。
图 3 指示器分度误差校准装置示意图
7.2.6.2 指示器分度误差如下述步骤测量 :
a) 调节音频信号发生器的输出信号频率为 1 kHz, 缓慢而平稳地增加音频信号发生器输出信号的幅度 , 使测量放大器指示器上的指针从零位增加到满偏转 , 然后缓慢而平稳地减小信号 , 使指针回到零位 , 在此过程中不应有卡针或呆滞的现象。
b) 调节信号幅度使测量放大器指示在指示器主要范围上限处 , 然后改变精密衰减器的衰减量 , 使测量放大器指示值减小 1 dB, 记录精密衰减器的衰减量。
c) 精密衰减器的衰减改变量与 1 dB之差 , 即为相隔 1 dB点的分度误差。
d) 按 1 dB的步进减小示值 , 重复至 0 dB分度线 , 计算每相隔 1 dB各点间的分度误差。
e) 每 10 dB间所有 1 dB点的分度误差之代数和即为相隔 10 dB点的分度误差。
7.2.7 输入衰减器误差
7.2.7.1 输入衰减器误差的校准装置如图 4所示。
图 4 衰减器误差校准装置示意图
7.2.7.2 按下述步骤校准输入衰减器误差 :
a) 调节音 频信 号发 生器 的信 号频 率为 1 kHz, 测量 放大 器的 输入 衰减 器置 于“100 mV”挡。调节信号幅度 , 使测量放大器指示在指示器主要范围上限以下 2 dB处 ,记录测量放大器的输入电压 U100。
b) 逐挡改变输入衰减器的挡位 , 调节精密衰减器 , 使测量放大器的指示保持在指示器主要范围上限以下 2 dB处 , 记录测量放大器的输入电压 Ui。
c) 按式 (4) 计算以 “100mV” 挡为参考 , 输入衰减器其他位置的衰减误差 :
式中 : δA,i— 输入衰减器的误差 , dB;
U100— 衰减器置于 “100 mV” 时的输入电压 , V;
Ui— 衰减器置于其他挡位时的输入电压 , V;
Ai— 输入衰减器相对于 “100” mV 时的标称衰减量 , dB。
7.2.8 输出衰减器误差
参照 7.2.7 的方法 , 以 “× 1” 挡 (或相应的位置) 为参考 , 测量并计算输出衰减器其他挡位的衰减误差。
7.2.9 本机噪声
7.2.9.1 按制造厂规定的方法 , 将测量放大器的直接输入端短路 , 输入衰减器和输入衰减器均置于最 灵敏 的挡 位。 在测 量放 大器 置于 线性 频率 响应、A 计权 或 C 计权 时 ,分别在 60 s 内从指示器的电压标度尺上随机读取 10个电压值 Ui, 并按式 (5) 分别计算线性响应、A计权或 C计权本机噪声的算术平均值 :
Ui (5)
式中 : U— 本机噪声算术平均值 , μV;
Ui— 随机测取的本机噪声电压值 , μV。
注 : 如测量放大器具有频率范围不同的多个线性频率响应 , 则应分别测出每个线性频率响应的本机噪声。
7.2.9.2 如测量放大器具有可供选择的平均时间 , 则可直接测量本机噪声的平均值 ,平均时间至少应为 60 s。
7.2.10 时间计权
7.2.10.1 过冲
7.2.10.1.1 测量放大器的过冲用突然施加的 4 kHz正弦信号来试验 , 试验装置如图 5所示。
图 5 过冲试验装置示意图
7.2.10.1.2 测量放大器置于 A计权和 F 时间计权。将 4 kHz 的正弦信号突然施加给测量放大器 , 接着保持信号的稳定 , 观察测量放大器的指示。测量放大器的最大示值与最后稳定的示值之差即为测量放大器 F 时间计权的过冲。
注 : 如可能 , 应使用测量放大器的最大保持功能。
7.2.10.1.3 测量放大器置于 S 时间计权 , 参照 7.2.10.1.2, 测量 S 时间计权的过冲。
7.2.10.2 衰减速率
7.2.10.2.1 测量放大器的衰减速率用突然切断正弦信号的方法来试验 , 试验装置如图6所示。
7.2.10.2.2 测量放大器置于 A计权和 F 时间计权。 调节音频信号发生器的输出信号频率为 4 kHz, 调节幅度使测量放大器指示在指示器主要范围上限。 然后 突然 切断 信号 , 测量指示值的衰减速率 (即测量 1 s 内指示值下降的幅度)。
