關(guān)于多功能標準源直流電壓校準方法探討

曾繼光

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

0 引言

多功能標準源屬于重要的標準信號源，主要的優(yōu)勢就是具備較高的可靠性，而且準確度較高，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，只采取一臺多功能標準源，就能夠?qū)τ诤芏嗟谋恍ＴO(shè)備進行校準，滿足許多設(shè)備的校準要求。按照《多功能標準源校準規(guī)范》（JJF l638—2017），下面進行探討5720A多功能標準源直流電壓的校準方法。

1 概述

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

對于5720A 多功能標準源直流電壓示值誤差展開測量，應(yīng)用的方法為標準源法，其中的指零儀就是數(shù)字多用表，如下圖1、圖2所示，為校準原理圖。

圖1 直流電壓小于10V校準原理圖

圖2 直流電壓大于等于10V校準原理圖

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準源的示值、固態(tài)直流電壓標準輸出實際值，U0是被校多功能標準源輸入到數(shù)字多用表后測量的示值、Ui是固態(tài)直流電壓標準輸入到數(shù)字多用表后測量的示值。另外，進行計算靈敏度系數(shù)，C1=1，C2=-1，C3=-1。

3 標準不確定度分量的評定

首先，對于標準不確定度分量u1進行分析，其屬于測量重復(fù)性引入的分量，屬A類評定。測量重復(fù)性是指在一組重復(fù)性測量條件下的測量精密度，在展開測量的過程中，本次案例選取10V點進行分析，設(shè)置測量環(huán)境、條件都是一樣的，進行連續(xù)性的測量，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。之后進行計算平均值，采取進行表示，最終得到了。以s(Ui)進行表示單次測量結(jié)果的標準偏差，最終s(Ui)=0.0000012V。在測量結(jié)果中，主要是選擇單次測量值，所以最終得到的標準不確度就是u1=s(Ui)=1.2×10-6V。

其次，進行評定734C固態(tài)直流電壓（10V）標準年穩(wěn)定性引入的標準不確定分量u2。展開評定過程中，屬B類評定。在年穩(wěn)定性方面上，標準器是±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的計算方法就是（

再次，進行評定的分量是不確定分量u3，其由數(shù)字多用表比率測量引入，屬B類評定。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，評定標準不確定分量u4，其通過數(shù)字多用表分辨力引入。在進行評定此分量的過程中，采取的評定方法為B類評定。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 標準不確定度匯總和擴展不確定度

4.1 標準不確定度匯總

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

4.2 擴展不確定度

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

5 校準方法分析

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

在測量不確定度比TUR（被校標準源的最大允許誤差與校準裝置的不確定度比）的分析上，主要的統(tǒng)計結(jié)果就是：被校準標準源中，就是指5720A標準源，標稱值為0.5V時，技術(shù)指標是7.6ppm；標稱值為1V時，技術(shù)指標是6.8ppm；標稱值為5V時，技術(shù)指標是4.6ppm；標稱值為10V時，技術(shù)指標是4.3ppm；標稱值為50V時，技術(shù)指標是7.0ppm；標稱值為100V時，技術(shù)指標是6.5ppm；標稱值為500V時，技術(shù)指標是9.0ppm。標準器，包含固態(tài)直流電壓標準、直流電壓分壓器、數(shù)字多用表。其中，固態(tài)直流電壓標準輸出值均是10V，不確定度指標均是1.2ppm。直流電壓分壓器中，輸入值是10時,比率為0.1，輸出值為1V時，不確定度指標是0.2ppm；輸入值為50V時，比率是0.1，輸出值為5V時，不確定度指標是0.2ppm；輸入值為100V時，比率為0.1，輸出值為10V時，不確定度指標是0.2ppm；輸入值為500V時，比率是0.01，輸出值是5V時，不確定度指標是0.5ppm。數(shù)字多用表中，標稱值為0.1V，不確定度指標是0.61ppm；標稱值為0.5V，不確定度指標是0.45ppm；標稱值為1V，不確定度指標是0.61ppm;標稱值為10V，不確定度指標是0.45ppm。校準裝置的不確定度分別是1.36ppm、1.30ppm、1.34ppm、1.28ppm、1.36ppm、1.30ppm、1.43ppm。最后計算測量不確定度比TUR（被校標準源的最大允許誤差與校準裝置的不確定度比）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，主要包含的測量點是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

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