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5520A校準儀檢定高精度6位半數表的探討

添加時間:2018-02-28 11:04 文章來源:未知 作者:焦丹 點擊數: 【字體:
FLUKE 5520A多功能校準儀,能作為檢定電壓、電流、電阻、電容、頻率、溫度、壓力以及示波器的 標準源。其電壓、電流等分辨率與6位半數表相仿,因此,在作為檢定高精度6位半數表的校準時,勢必要進行認真嚴格的探討。本文以5520A 多功能校準儀檢定 34401A 程控數表為例,探討用5520A 校準儀檢定高 精度6位半數表的檢定方法。
 
一、 目前 34401A 數表檢定現狀
 
HP34401A程控數字萬用表不但性能穩定而且精度高,成為自動化測試系統中常見的一種通用儀 器。該儀器在為自動化測試系統提供高精度測量的同時,也給對自身的計量檢定提出了高要求。一般的省級計量測試技術研究所不具備對HP34401A 程控數字萬用表的檢測能力。
從 HP34401A數表的測量范圍全面分析,FLUKE5520A 多功能校準儀確實不全具備檢定該類型數表 的技術性能。這使得目前計量界普遍認為5520A 校準儀不能檢定34401A 數字萬表,以致一些擁有5520A校準儀的計量單位,沒能開展檢定 34401A 數字業務,僅簡單地將數表向上級送檢。
但是,只要對5520A 校準儀的技術性能進行合理擴展,即可滿足開展對HP34401A 數表進行常規檢定 的要求。這樣不但可以節約(或創收)可觀經費,避免數表送檢時運輸損壞,而且能大大縮短檢定時間。因此, 探討如何用5520A 校準儀,方便快捷地檢定高精度6位半數表,具有很大的理論和實用價值。
 
二、 新計量技術規范對測量儀器特性評定的基本要求
 
過去,測量儀器不確定度可忽略不計的一般要求是:檢定用測量儀器與被檢測量儀器的測量不確定度比, 或測量儀器的測量不確定度與被檢工作測量器具的允許誤差極限之比,一般在 1/41/10 之間確定。2003 年 2 月 4 日實施的國家計量技術規范《JJF1094-2002測量儀器特性評定》中,對測量儀器示值誤差符合性評定的基本要求,進行了如下闡述:
 
“對測量儀器特性進行符合性評定時,若評定示值誤差的不確定度滿足下面要求,則可不考慮示值誤差評定的測量不確定度的影響:評定示值誤差的不確定度95(在一般情況下,評定示值誤差的不確定度95 , 可取包含因子=2 的擴展不確定度),與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值 MPEV 之比,應小于或等于 1﹕3”。
 
以上闡述,基本符合數表檢定中所規定的總體要求:整個標準裝置系統的綜合誤差,應小于被檢數表允 許誤差的 1/31/5
 
三、 5520A 校準儀對 34401A 數表檢定時的特性評定
 
對 HP34401A 數字萬用表的計量,在使用單位沒有提出特別要求的情況下,通常檢定的功能項是:直流 電壓、直流電流、交流電壓、交流電流及電阻測量。
 
1、將 HP34401A 數表在這些功能項參數的一年不確定度,與FLUKE 5520A校準儀的一年不確定度進行比較考察。
 
(1)符合 JJF 1094-2002 基本要求的校準儀功能項(或輸出檔)有:直流電流、交流電流(3A 及以下檔輸 出的中頻段)、交流電壓(330V 及以下檔輸出的中頻段)、電阻測量。
 
(2)不符合上述基本要求的校準儀功能項(或輸出檔)有:直流電壓、交流電流(3A 以下檔輸出的低頻和 高頻段,1.1A 檔輸出中頻段)、交流電壓(330V 及以下檔輸出的低頻和高頻段、1020V 檔輸出)。
 
2、對上述不符合要求的校準儀功能項(或輸出檔),用數表功能項(或量程)的一年不確定度,與 FLUKE 5520A 校準儀的 90 天不確定度進行比較考察。
 
(1)符合 JJF 1094-2002 基本要求的校準儀功能項(或輸出檔)有:直流電壓、交流電流(1.1A 檔輸出的中 頻段)、交流電壓(1020V 檔輸出的中頻段)。
 
(2)不符合上述基本要求的校準儀功能項(或輸出檔)有:交流電流(所有輸出檔的低頻和高頻段)、交流電壓(所有輸出檔的低頻和高頻段)。
 
四、 合理擴展 5520A 多功能校準儀性能
 
參照上海計量測試技術研究院,對HP34401A 數表進行常規檢定的檢定范圍,只要5520A 多功能校準 儀在一些功能項的檔位輸出,滿足其90天不確定度要求,就能實現5520A多功能校準儀對34401A 數表開 展計量檢定。否則,可采用由上級計量技術機構對 5520A 溯源時給出的修正值作為標準值,對 34401A 數表 開展計量檢定。實踐中應盡可能避免采用引進測量儀器修正值的檢定方法。主要因為,一是修正值法需要進 行繁瑣的數據處理;二是修正值法只能在一些固定的指定點上對數表進行檢定。
 