注 : 衰减速率可以从指示器上观察示值并同时用秒表测定时间 , 或根据数字显示的更新速率来计算。 另一种技术是使用摄像机或等效装置去记录指示器的示值 , 同时用数字时钟以毫秒级显示时间。
7.2.10.2.3 测量放大器置于 S 时间计权 , 重复 7.2.10.2.2, 测量 S 时间计权的衰减速率。
7.2.10.2.4 对指示器范围较小的测量放大器 , 可按如下方法测量 F 时间计权的衰减速率 : 向测量放大器输入持续时间为 5 s、间隔时间为 1 s (重复周期为 6 s) 的 4 kHz连
续猝发音电信号 , 观察测量放大器的示值 , 其最大示值与最小示值之差即为衰减速率。
7.2.11 猝发音响应
7.2.11.1 测量放大器对猝发音的响应用 4 kHz的猝发音电信号试验 , 其校准装置如图6所示。
图 6 猝发音响应校准装置示意图
7.2.11.2 测量放大器置于 A计权和 F 时间计权 , 猝发音信号发生器的信号频率置为4 kHz。先向测量放大器输入 4 kHz的连续正弦信号 , 调节信号幅度使测量放大器指示在指示器主要范围上限以下 3 dB处。 然后分别输入与连续正弦信号幅度相同、持续时间为 500 ms、200 ms、50 ms和 10 ms的 4 kHz猝发音信号 , 记录测量放大器的最大示值。测量放大器对猝发音响应的最大示值与对连续正弦信号响应的示值之差即为 F 时间计权的猝发音响应。
7.2.11.3 测量放大器置于 A计权和 S 时间计权 , 参照 7.2.11.2 的方法 , 测量 S 时间计权的猝发音响应。
7.2.12 有效值特性
7.2.12.1 测量放大器的有效值特性用频率为 2 kHz的猝发音序列来测量 , 校准装置如图 7所示。
图 7 有效值特性校准装置示意图
7.2.12.2 有效值特性的测量步骤如下 :
a) 测量放大器置于线性频率响应和 S 时间计权。
b) 调节猝发音信号发生器使其输出频率为 2 kHz的连续正弦信号 , 调节信号幅度 ,使测量放大器指示在指示器主要范围上限以下 2 dB处。
c) 保持信号幅度不变 , 从连续信号中提取持续时间为 2 ms, 重复频率为 40 Hz的猝发音序列电信号 , 加至测量放大器。通过减少精密衰减器的衰减来增加测量放大器的输入电压 , 使测量放大器指示在与步骤 b) 时相同的位置。理论增加量 (10.7 dB) 与精密衰减器的衰减改变量之差 , 即为测量放大器在峰值因数为 5时的有效值特性的误差。
d) 保持信号幅度不变 , 从连续信号中提取持续时间为 0.5 ms, 重复频率为 40 Hz的猝发音序列电信号 , 加至测量放大器。通过减少精密衰减器的衰减来增加测量放大器的输入电压 , 使测量放大器 指示 在与 步骤 b) 时相 同的 位置。 理论 增加 量 (17.0 dB)与精密衰减器的衰减改变量之差 , 即为测量放大器在峰值因数为 10时的有效值特性的误差。
7.2.12.3 如数字电压表为真有效值电压表 , 且峰值因数能力满足要求 , 则可采用图 4所示校准装置校准测量放大器的有效值特性。 在这里 , 数字电压表用以监视信号幅度 ,在施加连续正弦信号和猝发音信号时 , 使数字电压表的示值相同 , 测量放大器在施加猝发音信号时的示值与施加连续正弦信号时的示值之差即为其有效值特性的误差。
7.2.13 电输出的级线性
7.2.13.1 测量放大器电输出的校准装置见图 1。
7.2.13.2 测量放大器交流电输出特性按下述步骤试验 :
a) 测量放大器的输入衰减器置于 “1 V”, 输出衰减器置于 “× 1”。
b) 调节音频信号发生器的频率为 1 kHz, 调节信号幅值使测量放大器指示在满偏转处 , 记录测量放大器的输入电压 Uin,0 和输出电压 Uout,0。
c) 以 10 dB的步进增加精密衰减器的衰减 50 dB, 再减小衰减 10 dB, 测量在不同输入信号级时测量放大器的输入电压 Uin,i和输出电压 Uout,i。
