资料介绍
中华人民共和国国家计量检定规程
JJG 1019—2007
工作标准传声器
(耦合腔比较法)
(CouplerComparison Method)
2007-02-28发布 2007-05-28实施
国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布
工作标准传声器检定规程
Verification Regulation ofWorkingStandard Microphones (CouplerComparison Method)
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本规 程经 国家 质量 监督 检验 检疫 总局 2007年 2 月 28 日批 准 , 并自2007年 5月 28 日起施行。
归口 单位 : 全国声学计量技术委员会
起草 单位 : 中国计量科学研究院
陕西师范大学应用声学研究所
本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释
本规程起草人 :
张美娥 (中国计量科学研究院)
陈剑林 (中国计量科学研究院)
吴胜举 (陕西师范大学应用声学研究所)帅正萍 (中国计量科学研究院)
郑晓媛 (中国计量科学研究院)
白滢 (中国计量科学研究院)
目录
工作标准传声器检定规程 (耦合腔比较法)
本规程依据 国际 电工 委员 会标 准 IEC 61094-4: 1995 《测量 传声 器第 4 部分 :工作标准传声器规范》 和 IEC 61094-5: 2001 《测量传声器第 5 部分 : 工作标准传声器声压校准的比较法》 制定。
1 范围
本规程适用于满 足 IEC 61094-4: 1995规定 的 WS1型和 WS2型工 作标 准传 声器的首次检定、后续检定和使用中的检验 (WS为 working standard 的缩写)。
2 引用文献
本规程引用下列文献 :
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 《测量不确定度评定与表示》
JJG 175—1998 《测试电容传声器》
JJG 176—2005 《声校准器》
JJG 449—2001 《倍频程和 1/3倍频程滤波器》
GB/T 3102.7—1993 《声学的量和单位》
GB/T 3947—1996 《声学名词术语》
IEC 60942: 2003 Electroacoustics-Sound calibrators
IEC 61094-2: 1992 Measurement microphones Part2: Primary method for pressure calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique
IEC 61094-3: 1995 Measurement microphones Part3: Primary method for free- field calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique
IEC 61094-4: 1995 Measurement microphones Part 4: Specifications for working standard microphones
IEC 61094-5: 2001 Measurement microphones Part 5: Methods for pressure cali- bration ofworking standard microphones by comparison
使用本规程时 , 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
本规程采用 GB/T 3102.7—1993中规定的声学的量和单位。
本规程采用 JJF 1034—2005和 GB/T 3947—1996中规定的相关术语和定义。
根据本 规程 需要 , 引用 IEC 61094-4: 1995 和 IEC 61094-5: 2001 中的 以下 术语和定义 :
3.1 工作标准传声器 (working standard microphone)
至少可用以下方法之一校准的传声器 :
a) IEC 61094-2: 1992或 IEC 61094-3: 1995 中规定的方法 ;
b) 与已校准过的实验室标准传声器作比较 ;
c) 使用 IEC 60942: 2003中规定的声校准器。
工作标准传声器应满足机械尺寸和电声性能方面的特定要求 , 特别是关于时间稳定性和环境条件相关性的要求。
3.2 耦合腔 (coupler)
一种在安装传声器后 , 能形成规定形状和尺寸的空腔 , 在传声器之间以及传声器和声源之间提供声耦合单元的装置。
