關(guān)于多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓校準(zhǔn)方法探討

曾繼光

（佛山市順德區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所，廣東佛山，528000）

0 引言

多功能標(biāo)準(zhǔn)源屬于重要的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，主要的優(yōu)勢(shì)就是具備較高的可靠性，而且準(zhǔn)確度較高，屬于多功能儀器設(shè)備，可以輸出的參數(shù)較多，即直流（交流）電壓、直流（交流）電流等，應(yīng)用的范圍較廣，并且安全可靠性較高，只采取一臺(tái)多功能標(biāo)準(zhǔn)源，就能夠?qū)τ诤芏嗟谋恍ＴO(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，滿足許多設(shè)備的校準(zhǔn)要求。按照《多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)規(guī)范》（JJF l638—2017），下面進(jìn)行探討5720A多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓的校準(zhǔn)方法。

1 概述

5720A多功能標(biāo)準(zhǔn)源作為本次的被測(cè)對(duì)象。將JJF 1638—2017《多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)規(guī)范》，作為本次的測(cè)量依據(jù)，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)就是：734C固態(tài)直流電壓標(biāo)準(zhǔn)、752A直流電壓分壓器、8508A數(shù)字多用表。設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境條件，其中，相對(duì)濕度是50%-55%，溫度是20℃±2℃。

對(duì)于5720A 多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓示值誤差展開測(cè)量，應(yīng)用的方法為標(biāo)準(zhǔn)源法，其中的指零儀就是數(shù)字多用表，如下圖1、圖2所示，為校準(zhǔn)原理圖。

圖1 直流電壓小于10V校準(zhǔn)原理圖

圖2 直流電壓大于等于10V校準(zhǔn)原理圖

2 數(shù)學(xué)模型

設(shè)置的數(shù)學(xué)模型為，△=Ux-Uref(U0-Ui)。其中，Ux、Uref分別代表的是被校多功能標(biāo)準(zhǔn)源的示值、固態(tài)直流電壓標(biāo)準(zhǔn)輸出實(shí)際值，U0是被校多功能標(biāo)準(zhǔn)源輸入到數(shù)字多用表后測(cè)量的示值、Ui是固態(tài)直流電壓標(biāo)準(zhǔn)輸入到數(shù)字多用表后測(cè)量的示值。另外，進(jìn)行計(jì)算靈敏度系數(shù)，C1=1，C2=-1，C3=-1。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

首先，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1進(jìn)行分析，其屬于測(cè)量重復(fù)性引入的分量，屬A類評(píng)定。測(cè)量重復(fù)性是指在一組重復(fù)性測(cè)量條件下的測(cè)量精密度，在展開測(cè)量的過程中，本次案例選取10V點(diǎn)進(jìn)行分析，設(shè)置測(cè)量環(huán)境、條件都是一樣的，進(jìn)行連續(xù)性的測(cè)量，次數(shù)為十次。最終得到的結(jié)果就是（單位為 ：V）：9.999994、9.999994、9.999995、9.999995、9.999993、9.999993、9.999995、9.999992、9.999992、9.999993。之后進(jìn)行計(jì)算平均值，采取進(jìn)行表示，最終得到了。以s(Ui)進(jìn)行表示單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，最終s(Ui)=0.0000012V。在測(cè)量結(jié)果中，主要是選擇單次測(cè)量值，所以最終得到的標(biāo)準(zhǔn)不確度就是u1=s(Ui)=1.2×10-6V。

其次，進(jìn)行評(píng)定734C固態(tài)直流電壓（10V）標(biāo)準(zhǔn)年穩(wěn)定性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量u2。展開評(píng)定過程中，屬B類評(píng)定。在年穩(wěn)定性方面上，標(biāo)準(zhǔn)器是±1.2ppm輸出值，設(shè)a表示其半寬度，即1.2×10-5V，屬于均勻分布，k表示包含因子，取值為，那么u2的計(jì)算方法就是（

再次，進(jìn)行評(píng)定的分量是不確定分量u3，其由數(shù)字多用表比率測(cè)量引入，屬B類評(píng)定。在20V量程比率誤差方面，數(shù)字多用表比率的最大允許誤差為：±(0.12ppmRD+0.1ppmFS)，其中RD、FS分別指的是數(shù)字多用表的讀數(shù)、量程，屬均勻分布。k值取，則 ：u3=4.5×10-6V。

最后，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定分量u4，其通過數(shù)字多用表分辨力引入。在進(jìn)行評(píng)定此分量的過程中，采取的評(píng)定方法為B類評(píng)定。數(shù)字多用表（10V）中，分辨力為：0.000001V，其半寬度為5×10-7V。服從均勻分布，k值為，u4=2.9×10-7V。

