JJF 2077-2023 微波功率電橋校準規(guī)范

中華人民共和國國家計量技術(shù)規(guī)范JJF20772023微波功率電橋校準規(guī)范i i ii

i i i ii

i c i-

- -

-20231012發(fā)布-

- -

-國

家

市

場

監(jiān)

督

管

理

總

局 發(fā)

布JJF2077—2023微波功率電橋校準規(guī)范i i ii

i i ii

ic iMic i

JJF20772023歸

口

單

位:全國無線電計量技術(shù)委員會主要起草單位:中國航天科工集團二院203所中國計量科學研究院參加起草單位:西安空間無線電技術(shù)研究所本規(guī)范委托全國無線電計量技術(shù)委員會負責解釋JJF2077—2023本規(guī)范主要起草人:楊緒軍

(中國航天科工集團二院203所)陳云梅

(中國航天科工集團二院203所)李 勇

(中國計量科學研究院)參加起草人:劉 挺

(中國航天科工集團二院203所)袁文澤

(中國計量科學研究院)蔡小宏

(西安空間無線電技術(shù)研究所)JJF2077—2023目 錄引言

………………………

(Ⅱ)1

范圍……………………

(1)2

引用文件………………

(1)3

概述……………………

(1)4

計量特性………………

(1)5

校準條件………………

(1)5.1

校準環(huán)境條件………………………

(1)5.2

校準用設(shè)備…………

(1)6

校準項目和校準方法…………………

(2)6.1

外觀及工作正常性檢查……………

(2)6.2

溫度控制功能檢查…………………

(2)6.3

直流偏置功率………………………

(3)6.4

惠斯通電橋替代功率………………

(3)6.5

自平衡電橋替代功率………………

(4)7

校準結(jié)果表達…………

(5)8

復(fù)校時間間隔…………

(6)附錄

A 原始記錄格式

…………………

(7)附錄B

校準證書內(nèi)頁格式

……………

(8)附錄C 主要項目校準不確定度評定示例

……………

(9)ⅠJJF2077—2023引 言JJF1071—2010《國家計量校準規(guī)范編

寫

規(guī)

則》和

JJF1059.1—2012

《測

量

不

確

定度評定與表示》

共同構(gòu)成支撐本規(guī)范編制工作的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次發(fā)布。ⅡJJF2077—2023微波功率電橋校準規(guī)范1

范圍本規(guī)范適用于微波功率惠斯通電橋和自平衡電橋的校準。2

引用文件本規(guī)范無引用文件。3

概述微波功率電橋

(簡稱功率電橋)

按其工作原理可分為惠斯通電橋和自平衡電橋,其功率測量可以通過直流功率變化量來描述,直流功率的變化量被稱作替代功率,替代功率與功率座吸收的高頻或微波功率成正比。4

計量特性a)

直流偏置功率:30

mW。注:直流偏置功率通常在29.3mW~30.7mW。b)

惠斯通電橋替代功率:0.5

mW~10

mW;0最大允許誤差:±(.1%×P+5μW)。00c)

自平衡電橋替代功率:0.5

mW~10

mW;0最大允許誤差:±(.05%×P+0.5μW)。注:1

以上技術(shù)指標不作為符合性判定,僅提供參考。2

P

為替代功率。5

校準條件5.1

校準環(huán)境條件2a)

環(huán)境溫度:(3±5)℃;2b)

相對濕度:≤80%;2 5c)

供電電源:電壓

(20±11)V,頻率

2 5d)

其他:周圍無影響校準系統(tǒng)正

常

工

作

的

機

械

振

動

和

電

磁

干

擾,

校

準

時

環(huán)

境

溫

度變化不超過±2℃。5.2

校準用設(shè)備25.2.1

數(shù)字電壓表

(

臺)2直流電壓測量范圍:1V~10V;輸入電阻:不小于10MΩ;直流電壓最大允許誤差:±0.00085%。1序號校準項目名稱1外觀及工作正常性檢查2溫度控制功能檢查3直流偏置功率4惠斯通電橋替代功率5自平衡電橋替代功率JJF2077—20235.2.2