注 : 包含有径向声源 , 当施加外部电信号时 , 可在传声器振膜之间产生径向对称声场的耦合腔 ,称为有源耦合腔。
4 概述
工作标准传声器是一种机械尺寸和电声性能 (特别在时间稳定性和环境条件影响方面) 有特定要求的传声器 , 一般用于声压测量系统和声测量仪器的检定。
5 计量性能要求
5.1 声压灵敏度级
工作标准传声器在 200 Hz~1 kHz范围内的参考频率 f0 处的最小声压灵敏度级见表 1。f0 由制造商给出 , 若无具体规定 , 则 f0 取 250 Hz。
表 1 工作标准传声器的最小声压灵敏度级
5.2 声压灵敏度级的频率响应
工作标准传声器声压灵敏度级的频率响应允差见表 2。
表 2 工作标准传声器频率响应的允差
表 2 (续)
6 通用技术要求
6.1 标志和出厂校准资料
6.1.1 工作标准传声器应具有以下清晰而耐久的标志 :
1) 制造商的名称或商标 ;
2) 产品的型号 ;
3) 产品的序列号。
6.1.2 每个工作标准传声器应附有单独的出厂校准资料。 出厂校准资料应包括该工作标准传声器的声压灵敏度级、正常工作需要的极化电压、参考频率 , 如需作气压、温度和相对湿度的修正 , 则应给出相应的修正系数。
7 计量器具控制
计量器具控制包括首次检定、后续检定以及使用中的检验。
7.1 检定条件
7.1.1 计量标准器和主要配套设备
1) 实验室标准传声器
实验室标准传声器在检定时用作参考传声器 , 在检定的频率范围内 , 其声压灵敏度级的测量不确定度应为 :
:: 2((:zH)dz:B) ≤:()1d,0Bd((=(,~)1。):: 0.15dB(k(2));,
在检定的频率范围内 , 频率响应优于 ±0.2 dB, 检定期间的稳定度优于 ±0.01 dB。
3) 测量放大器
在检定的频率范围内 , 频率响应优于 ±0.2 dB, 检定期间的稳定度优于 ±0.02dB。
4) 带通滤波器
在检定的频率范围内 , 满足 JJG 449—2001对 1级滤波器的要求。
5) 正弦信号发生器
在检定的频率范围内 , 幅值线性优于 ±0.1 dB, 总谐波失真小于 0.05% , 检定期间的幅值稳定度优于 ±0.02dB。频率示值误差应优于 ±0.01%。
6) 有源耦合腔
在检定的频率范围内产生径向对称声场 , 腔内声压级应不小于 80dB。
7) 数字电压表
在检定 的频 率范 围内 , 数字 电压 表的 最大 允许 误差 应优 于 ± 0.5% (AC) 和±0.05% (DC)。
8) 声校准器
满足 JJG 176—2005对 LS级或 1级声校准器的要求。
9) 气压计
在检定环境条件内 , 最大允许误差应优于 ±0.2 kPa。
10) 温度计
在检定环境条件内 , 最大允许误差应优于 ±0.2℃。
11) 湿度计
在检定环境条件内 , 最大允许误差应优于 ±4%RH。
7.1.2 检定环境条件检定环境条件为 :
温度 : (20~26)℃ ;
相对湿度 : (30~90)% ;
气压 : (94~103)kPa;
耦合腔内的信噪比应不小于 40 dB。
7.2 检定项目
工作标准传声器的检定项目见表 3。
表 3 首次检定、后续检定和使用中检验的项目
7.3 检定方法
7.3.1 首次检定和后续检定
7.3.1.1 外观检查
被检工作标准传声器应具有清晰的标志 , 包括型号、序列号等。外观不应有机械损
伤 , 膜片清洁无污染、腐蚀现象。
出厂校准资料应符合 6.1.2 的要求。
7.3.1.2 声压灵敏度级
7.3.1.2.1 被检工作标准传声器至少应于检定前 4h放入符合检定环境条件的实验室中 , 以使传声器与检定环境达到平衡。
7.3.1.2.2 工作标准传声器的声压灵敏度级采用同时比较法检定 , 检定装置示意图见图 1。
图 1 同时比较法声压灵敏度级检定装置示意图
1) 检定装置预热时间不少于 30 min, 以保证极化电压充分稳定。
2) 用数字电压表 (DC) 检查测量放大器的极化电压并调整到需要的值。
3) 将参考传声器和被检工作标准传声器保护栅取下 (如有) , 需要时装上对应的转接环 , 参考传声器和被检声器尺寸规格应当相同。
4) 按图 1所示连接检定装置 , 参考传声器和被检工作标准传声器应与有源耦合腔紧密耦合并保持与耦合腔同轴 , 需要时用合适的弹簧固定器固定。
5) 调节两个测量放大器的前置放大器输入灵敏度 , 使其尽可能相同。
6) 信号发生器频率选择 f0 , 如制造商未规定参考频率则选择为 250 Hz。
7) 调节信号输出使腔内实际声压级不低于 80 dB且在测量放大器上有一个合适的指示。
8) 记录参考传声器通道上的数字电压表读数 U1 和被检工作标准传声器通道上的数字电压表读数 U2 , 按公式 (1) 计算两个通道的差值 Δ1 :
9) 保持正弦信号发生器的输出及测量放大器状态不变 , 将参考传声器和被检工作标准传声器交换位置 , 交换时应十分小心 , 避免对腔内声压级产生影响 , 重复步骤 8) ,得到差值 Δ2。
