JJF(電子)0049─2020 微秒級(jí)脈沖分流器校準(zhǔn)規(guī)范

JJF（電子）XXXX─XXXX微秒級(jí)脈沖分流器校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于額定輸入電流1mA～2000A，阻值范圍1mΩ～100Ω的微秒級(jí)脈沖分流器的校準(zhǔn)。2概述脈沖分流器是廣泛用在脈沖功率領(lǐng)域的一種重要的脈沖電流測(cè)量器具，因有一定的帶寬，可以忽略其上升時(shí)間對(duì)于脈沖電流幅度穩(wěn)定部分測(cè)量影響，其主要作用是將被校準(zhǔn)脈沖電流轉(zhuǎn)換為脈沖電壓信號(hào)，再通過后續(xù)的脈沖電壓測(cè)量部分對(duì)轉(zhuǎn)換來的脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。脈沖分流器是能產(chǎn)生與施加電流成比例的電壓信號(hào)的電阻器。為了減小誤差通常設(shè)計(jì)為四端結(jié)構(gòu)，如圖1所示，阻值一般在1mΩ到100Ω之間，可以測(cè)量的脈沖電流信號(hào)范圍從幾安到幾十千安甚至上百千安。圖SEQ圖\*ARABIC1脈沖分流器原理圖3計(jì)量特性3.1分流電阻頻率范圍：50Hz～10kHz；額定輸入電流：1mA～2000A；分流電阻范圍：（1）1mΩ～10mΩ，基本誤差：±0.4%；（2）10mΩ～100Ω，基本誤差：±0.5%。3.2上升時(shí)間范圍：0.1μs～50μs。3.3短期穩(wěn)定性在規(guī)定的環(huán)境條件下，給脈沖分流器施加額定輸入電流，在某一規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)（最短1min，最長(zhǎng)30min。有說明書的也可按照說明書要求）的輸出電壓穩(wěn)定性：±（0.3%～0.5%）。4校準(zhǔn)條件4.1環(huán)境條件4.1.1環(huán)境溫度：20℃±1℃；4.1.2相對(duì)濕度：≤75%；4.1.3電源要求：(220±22)V、(50±1)Hz；4.1.4周圍無影響儀器正常工作的電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)。4.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備4.2.1多功能校準(zhǔn)源頻率范圍：50Hz～10kHz；交流電流范圍：1mA～10A，最大允許誤差：±0.1%。4.2.2單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源脈沖形式：?jiǎn)未坞A躍正極性平頂方波；上升時(shí)間：不大于30μs；脈沖電流10A～1200A，最大允許誤差：±0.5%；頂部平坦度：±0.1%。4.2.3交流標(biāo)準(zhǔn)電流源頻率范圍50Hz～1kHz；額定功率范圍1W～1000W；輸出電流范圍10A～2000A，最大允許誤差：±（0.05%～0.1%）。4.2.4單脈沖電流源上升時(shí)間：不大于15ns；脈沖電流輸出幅度范圍：10A～200A。4.2.5數(shù)字示波器帶寬：大于100MHz；水平時(shí)基：10μs/div～50s/div，最大允許誤差：±1%；垂直幅度：10mV/div～2V/div，最大允許誤差：±3%；輸入阻抗：1MΩ。4.2.6數(shù)字多用表脈沖電壓測(cè)量范圍：±（0.1V～40V），最大允許誤差：±0.1%；采樣速率：≥50×103Sa/s；輸入阻抗：≥1MΩ；帶寬：≥100kHz。5校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法5.1外觀及工作正常性檢查5.1.1被校脈沖分流器應(yīng)結(jié)構(gòu)完好，脈沖分流器不應(yīng)有影響正常工作的機(jī)械碰傷，不應(yīng)有接觸不良的現(xiàn)象，并記錄于附錄A.1中；5.1.2被校脈沖分流器產(chǎn)品名稱、制造廠家、儀器型號(hào)和編號(hào)等均應(yīng)有明確標(biāo)記，并記錄于附錄A.1中；5.1.3校準(zhǔn)人員應(yīng)按照被校脈沖分流器使用說明書的要求接線、供電，檢查被校脈沖分流器是否能正常工作，并記錄于附錄A.1中。5.2分流電阻5.2.1多功能校準(zhǔn)源法（1kHz～10kHz，1mA～10A）儀器連接如圖2所示。將多功能校準(zhǔn)源和被校脈沖分流器的輸入端相連；將數(shù)字多用表和被校脈沖分流器的輸出端相連。校準(zhǔn)點(diǎn)的選取按照輸入電流分別為額定電流的10%、50%、80%、100%，頻率為被校頻率的上、下限進(jìn)行選取。調(diào)整多功能校準(zhǔn)源至規(guī)定值，讀取數(shù)字多用表電壓值U2，脈沖分流器按式（1）計(jì)算，并記錄在附錄A表A.2中。圖2多功能校準(zhǔn)源法校準(zhǔn)示意圖………………(AUTONUM)脈沖分流器誤差按式（2）計(jì)算，并記錄在附錄A表A.2中：………………(AUTONUM)式（1）、式（2）中：δ——微秒級(jí)脈沖分流器電阻值相對(duì)誤差；U2——微秒級(jí)脈沖分流器輸出電壓實(shí)測(cè)值，V；I1——微秒級(jí)脈沖分流器輸入電流值，A；RX——微秒級(jí)脈沖分流器標(biāo)稱電阻值，Ω；RN——微秒級(jí)脈沖分流器實(shí)測(cè)電阻值，Ω。5.2.2交流標(biāo)準(zhǔn)電流源法（1kHz，10A~2000A）儀器連接如圖3所示。將交流標(biāo)準(zhǔn)電流源和被校脈沖分流器的輸入端相連；將數(shù)字多用表和被校脈沖分流器的輸出端相連。校準(zhǔn)點(diǎn)的選取按照輸入電流分別為額定電流的10%、50%、80%、100%下進(jìn)行選取。調(diào)整交流標(biāo)準(zhǔn)電流源至規(guī)定值，讀取數(shù)字多用表電壓值U2，并記錄在附錄A表A.3中。圖3交流標(biāo)準(zhǔn)電流源法校準(zhǔn)示意圖………………(AUTONUM)微秒級(jí)脈沖分流器誤差按式（4）計(jì)算，并記錄在附錄A表A.2中：………………(AUTONUM)式（3）、式（4）中：δ——微秒級(jí)脈沖分流器電阻值相對(duì)誤差；U2——微秒級(jí)脈沖分流器輸出電壓實(shí)測(cè)值，V；I1——微秒級(jí)脈沖分流器輸入電流值，A；RX——微秒級(jí)脈沖分流器標(biāo)稱電阻值，Ω；RN——微秒級(jí)脈沖分流器實(shí)測(cè)電阻值，Ω。