納伏表0直流電壓測量范圍:1

mV~100

mV;0最大允許誤差:±(.004%~0.008%)。25.2.3

電阻

(

個)2電阻:100Ω;最大允許誤差:±0.01%。5.2.4

1Ω電阻k測量不確定度:1×10-4

(=2)。k5.2.5

熱敏功率座頻率范圍:9kHz~2GHz;功率范圍:0.1

mW~10

mW;電壓駐波比:小于1.20。5.2.6

信號發(fā)生器頻率范圍:9kHz~2GHz;輸出功率:1

mW~10

mW;接頭類型:N型。6

校準項目和校準方法功率電橋校準項目見表1。表1

校準項目列表6.1

外觀及工作正常性檢查a)

被校功率電橋應(yīng)有說明書及全部配套附件;b)

被校功率電橋的外觀應(yīng)完好,

各

開

關(guān)表1

校準項目列表6.1

外觀及工作正常性檢查a)

被校功率電橋應(yīng)有說明書及全部配套附件;氣性能的機械損傷;c)

被校功率電橋通電后應(yīng)正常工作,具有內(nèi)部自檢功能的應(yīng)能通過自檢。6.2

溫度控制功能檢查a)

按圖1連接校準設(shè)備;2JJF2077—2023圖1

溫度控制功能檢查連接示意圖Bb)

設(shè)置功率電橋

A橋

(

橋)

工作電阻為200Ω;Bc)

被校功率電橋?qū)崦綦?/p>

阻

座

預(yù)

熱

1h~2h,

觀

察

被

校

功

率

電

橋

的

溫

度

控

制顯示狀態(tài),記錄于附錄

A中的表

A.1。6.3

直流偏置功率a)

按圖2連接校準設(shè)備;圖2

直流偏置功率校準連接示意圖b)

設(shè)置數(shù)字電壓表的電壓測量方式為DC、量程自動,讀取數(shù)字電壓表的電壓V0,和納伏電壓表的電壓Vab,記錄于附錄

A中的表

A.2;1c)

按公式

()

計算直流偏置功率Pb,記錄于附錄

A中的表

A.2。1R 1R 1

()Pb———直流偏置功率,mW;V0———數(shù)字電壓表電壓值,V;Vab———納伏表電壓值,mV;R1———1Ω電阻校準值,Ω。6.4

惠斯通電橋替代功率a)

按圖3連接校準設(shè)備;

0Pb=VVab

10

3

R s1

R s1×Rs2 ()圖3

惠斯通電橋直流替代功率校準連接示意圖b)

設(shè)置被校功率電橋的射頻開關(guān)為

“關(guān)

”狀態(tài),數(shù)字電壓表的電壓測量方式為DC、量程自動;1c)

通過調(diào)節(jié)被校功率電橋的直流替代功率使數(shù)字電壓表的讀數(shù)V1

在

(.22474V±110μV)之間,記錄V1

于附錄

A中的表

A.3中;d)

設(shè)置被校功率電橋的射頻開關(guān)

為

“開”狀

態(tài),

被

校

功

率

電

橋

的

直

流

替

代

功

率

為0.5

mW;2e)

記錄數(shù)字電壓表的讀數(shù)V2

值于附錄A中的表A.3中,按公式

()

計算直流替2代功率Ps,并計算結(jié)果記錄于附錄

A中的表

A.3中;Ps

=

V-V

Rs1+Rs2 2式中:Ps———直流替代功率,W;V1———被校功率電橋射頻開關(guān)為

“關(guān)”

狀態(tài)時,數(shù)字電壓表電壓值,V;V2———被校功率電橋射頻開關(guān)為

“開”

狀態(tài)時,數(shù)字電壓表電壓值,V;Rs1———100Ω電阻s1電阻值,Ω;Rs2———100Ω電阻s2電阻值,Ω。f)

按照附錄

A表

A.3中功率量程值改變被校功率電橋的直流

替

代

功

率,

重

復(fù)

步

驟e),直至完成全部功率值測試。6.5

自平衡電橋替代功率a)