d) 按式 (6) 计算电输出信号的级线性误差 :
式中 : ΔL,i— 输出信号的级线性误差 , dB;
Uin,0— 满偏转时的输入电压 , V;
Uout,0— 满偏转时的输出电压 , V;
Uin,i— 输入信号电平i时的输入电压 , V;
Uout,i— 输入信号电平i时的输出电压 , V。
7.2.13.3 如测量放大器具有直流输出 , 可参照 7.2.13.2 的方法测量。
7.2.14 谐波失真
7.2.14.1 测量放大器谐波失真的校准装置如图 8所示。
图 8 谐波失真校准装置示意图
7.2.14.2 失真度测量仪连接在测量放大器的交流输出端。测量放大器的输入衰减器置于 “1 V” 挡 (或相应的位置) , 分别在音频信号发生器的信号频率为 10 Hz、1 kHz和50 kHz时 , 调节信号幅度使测量放大器指示在满偏转处 , 测量其谐波失真。
7.2.15 内部参考信号
7.2.15.1 内部参考信号的校准装置如图 9所示。
7.2.15.2 内部参考信号的频率和幅度按如下步骤测量 :
a) 开关 K 置于 “1”, 测量放大器的输出衰减器置于 “× 1” 挡 (或相应的位置) ,输入衰减器根据内部参考信号的幅度置于适当的挡位。 接入测量放大器的内部参考信号 , 记录测量放大器交流输出信号的频率和幅度。
b) 将正弦信号加至测量放大器的直接输入端口 , 调节音频信号发生器的频率和幅
图 9 内部参考信号校准装置示意图
度 , 使测量放大器交流输出信号的频率和幅度分别与步骤 a) 时测量得的频率和幅度相等。
c) 开关 K 置于 “2”, 测量并记录音频信号发生器的输出电压。
在步骤 a) 测得的测量放大器交流输出信号的频率即为测量放大器内部参考信号的频率 , 在步骤 c) 测得的音频信号发生器的输出电压值等同于测量放大器内部参考信号的电压。
7.2.16 极化电压
7.2.16.1 测量放大器的极化电压采用补偿法测量 , 校准装置如图 10所示。 可调直流稳压电源输出电压的正极和测量放大器极化电压的正极分别接至直流检流计的两端。
图 10 极化电压校准装置示意图
7.2.16.2 调节可调直流稳压电源的输出电压使其接近于极化电压的标称值 , 再接入直流检流计。然后仔细调节可调直流稳压电源的输出电压 , 使直流检流计指零 , 此时数字电压表的示值即为测量放大器极化电压值。
7.2.16.3 如数字电压表的适用直流电压挡的输入阻抗大于 10GΩ, 则可用来直接测量极化电压。
8 校准结果表达
8.1 校准记录
推荐的校准记录的格式见附录 A。
8.2 校准数据处理
所有的数据应先计算 , 后修约。 出具校准数据的有效位数按如下方法修约 :
a) 对以下校准项目修约到百分之一分贝 :
— 整机灵敏度 ;
— 线性频率响应 ;
— 指示器分度误差 ;
— 输入衰减器误差 ;
— 输出衰减器误差 ;
— 电输出的级线性。
b) 对以下校准项目修约到十分之一分贝 :
— 频率计权 ;
— 高、低通滤波器特性 ;
— 时间计权 ;
—猝发音响应 ;
— 有效值特性。
c) 本机噪声和谐波失真的校准结果保留两位有效数字 ;
d) 内部参考信号和极化电压的校准结果保留四位有效数字。
8.3 校准证书
经校准的仪器应出具校准证书。校准证书应包括的信息及推荐的校准证书的内页格式见附录 B。
8.4 校准结果的测量不确定度
8.4.1 测量放大器校准结果的测量不确定度按 JJF 1059—1999的要求评定 , 不确定度评定的实例见附录 C。
8.4.2 本规范主要校准项目的测量扩展不确定度建议不超过表 5 所列的数值 , 其包含因子为 2, 相当于置信概率 95%。
表 5 校准扩展不确定度的最大值
表 5 (续)
9 复校时间间隔
测量放大器的复校时间间隔建议为 1年。然而 , 复校时间间隔的长短取决于仪器的使用情况 (使用部位的重要性、环境条件、使用频率)、使用者、仪器本身质量等诸多因素 , 因此 , 客户可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔。
