電荷放大器檢定結(jié)果的不確定度評(píng)定

杜建斌

[摘 ?要]本文以B&K2692為例介紹了電荷放大器的檢定裝置及檢定結(jié)果的不確定度來(lái)源與評(píng)定過(guò)程

[關(guān)鍵詞]電荷放大器 ?檢定結(jié)果 ?不確定度評(píng)定

中圖分類號(hào)：V245;V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）23-0330-01

0引言

電荷放大器是接電壓傳感器的一種前置放大器，主要用于放大來(lái)自電路的壓電器件電荷信號(hào)。電荷放大器可以將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成與其成正比的微弱電荷量，因而被廣泛地應(yīng)用于振動(dòng)、力、壓力、聲學(xué)等非電量電測(cè)技術(shù)。

下面以歸一化擋為例對(duì)其檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定。

1、測(cè)量方法

1.1測(cè)量依據(jù)

JJG 338-2013《電荷放大器檢定規(guī)程》.

1.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

電荷放大器的檢定裝置主要包括多功能校準(zhǔn)源、數(shù)字多用表、標(biāo)準(zhǔn)電容。

1.3被檢儀器

丹麥B&K電荷放大器2692。

信號(hào)輸入電壓：<10V（峰值）采集頻率：0.1Hz – 100kHz

差分電荷：10nc工作電壓：4.2V放大倍數(shù)：0.1mV/pc – 10V/pc

1.4檢定示意圖

我所檢定裝置為多功能校準(zhǔn)源、數(shù)字多用表及1000pF標(biāo)準(zhǔn)電容。如圖 1所示：

2、測(cè)量模型

電荷放大器歸一化置于1-0-0擋位，調(diào)節(jié)多功能校準(zhǔn)源，頻率為160Hz、多功能校準(zhǔn)源在0.5V左右調(diào)節(jié)直至數(shù)字多用表的輸出為5.000V記為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，則歸一化誤差為：

（j=2，3，…，28）

式中：為狀態(tài)序號(hào)為“j”時(shí)對(duì)應(yīng)的歸一化誤差，%;

為設(shè)置歸一化擋的數(shù)值;

為歸一化擋為“1-0-0”時(shí)電荷放大器輸出電壓，V;

為歸一化擋為“”時(shí)電荷放大器的輸出電壓，V。

測(cè)量結(jié)果的不確定度為：

式中：Ue為被檢儀器測(cè)量結(jié)果的不確定度;

U1為重復(fù)性引入的不確定度;

U2為多功能校準(zhǔn)源引入的不確定度;

U3為數(shù)字多用表引入的不確定度;

U4為標(biāo)準(zhǔn)電容引入的不確定度。-6

3、測(cè)量不確定度的來(lái)源

測(cè)量不確定度的來(lái)源見表1。

4、測(cè)量不確定度分量的計(jì)算

4.1重復(fù)性引入的不確定度

在環(huán)境條件滿足檢定要求的情況下由多功能校準(zhǔn)源給出標(biāo)準(zhǔn)電壓0.5V（160Hz），電荷放大器歸一化擋置于“5-0-0”，電荷放大器設(shè)置在線性擋，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容，電荷放大器連續(xù)測(cè)量十次讀取數(shù)據(jù)，由重復(fù)性數(shù)據(jù)知：

，

自由度v=n-1=9。

4.2多功能校準(zhǔn)源交流電壓引入的不確定度

多功能校準(zhǔn)源經(jīng)上級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定合格，由技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明書可得，在交流電壓輸出100mV～10V，10Hz～100kHz范圍內(nèi)，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具交流電壓功能的最大允許誤差為±0.000325V，

由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

4.3數(shù)字多用表的分辨力引入的不確定度

由數(shù)字多用表的技術(shù)說(shuō)明書可知，在1kHz，1V時(shí)電壓測(cè)量最大允許誤差為±0.17mV，認(rèn)為服從均勻分布，k=，UB1=0.17x1000÷≈98μV，自由度為∞。

由數(shù)字多用表技術(shù)說(shuō)明書可知，1V時(shí)分辨力為1μV，認(rèn)為服從均勻分布，取k=，則用B類方法評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：UB2=÷≈0.29μV 。由于重復(fù)性分量包含分辨力引入的不確定度分量，為避免重復(fù)計(jì)算，只計(jì)算最大影響量UB1，舍棄UB2 。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確擴(kuò)展不確定度計(jì)算換算為相對(duì)值為0.02%

4.4標(biāo)準(zhǔn)電容引入的不確定度分量

標(biāo)準(zhǔn)電容BR8/1（1000pF）經(jīng)上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定合格，在BR8/1檢定證書上，上級(jí)檢定機(jī)構(gòu)給出的擴(kuò)展不確定度為5x10-4，（k=2）由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

5、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以上各不確定度分量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

6、評(píng)定結(jié)果

擴(kuò)展不確定度U

7、應(yīng)用

由本文不確定度來(lái)源分量同樣可以算出在電荷放大器檢定過(guò)程中增益擋、線性誤差擋及輸入等效電荷噪聲等測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。

8、結(jié)束語(yǔ)

電荷放大器的工作狀態(tài)直接影響傳感器的測(cè)試精度 ，為保證測(cè)量值的統(tǒng)一、準(zhǔn)確、可靠，電荷放大器測(cè)量結(jié)果的不確定度就顯得尤為重要。本文對(duì)電荷放大器檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定，以便使用者可以正確的使用其測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)在同種條件下，用該裝置檢定校準(zhǔn)其他類型電荷放大器時(shí)，可直接使用本文中不確定度的評(píng)定結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG 338-2013 《電荷放大器檢定規(guī)程》;

[2]JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。