按圖4連接校準設(shè)備。b)

設(shè)置數(shù)字電壓表和納伏表的電壓測量方式為

DC、量程自動,信號發(fā)生器信號1輸出為

“關(guān)”

狀態(tài),被校功率電橋校準因子設(shè)置為

“.000”。1c)

讀取納伏表測量值VAB-DC和數(shù)字電壓表1電壓測量值VRF-OFF;,記錄于附錄A中的表

A.4中。4JJF2077—2023V AB-DC

()RV AB-DC

()R DC

=V 2RF-OFF-VR 1

·V AB-DCV RF-OFF

()3d)

電橋直流平衡電阻RDC可按公式

()

計算:31RDC=0.001×

R

VRF-OFF 31式中:RDC———電橋直流平衡電阻的電阻值,Ω;R1———1Ω電阻的校準值,Ω;VAB-DC———1Ω電阻兩端電壓,納伏表電壓讀數(shù),mV;VRF-OFF———數(shù)字電壓表1電壓測量值,V。e)

信號

發(fā)

生

器

信

號

輸

出

為

“開”狀

態(tài),輸

出

頻

率

為

50

MHz,輸

出

功

率

為0.5

mW。f)

讀取數(shù)字電壓表2的電壓VRF-ON和被校功率電橋的指示值P0,記錄于附

錄

A中的表

A.4中。4g)

按公式

()

計算替代功率Ps,將計算結(jié)果記錄于附錄

A中的表

A.4。4Ps

=V2RF-OFF-V 4式中:Ps———直流替代功率測量值,單位

W;VRF-ON———信號發(fā)生器輸出

“開”

時,數(shù)字電壓表2電壓測量值,V。h)

按照附錄

A表

A.4中功率設(shè)置值,改變信號發(fā)生器的輸出功率,重復(fù)步驟

d)

~f),直至完成全部功率值測試。7

校準結(jié)果表達微波功率電橋校準后,出具校準證書。校準證書應(yīng)至少包含以下信息:a)

標題:“校準證書”;b)

實驗室名稱和地址;c)

進行校準的地點

(如果與實驗室的地址不同);d)

證書的唯一性標識

(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識;e)

客戶的名稱和地址;

5JJF2077—2023f)

被校對象的描述和明確標識;g)

進行校準的日期,如果與校準

結(jié)

果

的

有

效

性

和

應(yīng)

用

有

關(guān)

時,

應(yīng)

說

明

被

校

對

象

的接收日期;h)

如果與校準結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)

校準所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標識,包括名稱及代號;j)

本次校準所用測量標準的溯源性及有效性說明;k)

校準環(huán)境的描述;l)

校準結(jié)果及其測量不確定度的說明;m)

對校準規(guī)范的偏離的說明;n)

校準證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標識;o)

校準結(jié)果僅對被校對象有效的說明;p)

未經(jīng)實驗室書面批準,不得部分復(fù)制證書的聲明。8

復(fù)校時間間隔復(fù)校時間間隔由用戶根據(jù)使用情況自行確定,推薦為1年。6功率設(shè)置值mW電橋指示功率P0/mW直流電阻R1/Ω直流電壓VAB-DC/mV直流電壓VRF-OFF/V直流電壓VRF-ON/V替代功率Ps/mW替代功率Urel

(k=2)0.512…10功率量程mW直流電壓V1/V直流電壓V2/V直流電阻Rs1/Ω直流電阻Rs2/Ω替代功率Ps/mW替代功率Urel

(k=2)0.512…10數(shù)字電壓表的電壓值V0/V納伏電壓表的電壓值Vab/mV直流電阻R1/Ω偏置功率Pb/mW偏置功率Urel

(k=2)溫控功能檢查是否正常JJF2077—2023附錄A原始記錄格式表A.1

溫表A.1

溫控功能檢查表A.2

直流偏置功率表A.3

惠斯通電橋替代功率表A.4

自平衡電橋替代功率功率指示值P0/mW替代功率測量值Ps/mW替代功率不確定度Urel

(k=2)0.512…10功率量程mW替代功率測量值Ps/mW替代功率不確定度Urel

(k=2)0.512…10偏置功率Pb/mWUrel

(k=2)溫控功能檢查是否正常JJF2077—2023附錄B校準證書內(nèi)頁格式表B.1

溫表B.1

溫控功能檢查表B.2

直流偏置功率表B.3

惠斯通電橋替代功率表B.4

自平衡電橋替代功率

R 1 (.1)