5.2.3單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源法（30μs，10A～1200A）儀器連接如圖4所示。將單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源和被校微秒級(jí)脈沖分流器的輸入端相連；將數(shù)字多用表和被校微秒級(jí)脈沖分流器的輸出端相連。校準(zhǔn)點(diǎn)的選取按照輸入電流分別為額定電流的10%、50%、80%、100%下進(jìn)行選取。調(diào)整單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源至規(guī)定值，設(shè)置數(shù)字多用表工作于上升沿觸發(fā)模式，采樣速率50kSa/s，觸發(fā)后，讀取幅度穩(wěn)定后數(shù)字多用表電壓值U2，并記錄在附錄A表A.4中。圖4單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源法校準(zhǔn)示意圖………………(AUTONUM)脈沖分流器誤差按式（6）計(jì)算，并記錄在附錄A表A.2中：………………(AUTONUM)式（5）、式（6）中：δ——微秒級(jí)脈沖分流器電阻值相對(duì)誤差；U2——微秒級(jí)脈沖分流器輸出電壓實(shí)測(cè)值，V；I1——微秒級(jí)脈沖分流器輸入電流值，A；RX——微秒級(jí)脈沖分流器標(biāo)稱電阻值，Ω；RN——微秒級(jí)脈沖分流器實(shí)際電阻值，Ω。5.3上升時(shí)間儀器連接如圖5所示。將單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源或脈沖電流源和被校微秒級(jí)脈沖分流器的輸入端相連；將數(shù)字示波器和被校脈沖分流器的輸出端相連。給脈沖分流器施加規(guī)定的電流值，同時(shí)用接在脈沖分流器輸出端的數(shù)字示波器直接讀出上升時(shí)間t，并記錄在附錄A表A.5中。圖5上升時(shí)間校準(zhǔn)示意圖5.4短期穩(wěn)定性按圖2連接設(shè)備。調(diào)節(jié)輸入電流為額定電流的100%或某一量值，輸出穩(wěn)定后，每60s（或按說明書要求）記錄五次，并將數(shù)字多用表的數(shù)值記錄在附錄A表A.6中，并從所有的測(cè)量值中選取最大值和最小值。被校脈沖分流器的短期穩(wěn)定性按式（7）計(jì)算，并記錄在附錄A表A.6中：………(7)式中：S——被校脈沖分流器的短期穩(wěn)定性；Rmax——規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)被校脈沖分流器的最大測(cè)量電阻，Ω；Rmin——規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)被校脈沖分流器的最小測(cè)量電阻，Ω；R——被校脈沖分流器的標(biāo)稱電阻值，Ω。6校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)校準(zhǔn)后，出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書至少應(yīng)包含以下信息：a）標(biāo)題：“校準(zhǔn)證書”；b）實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c）進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)（如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同）；d）證書的唯一性標(biāo)識(shí)（如編號(hào)），每頁(yè)及總頁(yè)數(shù)的標(biāo)識(shí)；e）客戶的名稱和地址；f）被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí)；g）進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)說明被校對(duì)象的接收日期；h）如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明；i）校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí)，包括名稱及代號(hào)；j）本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明；k）校準(zhǔn)環(huán)境的描述；l）校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說明；m）對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明；n）校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí)；o）校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的說明；p）未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書的聲明。7復(fù)校時(shí)間間隔建議復(fù)校時(shí)間間隔不超過1年。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長(zhǎng)短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸多因素決定的，因此，送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。