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總和擴(kuò)展不確定度

4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總情況主要就是：u1，其來(lái)源于測(cè)量重復(fù)性，得到的數(shù)值為1.2×10-6V；u2，其來(lái)源于固態(tài)直流電壓標(biāo)準(zhǔn)年穩(wěn)定性，得到的數(shù)值是6.9×10-6V；u3，其來(lái)源于數(shù)字多用表比率測(cè)量，得到的數(shù)值是4.5×10-6V；u4，其來(lái)源于數(shù)字多用表分辨力，得到的數(shù)值是2.9×10-7V。另外，在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度上，其中標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量中，通過數(shù)字多用表分辨力引入的，相對(duì)于測(cè)量重復(fù)性引入的分量而言明顯較小，所以，無(wú)需對(duì)分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量進(jìn)行考慮。三個(gè)輸入量（u1、u2、u3）的關(guān)系是相互獨(dú)立的，因此得到的計(jì)算uc（合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度）的公式就是，最終得到的結(jié)果就是uc=8.3×10-6V。

4.2 擴(kuò)展不確定度

k表示包含因子，取值為2，那么擴(kuò)展不確定度U的計(jì)算方法為2×uc，最終得到的結(jié)果就是2×8.3×10-6V=1.7×10-5V。Urel的計(jì)算方式為U/Ux,結(jié)果為1.7×10-6。

5 校準(zhǔn)方法分析

在本文中，對(duì)于5720A多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓，以標(biāo)準(zhǔn)源法進(jìn)行合理的校準(zhǔn)，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)就是《多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)規(guī)范》（JJF 1638—2017）。需要注意的問題就是，應(yīng)該控制好校準(zhǔn)裝置的誤差絕對(duì)值，即校準(zhǔn)裝置的允許誤差絕對(duì)值需要小于被校標(biāo)準(zhǔn)源的最大允許誤差絕對(duì)值的三分之一。

在測(cè)量不確定度比TUR（被校標(biāo)準(zhǔn)源的最大允許誤差與校準(zhǔn)裝置的不確定度比）的分析上，主要的統(tǒng)計(jì)結(jié)果就是：被校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)源中，就是指5720A標(biāo)準(zhǔn)源，標(biāo)稱值為0.5V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是7.6ppm；標(biāo)稱值為1V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是6.8ppm；標(biāo)稱值為5V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是4.6ppm；標(biāo)稱值為10V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是4.3ppm；標(biāo)稱值為50V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是7.0ppm；標(biāo)稱值為100V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是6.5ppm；標(biāo)稱值為500V時(shí)，技術(shù)指標(biāo)是9.0ppm。標(biāo)準(zhǔn)器，包含固態(tài)直流電壓標(biāo)準(zhǔn)、直流電壓分壓器、數(shù)字多用表。其中，固態(tài)直流電壓標(biāo)準(zhǔn)輸出值均是10V，不確定度指標(biāo)均是1.2ppm。直流電壓分壓器中，輸入值是10時(shí),比率為0.1，輸出值為1V時(shí)，不確定度指標(biāo)是0.2ppm；輸入值為50V時(shí)，比率是0.1，輸出值為5V時(shí)，不確定度指標(biāo)是0.2ppm；輸入值為100V時(shí)，比率為0.1，輸出值為10V時(shí)，不確定度指標(biāo)是0.2ppm；輸入值為500V時(shí)，比率是0.01，輸出值是5V時(shí)，不確定度指標(biāo)是0.5ppm。數(shù)字多用表中，標(biāo)稱值為0.1V，不確定度指標(biāo)是0.61ppm；標(biāo)稱值為0.5V，不確定度指標(biāo)是0.45ppm；標(biāo)稱值為1V，不確定度指標(biāo)是0.61ppm;標(biāo)稱值為10V，不確定度指標(biāo)是0.45ppm。校準(zhǔn)裝置的不確定度分別是1.36ppm、1.30ppm、1.34ppm、1.28ppm、1.36ppm、1.30ppm、1.43ppm。最后計(jì)算測(cè)量不確定度比TUR（被校標(biāo)準(zhǔn)源的最大允許誤差與校準(zhǔn)裝置的不確定度比）分別是5.59、5.23、3.43、3.36、5.15、5.23、6.29。

根據(jù)以上的TUR分析，主要包含的測(cè)量點(diǎn)是0.5V、1V、5V、10V、50V、100V、500V，最終結(jié)果顯示：TUR值都是在3以上，均有效的滿足了相應(yīng)的量值傳遞要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

5720A多功能標(biāo)準(zhǔn)源，輸出穩(wěn)定性好，具備較高的準(zhǔn)確度，并且校準(zhǔn)不確定度低，輸出穩(wěn)定性好、安全可靠。在本文中，依據(jù)多功能標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)規(guī)范中的相關(guān)內(nèi)容，闡述多功能標(biāo)準(zhǔn)源直流電壓的校準(zhǔn)方法，為在該方面的校準(zhǔn)工作提供參考。