?V 0

=1 (.2)

R 1 (.1)

?V 0

=1 (.2)

?R 1=-1 (.3)

?V ab=1 (.4)

k 1 =8.5×10-6

3 ≈4.908×10-6

u 2=c

r2ΔR

/R

k 2 =-1×1×10-4附錄C主要項目校準不確定度評定示例C.1

直流偏置功率測量的不確定度評定C.1.1

測量模型選擇自平衡功率電橋作為被測對象,用數(shù)字電壓表、標準電阻和納伏表測量功率電橋的直流替代功率,測試連接圖如圖2所示。用公式

(C.1)

計算直流偏置功率。0Pb=VVab C0式中:Pb———直流偏置功率,mW;V0———數(shù)字電壓表電壓值,V;Vab———納伏表電壓值,mV;R1———1Ω電阻校準值,Ω。表達式為電壓和電阻的乘積形式,采用相對不確定度表示,則靈敏系數(shù)為:cr1=?Pb Ccr2=?Pb Ccr3=?Pb CC.1.2

不確定度來源a)

數(shù)字電壓表測量不準引入的不確定度分量u1;b)1Ω電阻測量不準引入的不確定度分量u2;c)

納伏表測量不準引入的不確定度分量u3;d)

測量重復(fù)性引入的不確定度分量u(D)。C.1.3

標準不確定度分量評定a)

數(shù)字電壓表測量不準引入的不確定度分量u1. .某數(shù)字電壓表在測量V0

時,V0

為240824V,直流電壓最大允許誤差為. .測量不確定度按B類評定方法,測量結(jié)果服從均勻分布,包含因子k1=

3,則相對標準不確定度分量u1

為:u1=cr1ΔV0/Vb)1Ω電阻測量不準引入的不確定度分量u21Ω電阻測量不確定度為1×10-4Ω,k2=2,引入的相對標準不確定度分量u2

為:2 =-5×10-59測量次數(shù)偏置功率Pb/mW130.212230.211330.220430.211530.209630.209730.210830.212930.2131030.210sn(Pb)0.0032u(D)0.011%不確定度分量來源評定方法分布k

值標準不確定度u1數(shù)字電壓表測量不準B類均勻3-64.91×10u21Ω電阻測量不準B類正態(tài)2-55.00×10u3納伏表測量不準B類均勻3-52.54×10u(D)測量重復(fù)性A類——————0.011%k 3

=4.4×10-53k 3

=4.4×10-53

≈2.54×10-5c)

納伏表電壓測量不準引入的不確定度分量u3某納伏表在測量Vab時,Vab為

12.5299

mV,直流電壓相對最大允許誤差為±0.0044%,按測量不確定度B類評定方法,

測量結(jié)果服從均勻分布,包含因子k3=3,則相對標準不確定度分量u3

為:u3=cr3ΔVab/Vabd)

測量重復(fù)性引入的不確定度分量u(D)C測量重復(fù)性引入的不確定度按

A

類方法評定。

用數(shù)字電壓表測量功率電橋的偏置C功率,獨立測量10次,數(shù)據(jù)見表C.1,按貝塞爾公式

(.5)

計算其實驗標準偏差。snsnP b

=

1n-1i∑

i=1

i=1

P b

-Pb表C.1

獨立測量10次數(shù)據(jù)

C(.5)CC.1.4

標準不C.1.4

標準不確定度分量表表C.2為不確定度分量一覽表。表C.2

不確定度分量一覽表CV

R s1×Rs2 (.6)

?V 1=2V

1R s1+Rs2

R CV

R s1×Rs2 (.6)