附录 A
校准记录的内容
测量放大器校准记录的内容及推荐的格式见表 A.1。
表 A.1 校准记录的格式
表 A.1 (续)
附录 B
校准证书的内容
B.1 校准证书至少应包括以下信息 :
a) 标题 , 如 “校准证书”:
b) 证书的编号、页码及总页数 ;
c) 校准实验室的名称和地址 ;
d) 进行校准的日期 ;
e) 进行校准的地点 (如果不在实验室内进行校准) ;
f) 客户的名称和地址 ;
g) 被校测量放大器的型号、规格及出厂编号 ;
h) 本技术规范的名称及代号 ;
i) 本次校准所用测量标准溯源性及有效性的说明 ;
j) 校准环境的描述 ;
k) 校准结果及其测量不确定度的说明 ;
l) 校准证书签发人的签名、职务或等效标识 , 以及签发日期 ;
m) 校准结果仅对被校对象有效的声明 ;
n) 未经实验室书面批准 , 不得部分复制证书的声明。
B.2 推荐的测量放大器校准证书的内页格式见表 B.1。
表 B.1 校准证书内页的格式
表 B.1 (续)
附录 C
不确定度的评定实例
C.1 引言
本附录以整机灵敏度、频率计权、线性频率响应、有效值特性和极化电压等校准项目的测量不确定度评定为例 , 说明测量放大器校准项目的测量不确定度评定的程序。
由于校准方法和所用仪器设备相同或近似 , 其他一些项目的不确定度评定与以上一些项目也是相同或近似的。例如 , 输入衰减器误差、输出衰减器误差、 电输出的级线性和内部参考信号电压的不确定度的评定与整机灵敏度的不确定度评定是相同的。
C.2 整机灵敏度校准结果的测量不确定度评定C.2.1 数学模型
测量放大器整机灵敏度的校准是当输入正弦波信号频率为 1 kHz时 , 使得测量放大器的示值为 94dB所对应的输入信号的有效值与 50 mV之差 , 用分贝表示。
测量放大器整机灵敏度的误差按式 (C.1) 计算 :
δS =-20lg (C.1)
C.2.2 标准不确定度的 A类评定
A类标准不确定度主要来源于测量的重复性 , 本范例在相同的测量条件下对测量放大器整机灵敏度重复测量 6次 , 得到的结果如表 C.1所示。
表 C.1 整机灵敏度的测量数据
实验标准差按式 (C.2) 计算 :
式中 :δ——— 的, ;值 , dB;
δS— 整机灵敏度误差 n次测量结果的平均值 , dB。
根据表 C.1 中的数据 , 可由式 (2) 计算出整机灵敏度误差的实验标准差
s(δS) = 0.014dB校准时取单次测量结果 , 故 A类标准不确定度
uA =s(δS) = 0.014dB
C.2.3 标准不确定度的 B类评定
测量放大器整机灵敏度校准的 B类不确定度主要来源于 :
a) 数字电压表示值误差引入的标准不确定度分量
数字电压表示值误差的半区间为 0.2% , 约等于 0.017dB, 其引入的标准不确定度
按均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即 , 数字电压表示值误差引入的不确定度分量为
uB1 = 0.017/ 3 = 0.010 dB
b) 音频信号发生器稳定度引入的标准不确定度分量
音频信号发生器在校准期间的稳定度优于 ±0.02 dB, 其引入的标准不确定度按均
匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 故信号发生器稳定度所引起的标准不确定度分量为
uB2 = 0.02/ 3 = 0.012dB
c) 数据修约引入的标准不确定度分量
由于要求报告的数据修约到 0.01 dB, 故在计算过程中数据修约误差所带来的不确定度分量为
uB3 = 0.005/ 3 = 0.003 dB
d) 对其他因素的考虑
由于测量放大器在 1 kHz左右的频率响应相对平坦 , 由频率计误差及音频信号发生器频率不稳定而引起的不确定度分量非常小 , 因而可忽略不计。
在本规范规定的校准环境条件下 , 温度、湿度等参数引起的不确定度通常可忽略不计。