我們把 5520A 校準儀的90天不確定度,運用到對 HP 34401A 數表的計量上,稱之為校準儀“性能合理 擴展”。在進行儀器特性評定時發現,與HP34401A 數表不確定度比較,5520A校準儀一些功能項的一年不 確定度滿足 JJF1094-2002 要求。顯然開展檢定時,是用5520A 校準儀的90天不確定度,還是用一年不 確定度,根據需要而定。我們把按照 JJF1094-2002 要求,選用校準儀不同不確定度的方法,稱之為校準儀與數表的“參數不確定度匹配”。
 
經測量儀器的特性評定還可以看出,數表的交流功能項的低頻和高頻端,無法完成校準儀與數表的“參數不確定度匹配”。參照上海計量測試技術研究院,對34401A數表進行常規檢定的檢定范圍,是在40Hz~50kHz范圍檢測數表的交流頻響特性。用5520A 校準儀檢定34401A 數表時,只要改為在45Hz~50kHz范圍 對數表進行頻響檢測,即可實現“參數的不確定度匹配”。
 
五、 5520A 多功能校準儀溯源的特殊要求
 
在探討用5520A 校準儀檢定34401A 數表中,需要用到校準儀的90天不確定度。這就有必要在對校準儀溯源時,向上級計量技術機構提出考察校準儀一些輸出檔90天不確定度的特殊要求。為便于用5520A 校準儀檢定 34401A 數表的實際操作,我們參照上海計量測試技術研究院對34401A數表進行常規檢定的檢定 點,在此給出5520A 多功能校準儀溯源時,對量值傳遞單位提出特殊要求的具體做法:
 
1、請上級計量技術機構按5520A校準儀一年不確定度開展正常檢定。

2、根據正常檢定結果,請上級計量技術機構在下列功能項(或輸出檔)上,檢定校準儀的90天不確定度。
 
若不滿足90天不確定度指標,則給出指定點的修正值及修正值的不確定度 U95 (包括該不確定度在多長時 間內有效)。
 
(1)直流電壓功能項
 
330mV 檔:不滿足90天指標時給出 10mV、40mV、70mV、100mV 點修正值。 3.3V 檔:不滿足90天指標時給出 400mV、700mV、1V、2V、3V 點修正值。
 
33V 檔:不滿足90天指標時給出 4V、5V、6V、7V、8V、9V、10V 點修正值。 330V 檔:不滿足90天指標時給出 40V、70V、100V 點修正值。

1000V 檔:不滿足90天指標時給出 400V、700V、1000V 點修正值。
 
(2)交流電壓功能項的 1020V 檔:不滿足90天指標時給出 400V、750V 點修正值。 (3)交流電流功能項的 1.1A 檔:不滿足90天指標時給出 0.4A、0.7A、1A 點修正值。
 
六、 校準儀對高精度數表開展檢定的幾點說明
 
因為 5520A 多功能校準儀沒能做到全具備檢定34401A 數字萬用表能力。因此,在用校準儀對該型數表檢定時應注意以下幾點。
 
1、開展檢定的時間把握對5520A 校準儀性能合理擴展時,用到了校準儀的90天的不確定度。因此,開展數表檢定的時間,應盡量在校準儀溯源90天內進行。
 
2、必要時需用修正值法檢定,由于FLUKE5520A多功能校準儀在制造上采用了多項專利技術,因此,一般情況下其技術指標都能滿 足90天不確定度要求。也就是說,在絕大多數情況下,不需要采用修正值檢定方法。但是,在以上需要考察90天不確定度的七個輸出檔上,如果存在不滿足要求的輸出檔,則在該輸出檔必須引用校準儀指定點的 修正值開展檢定,而不能任選檢定點。
 
3、可通過開發5520A 校準儀和高精度6位半數表的程控功能,克服必須用修正值檢定法時的繁瑣數據處理問題。
 
4、以下情況數表需送上級計量技術機構檢定

(1)數表用戶要求數表的頻率特性超出45Hz~50kHz范圍。
 
(2)在需要考察校準儀 90 天不確定度的七個輸出檔上,存在不能滿足要求的輸出檔。數表用戶在送檢 時指定了必須對數表某些點進行計量,而這些計量點只要有一點處在校準儀不能滿足90天不確定度要求的 輸出檔范圍內,且沒有該點的修正值。
 
5、校準儀電流輸出
 
在檢定數表直流或交流電流 3A 點時,應將校準儀電流輸出設置為對應的直流或交流 2.99999A 輸出。這 是因為,一是不需要更換校準儀的輸出接線柱;二是設置為 3A 輸出,校準儀不能滿足《JJF1094-2002 測量 儀器特性評定》基本要求,設置為2.99999A 輸出,反而能滿足要求。
 
6、數表其他功能項的檢定,或其他類型高精度6位半數表的檢定,可參照本文闡述的觀點和方法開展。
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