10) 按公式 (2) 计算被检工作标准传声器的声压灵敏度级 , 应符合表 1 的要求。
式中 : Lpx— 被检工作标准传声器的声压灵敏度级 , dB;
Lpref— 参考传声器的声压灵敏度级 , dB; Δ1 和 Δ2— 分别为两次测量所求得的差值 , dB。
7.3.1.3 声压灵敏度级的频率响应
声压灵敏度级的频率响应检定装置和检定方法与声压灵敏度级相同。
依据表 2按 1/3倍频程间隔改变正弦信号发生器的频率 , 重复 7.3.1.2.2 中的步骤
7) 至 10) , 测量计算各频率点的声压灵敏度级。
在测得的各频率点声压灵敏度级中 , 以 f0 上的声压灵敏度级作参考 , 声压灵敏度级的频率响应应符合表 2 中规定的允差要求。
7.3.2 使用中的检验
7.3.2.1 外观检查
外观检查的方法同 7.3.1.1。
7.3.2.2 声压灵敏度级
将被检工作标准传声器安装到前置放大器上并与测量放大器相连 , 在规定的预热时间后 , 用声校准器按 JJG 175—1998中 4.1.1规定的方法测量被检工作标准传声器的声压灵敏度级 , 应在表 1规定的范围内。
7.4 检定结果的处理
经检定符合本规程要求的工作标准传声器发给检定证书。检定不合格的工作标准传声器 , 发给检定结果通知书 , 检定结果通知书应标明不合格项目 , 对不能继续进行检定的项目应加以说明。检定证书和检定结果通知书的内页格式见附录 A。
7.5 检定周期
工作标准传声器的检定周期为 1年。
附录 A
检定证书和检定结果通知书的内页格式
A.1 检定证书内页格式
A.2 检定结果通知书内页格式
注 : 检定结果通知书中应标明检定不合格的项目 , 对不能继续进行检定的项目加以说明。
附录 B
测量不确定度评定实例
工作标准传声器主要检定的是开路声压灵敏度级 , 检定时将已知灵敏度的实验室标准传声器 (参考传声器) 与被检工作标准传声器同时暴露于相同声压中 , 它们的灵敏度之比由二者的开路电压之比给出 , 然后 , 从参考传声器的灵敏度计算出被检工作标准传声器的灵敏度。
B.1 数学模型
Mpx =Mpref × RV (B.1)
式中 : Mpx— 被检工作标准传声器的声压灵敏度 , mV/Pa;
Mpref— 参考传声器的声压灵敏度 , mV/Pa;
RV — 被检工作标准传声器与参考传声器的输出之比。
或者表示为 :
Lpx =Lpref +Δ (B.2)
Lpref— 参考传声器的声压灵敏度级 , dB; Δ— 两传声器输出之差 , dB。
B.2 A类标准不确定度的评定
(1) 对一只 WS2P型工作标准传声器的声压灵敏度级连续测量 6 次 , 其标准偏差u1 =s见表 B.1。
表 B.1 重复测量的结果
B.3 B类标准不确定度的评定
(2) 极化电压测量
极化电压测量用数字电压表的准确度为 DC: ±0.05% , 考虑到测量方法和检定期间稳定性 因素 , 因此 极化 电压 测量 的最 大误 差定 为 ± 0.1 V, 该分 量的 半区 间为20lg (200.1/200) dB,按矩形分布估计 , 引入的标准不确定度 u2 =0.0025 dB。
作为参考传声器使用的实验室标准传声器 , 其声压灵敏度用耦合腔互易法校准 , 校
准证书给出 的测 量不 确定 度为 0.05 dB~ 0.10 dB (k= 2) , 则标 准不 确定 度 u3 =
(4) 电压比测量
数字电 压表 的准 确度 为 AC: ± 0.5% , 其示 值误 差的 半区 间为 0.5% , 约为0.043 dB。 以均匀分布考虑 , 电压比测量的不确定度 udB。
(5) 传声器电容量
由于不使用插入电压技术 , 当被检工作标准传声器和参考传声器电容量不相同时 ,会引入不确定度 , 由于该参数本身很小 , 此分量的半区间估计为 0.01 dB, 以均匀分布考虑 , 引入的标准不确定度 udB。
(6) 传声器阻抗
传声器的声阻抗与两传声器之间的空气串联 , 传声器的声阻抗不相同 , 因此当它们暴露于相同的声场时可以有小的声压差 , 此分量的半区间估计为 0.005 dB, 以均匀分布考虑 , 引入的标准不确定度 udB。
(7) 修约误差
最终结果的分辨力为 0.01 dB, 给出矩形分布的半区间为 0.005 dB, 等效到标准不确定度为udB。
B.4 合成标准不确定度
测量不确定度来源及数值汇总于表 B.2。
表 B.2 测量不确定度的来源及数值
表 B.2 (续)
表 B.2 中各分量互不相关 , 合成标准不确定度 uc , 见表 B.3。 B.5 扩展不确定度
取包含因子 k=2, 则扩展不确定度 U=kuc, 见表 B.3。
表 B.3 标准不确定度和扩展不确定度
B.6 结论
根据以上不确定度分析 , 最大扩展测量不确定度与声压灵敏度级的频率响应最小允差之比 : , 故本检定可行。