?V 1=2V

1R s1+Rs2

R s1×Rs2 =40V

1=0.04899(mW/V) (.7)

?V 2=-2V

2R s1+Rs2

R s1×Rs2 =-40V

2=-0.04816(mW/V) (.8)

c 3=

?P s (

-V )

1

?R s1=-V

R s12=-(

-V )

10000

≈-5×10-6

(mW/Ω) (.9)

c 4=

?P s

?R s2=-(

-V )

1

R s22=-(

-V )

10000

≈-5×10-6

(mW/Ω)

(C.10)

k 1

=0.04899×1.04×10-5

3 ≈2.94×10-7

(W)

=2.94×10-4

(mW)C.1.5

合成相對標準不確定度假設(shè)各不確定度分量相互無關(guān),根據(jù)不確定度傳播律,合成相對標準不確定度為:Pucrel(

b)=

u+u+u+u2(D)

≈0.012%PC.1.6

擴展不確定度PP取包含因子k=2,擴展相對不確定度為:Urel(

b)

=2ucrel(

b)

PPC.2

惠斯通電橋替代功率測量的不確定度評定C.2.1

測量模型用數(shù)字電壓表和100Ω電阻測量惠斯通電橋直流替代功率,測試連接圖如圖3所示。用公式

(C.6)

計算替代功率。Ps

=

V-V

Rs1+Rs2 C式中:Ps———直流替代功率,W;V1———被校功率電橋射頻開關(guān)為

OFF狀態(tài)時,數(shù)字電壓表電壓值,V;V2———被校功率電橋射頻開關(guān)為

ON狀態(tài)時,數(shù)字電壓表電壓值,V;Rs1———100Ω電阻s1電阻值,Ω;Rs2———100Ω電阻s2電阻值,Ω。替代功率1

mW

時,V1

和V2

分別為0.0012475mW/V和0.001204mW/V,則靈敏系數(shù)分別為:c1=?Ps Cc2=?Ps CVVC.2.2

不確定度來源a)

數(shù)字電壓表測量不準引入的不確定度分量u1、u2;b)100Ω電阻不準引入的不確定度分量u3、u4;c)

測量重復(fù)性引入的不確定度分量u(D)。C.2.3

標準不確定度分量評定a)

數(shù)字電壓表測量不準引入的不確定度分量u1、u2數(shù)字電壓表在測量V1、V2

時,直流電壓10V

擋的指標為±8.5×10-6,電壓1.22474V時為±1.04×10-5,電壓1.20412V時為±1.02×10-5,按測量不確定度B類評定方法,測量結(jié)果服從均勻分布,包含因子k1=k2=

3,則有:u1=c1ΔV111測量次數(shù)直流替代功率Ps/mW10.998020.998530.997540.999250.998460.999070.996880.999090.9989100.9985平均值0.99838u(D)0.00076不確定度分量來源評定方法分布k

值靈敏系數(shù)c變量值標準不確定度分量/mWu1數(shù)字電壓表測量不準B類均勻348.99/(mW/V)1.22474/V-42.9410u2數(shù)字電壓表測量不準B類均勻348.16/(mW/V)1.20412/V-4-2.8910u3100Ω電阻1不準B類均勻3-0.005/(mW/Ω)100/Ω-5-2.8910u4100Ω電阻2不準B類均勻30.005/(mW/Ω)100/Ω-5-2.8910u(D)測量重復(fù)性A類————————————-47.610k 2

=-0.04816×1.02×10-53

≈-2.89×10-7

k 2

=-0.04816×1.02×10-53

≈-2.89×10-7

(W)

=-2.89×10-4

(mW)k 3

=-5×10

×100×10-43

≈-289×10-8

(W)=-289×10-5

(mW)u 3=-u 4=c

3

ΔR

s1 . .u2=c2ΔV2b)100Ω電阻不準引入的不確定度分量u3、u4100Ω電阻的指標為±1×10-4,

按

測

量

不

確

定

度B類評定方法,

測量結(jié)果服從均勻分布,包含因子k=

3,則:-6c)