校准装置中虽然使用了精密衰减器 , 但它仅用于调节输入信号的幅值 , 对不确定度无贡献。
C.2.4 合成标准不确定度
整机灵敏度校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表 C.2 中。
表 C.2 整机灵敏度校准结果的测量不确定度的来源及数值
由于表 11 中各分量独立无关 , 故合成标准不确定度为
uc = u + u1 + u2 + u3 = 0.021 dB
C.2.5 扩展标准不确定度
取包含因子 k= 2, 则测量放大器整机灵敏度校准的扩展不确定度为
C.3 频率计权校准结果的测量不确定度评定
C.3.1 数学模型
频率计权是测量放大器在不同频率时的输出电平与 1 kHz时输出电平之差值。根据本规范设计的方法 , 频率计权按式 (C.3) 计算 :
δf = δM +δA (C.3)
式中 : δf—A计权 , dB;
δM — 测量放大器输出衰减器和输入衰减器相对于 1 kHz时的衰减之和 , dB;
δA — 精密衰减器相对于 1 kHz时的衰减 , dB。
C.3.2 标准不确定度的 A类评定
校准频率计权时 , A类标准不确定度主要来源于测量的重复性 , 本范例在相同的测量条件下测量放大器在 20 Hz时的 A计权重复测量 6次 , 得到的结果如表 C.3所示。
表 C.3 频率计权的测量数据
参照 C.2.2 可知 , 由测量重复性引入的不确定度分量为
uA = 0.052dB
C.3.3 标准不确定度的 B类评定
校准频率计权时 , B类标准不确定度主要来源于 :
C.2.)a)标)。准数 字电 压表 示值 误差 引入 的标 准不 确定 度分 量 , uB1 = 0.010 dB (见C.2.)音)。频信 号发 生器 稳定 度引 入的 标准 不确 定度 分量 , uB2 = 0.012 dB (见
c) 精密衰减器引入的标准不确定度分量。在校准过程中 , 精密衰减器的衰减量在10dB 内改变 , 而精密衰减器在 10dB 内的误差优于 ±0.05dB, 其引入的标准不确定度
按均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即 , 精密衰减器引入的不确定度分量为
uB3 = 0.05/ 3 = 0.029dB
d) 测量放大器输出衰减器和输入衰减器引入的标准不确定度分量。 测量放大器的
输入衰减器和输出衰减器的精度优于 ±0.1 dB, 其引入的标准不确定度按均匀分布估
计 , 取包含因子 k= 3 , 即测量放大器输出衰减器引入的不确定度分量 uB4和输入衰减
uB4 =uB5 = 0.1/ 3 = 0.058dB
e) 由频率计误差及音频信号发生器频率不稳定而引起的不确定度分量 uB6估计为0.002dB。
f) 要求报告的数据修约至 0.1 dB, 在计算过程中数据修约误差所带来的不确定度分量为
uB7 = 0.05/ 3 = 0.029dB
C.3.4 合成标准不确定度
频率计权校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表 C.4之中。
表 C.4 频率计权校准结果的测量不确定度的来源及数值
表 C.4 中各分量独立无关 , 故合成标准不确定度为
C.3.5 扩展标准不确定度
取包含因子 k= 2, 则测量放大器频率计权校准的扩展不确定度为
C.4 线性频率响应校准结果的测量不确定度评定
C.4.1 数学模型
线性频率响应是测量放大器在不同频率时的输出电平与 1 kHz时输出电平的差值。根据本规范设计的方法 , 线性频率响应按式 (C.4) 计算 :
δf =δA (C.4)
式中 : δf— 线性频率响应 , dB;
C.4.2 标准不确定度的 A类评定
校准线性频率响应时 , A类标准不确定度主要来源于测量的重要性 , 本范例在相同的测量条件下对测量放大器在低频段 (5 Hz)、 中频段 (10kHz) 和高频段 (200kHz)的线性频率响应重复测量 6次 , 得到的结果如表 C.5所示。
表 C.5 线性频率响应的测量数据
参照 C.2.2, 可求出在低频段、 中频段和高频段 , 由测量重复性引入的不确定度分量 uA 分别为 0.010 dB、0.009dB和 0.016dB。
C.4.3 标准不确定度的 B类评定
线性频率响应校准的 B类标准不确定度主要来源于 :
a) 数字电压表示值误差引入的标准不确定度分量。在 (10 Hz~50 kHz) 的频率范
围内 , 数字电压 表示 值误 差的 半区 间为 0.2 % , 约等 于 0.017 dB; 在 (2~ 10) Hz和
(50~200) kHz的频率 范围 内 , 数字 电压 表示 值误 差的 半区 间为 1 % , 约等 于
0.086dB。其引入的标准不确定 度按 均匀 分布 估计 , 取包 含因 子 k= 3, 即 , 数字 电压
0.010dB和 0.050dB。
b) 音频信号 发生 器稳 定度 引入 的标 准不 确定 度分 量 uB2 = 0.012 dB (见 C.2.3 b))。
c) 精密衰减器误差引入的标准不确定度。测量放大器线性频率响应不均匀性通常在 1 dB以内 , 而精密衰减器在 1 dB内的误差优于 ±0.02 dB, 其引入的标准不确定度按
均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3, 即精密衰减器引入的不确定度分量为uB3 = 0.02/ 3 = 0.012dB
d) 计算过程中数据修约误差所带来的不确定度分量为
uB4 = 0.005/ 3 = 0.003 dB
C.4.4 合成标准不确定度
线性频率响应校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表 C.6 中。
表 C.6 线性频率响应校准结果的测量不确定度的来源及数值
表 C.6 中各分量独立无关 , 故可计算出低频段、 中频段和高频段的合成标准不确定度 uc 分别为 0.054dB、0.022dB和 0.055 dB。
C.4.5 扩展标准不确定度
取包含因子 k=2, 则测量放大器线性频率响应校准在不同频率范围内的扩展不确
— 2 Hz0 Hz: U=0.11 dB;
C.5.1 测量方法
按校准规范的设计 , 测量放大器有效值特性的误差按如下方法测量 :
a) 施加 2 kHz的正弦信号 , 使测量放大器指示在满偏转以下 2 dB处 ;
b) 施加从 2 kHz连续信号中提取的持续时间为 2 ms (峰值因数为 5 时) 或 0.5 ms (峰值因数为 10时)、重复频率为 40 Hz的重复猝发音序列信号 , 增加猝发音信号的幅度 , 使其在测量放大器上产生与步骤 a) 相同的指示 ;
c) 猝发音信号幅度的理论增加与在步骤 b) 中实际增加值之差即为测量放大器有效值特性的误差。
C.5.2 标准不确定度的 A类评定
校准猝发音响应时 , A类标准不确定度主要来源于测量的重复性 , 本范例在相同的测量条件下对测量放大器在峰值因数为 5 时的有效值特性的误差重复测量 6次 , 得到的结果如表 C.7所示。
表 C.7 有效值特性的测量数据
参照 C.2.2, 可求出由测量重复性引入的不确定度分量为
uA = 0.041 dB
C.5.3 标准不确定度的 B类评定
校准有效值特性时 , 主要的 B类不确定度来源于以下几个方面 :
)) u,B2.准(..)均)。匀分
布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即精密衰减器引入的不确定度分量为uB3 = 0.1/ 3 = 0.058dB
c) 猝发音持续时间的误差为 ±% , 其半区间约为 0.086 dB, 其引入的标准不确定
度按均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即猝发音持续时间误差引起的不确定度分量为