測量重復(fù)性引入的不確定度分量u(D)測量重復(fù)性引入的不確定度按

A

類方法評定。

用數(shù)字電壓表測量功率電橋的直流替代功率,獨立測量10次,數(shù)據(jù)見表C.3,按貝塞爾公式計算其實驗標準偏差。表C.3

獨立表C.3

獨立測量10次數(shù)據(jù)C.2.4

標準不確定度分量表標準不確定度分量表見表C.4。表C.4

標準不確定度分量表V

R 1 ·V AB-DC

V RF-OFF=V AB-DC

R 1V RF-OFF-V

VV

R 1 ·V AB-DC

V RF-OFF=V AB-DC

R 1V RF-OFF-V

V RF-OFF (C.11)

c 1(

RF-OFF)

= ?P

s

?V

RF-OFF=V AB-DC

R 1 (1+ 2

V RF-OFF)

≈0.0236 (C.12)

?V

RF-ON

=-2V

RF-ON1

R 1V RF-OFF≈-0.0236 (C.13)

?V

AB-DC=V 2RF-OFF-V

R 1V RF-OFF ≈0.08179 (C.14)

?R

1=-V 2RF-OFF-V

R 1 ·V AB-DC

V RF-OFF≈-0.00098 (C.15)C.2.5

合成標準不確定度數(shù)字電壓表采用同一臺,假設(shè)強相

關(guān),

其

合

成

標

準

不

確

定

度

用

代

數(shù)

和

表

示;100Ω電阻Rs1和Rs2帶來的不確定度相互無關(guān),根據(jù)不確定度傳播律,合成標準不確定度為:P 2uuc(

s)

=

(1+u2)+u+u+uP 2uC.2.6

擴展不確定度PP取包含因子k=2,

替代功率1mW

時,

擴展不確定度為:U(

s)=2uc(

s)PP0.002

(mW)P則相對擴展不確定度為:Urel(

s)

=0.002

mW/1

mW=0.2%PC.3

自平衡電橋替代功率的不確定度評定C.3.1

測量模型用

數(shù)字電壓表和1Ω電阻配合測量自平衡電橋直流替代功率,測試連接圖如圖4所示。用公式

(C.11)

計算替代功率。Ps=V2RF-OFF-V式中:Ps———直流替代功率測量值,W;VRF-ON———信號發(fā)生器輸出

“開”

時,數(shù)字電壓表電壓測量值,V;VRF-OFF———信號發(fā)生器輸出

“關(guān)”

時,數(shù)字電壓表電壓測量值,V;R1———1Ω電阻值,Ω;VAB-DC———1Ω電阻兩端電壓,納伏表電壓讀數(shù),V。. . .替代功率1mW

時,VRF-OFF為244948V,VRF-ON約為240824V,V. . .1Ω電阻為1.00001 ,則靈敏系數(shù)為:VVc2(

RF-ON)

=

?Ps ·VAB-DCVVc3(

AB-DC)

=

?PsVRc4(

1)

=?Ps 2RC.3.2

不確定度來源a)

數(shù)字電壓表測量不準引入的不確定度分量u1、u2;b)

納伏表測量不準引入的不確定度分量u3;c)1Ω電阻不準引入的不確定度分量u4;d)

測量重復(fù)性引入的不確定度分量u(D)。C.3.3

標準不確定度分量評定a)

數(shù)字電壓表測量不準引入的不確定度分量u1、u2VRF-OFF為

2.44948V,VRF-ON為

2.40824V

時,數(shù)字電壓表直流電壓的指標為13測量次數(shù)直流替代功率Ps/mW10.999020.998930.999140.999450.998960.999070.998880.999090.9989100.9987平均值0.9990u(D)0.000189k 1

=0.0236×0.00002081.732

≈2.84×10-7

(W)

=2.84×10-4

(mW)k 1

=0.0236×0.00002081.732

≈2.84×10-7

(W)

=2.84×10-4

(mW)k 1

=-0.0236×0.00002053

≈-2.79×10-7

(W)

=-2.79×10-4

(mW)k 4

=0.0818×0.0000005283

≈2.49×10-8

(W)