uB4 = 0.086/ 3 = 0.050 dB
d) 猝发音重复时间的误差为 ±1% , 其半区间约为 0.086 dB, 其引入的标准不确
定度按均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即猝发音持续时间误差引起的不确定度分量
uB5 = 0.086/ 3 = 0.050 dB
e) 在计算中要求数据修约到 0.1 dB, 数据修约误差引入的标准不确定度分量为
uB6 = 0.05/ 3 = 0.029dB
C.5.4 合成标准不确定度
有效值特性校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表 C.8 中。
表 C.8 有效值特性校准结果的测量不确定度的来源及数值
表 C.8 (续)
表 C.8 中各分量独立无关 , 故合成标准不确定度为
C.5.5 扩展标准不确定度
取包含因子 k= 2, 则测量放大器有效值特性校准的扩展不确定度为
C.6 极化电压校准结果的测量不确定度评定
C.6.1 数学模型
测量放大器的极化电压采用补偿法测量 , 可调直流稳压电源的正极与极化电压的正极之间串接直流检流计 , 调节直流稳压电源的输出电压 , 使直流检流计指零 , 用数字电压表测量稳压电源的输出电压 , 此电压在数值上与被测极化电压相等 , 即 :
UP =US (C.5)
式中 : UP— 测量放大器的极化电压 , V;
US— 检流计指零时稳压电源的输出电压 , V。
C.6.2 标准不确定度的 A类评定
测量极化电压时 , A类标准不确定度主要来源于测量的重复性 , 本范例在相同的测量条件下对标称值为 200V 的极化电压重复测量 6次 , 得到的结果如表 C.9所示。
表 C.9 极化电压的测量数据
根据表 C.9 的数据 , 可计算出实验标准差 :
相对标准差为
由测量重复性引入的不确定度分量为
uA = 0.014%
C.6.3 标准不确定度的 B类评定
校准极化电压时 , B类不确定度的主要来源为 :
数字电压表测量直流电压的示值误差的半区间为 0.01% , 其引入的标准不确定度按均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即数字电压表示值误差引起的不确定度分量为
uB1 = 0.01%/ 3 = 0.0058%
b) 可调直流稳压电源输出电压稳定度引入的标准不确定度
可调直流稳压电源输出电压稳定度为 ±0.01% , 波动量半区间为 0.01% , 其引入的标准不确定度按均匀分布估计 , 取包含因子 k= 3 , 即可调直流稳压电源输出电压稳定度引入的不确定度分量为
uB2 = 0.01%/ 3 = 0.0058%
c) 检流计不回零位引入的不确定度分量
检流计的电流常数为 5×10-9A/格 , 检流计不回零位不大于 0.5格 , 则对应的电流为 2.5×10-9A, 极化电压源的内阻通常为 20MΩ, 内阻上的电压降为 0.05V, 对标称值 200V而言相对值为 0.025% , 其引入的标准不确定度按均匀分布估计 , 取包含因子
k= 3 , 即 , 检流计不回零位引起的不确定度分量为
uB3 = 0.025%/ 3 = 0.014%
d) 数据修约引入的标准不确定度分量
要求报告数据精确到 0.1 V, 数据修约误差为 ±0.05V, 对 200V而言 , 相对误差为 0.025 % , 故在计算过程中数据修约误差所带来的不确定度分量为
uB4 = 0.025%/ 3 = 0.014%
C.6.4 合成标准不确定度
极化电压校准结果的测量不确定度的来源及数值汇总于表 C.10 中。
表 C.10 极化电压校准结果的测量不确定度的来源及数值
表 C.10 中各分量独立无关 , 故合成标准不确定度为
uc = u + u1 + u2 + u3 + u4 = 0.028%
C.6.5 扩展标准不确定度
取包含因子 k= 2, 则测量放大器极化电压校准的扩展不确定度为