附錄A原始記錄格式外觀及工作正常性檢查表A.1外觀檢查記錄表外觀檢查：合格□不合格□：脈沖分流器阻值表A.2脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：正弦波電流1mA～10A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測(cè)量不確定度U(k=2)表A.3脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：正弦波電流10A～1200A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測(cè)量不確定度U(k=2)表A.4脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：?jiǎn)未握龢O性階躍脈沖電流10A～1200A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測(cè)量不確定度U(k=2)上升時(shí)間表A.5脈沖分流器上升時(shí)間記錄表輸入電流I1/A頻率f/Hz上升時(shí)間TN/s測(cè)量不確定度U(k=2)短期穩(wěn)定性表A.6脈沖分流器短期穩(wěn)定性記錄表輸入電流I1/A頻率f/Hz測(cè)試時(shí)間分流器輸出電壓值U2/mV實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ短期穩(wěn)定性S測(cè)量不確定度U(k=2)100%IN50____________________________

附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁(yè)格式外觀及工作正常性檢查表B.1外觀檢查記錄表外觀檢查：合格□不合格□：脈沖分流器阻值表B.2脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：正弦波電流1mA~10A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測(cè)量不確定度U(k=2)表B.3脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：正弦波電流10A～1200A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測(cè)量不確定度U(k=2)表B.4脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：?jiǎn)未握龢O性階躍脈沖電流10A~1200A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測(cè)量不確定度U(k=2)上升時(shí)間表B.5脈沖分流器上升時(shí)間記錄表輸入電流I1/A頻率上升時(shí)間TN/s測(cè)量不確定度U(k=2)短期穩(wěn)定性表B.6脈沖分流器短期穩(wěn)定性記錄表輸入電流I1/A頻率時(shí)間分流器輸出電壓值U2/mV實(shí)測(cè)電阻值RN/mΩ短期穩(wěn)定性S測(cè)量不確定度U(k=2)100%IN50Hz____________________________

附錄C測(cè)量不確定度評(píng)定示例C.1概述用標(biāo)準(zhǔn)電流源法對(duì)100A，1V，50Hz，0.01Ω的脈沖分流器進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)器為數(shù)字多用表8508A、標(biāo)準(zhǔn)電流源2000A，50Hz。C.2測(cè)量模型設(shè)標(biāo)準(zhǔn)電流源輸出電流值I1，同時(shí)用接在脈沖分流器電位端鈕的數(shù)字多用表讀出電壓值U2，測(cè)得實(shí)際值…………(C.1)式（C.1）中：U2——脈沖分流器輸出電壓實(shí)測(cè)值，V；I1——脈沖分流器輸入電流值，A；RN——脈沖分流器實(shí)際電阻值，Ω。C.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定C.3.1基本誤差的不確定度評(píng)定C.3.1.1重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定。選一穩(wěn)定微秒級(jí)脈沖分流器，輸出電流100A，在相同溫濕度下、短時(shí)間內(nèi)，同一校準(zhǔn)人員條件下，連續(xù)獨(dú)立測(cè)量10次，其結(jié)果見表C.1：表C.1脈沖分流器測(cè)量重復(fù)性記錄次數(shù)測(cè)量值（mΩ）19.97529.97439.97549.97659.97869.97579.97789.97499.975109.970平均9.9749單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：S(x)=0.02%相對(duì)不確定度uA=0.02%C.3.1.2標(biāo)準(zhǔn)器不準(zhǔn)引入的不確定度uB的評(píng)定C.由標(biāo)準(zhǔn)電流源不準(zhǔn)引入的不確定度分量uB1根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電流源100A，50Hz上級(jí)證書給出的測(cè)量不確定度為：0.05%，視為均勻分布，置信水平95%，包含因子k=EQ\R(,3)，則uB1＝0.05%/EQ\R(,3)=0.029%C.由數(shù)字多用表測(cè)量不準(zhǔn)引入的不確定度分量uB2數(shù)字多用表8508A交流電壓（量程1V，電壓值1V）測(cè)量的最大允許誤差為±0.016%，視為均勻分布，置信水平95%，擴(kuò)展因子k=EQ\R(,3)，則uB2＝0.016%/EQ\R(,3)=0.0092%C.3.1.3由微秒級(jí)脈沖分流器溫度系數(shù)引入的不確定度評(píng)定一般情況下，微秒級(jí)脈沖分流器在功率范圍內(nèi)使用，微秒級(jí)脈沖分流器溫度系數(shù)的影響可忽略不計(jì)。C.3.1.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度C.主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見表C.2。表C.2主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表不確定度分量不確定度來源相對(duì)不確定度uA測(cè)量重復(fù)性0.02%uB1標(biāo)準(zhǔn)電流源不準(zhǔn)0.029%uB2數(shù)字多用表不準(zhǔn)0.0092%uB3微秒級(jí)脈沖分流器溫度系數(shù)忽略不計(jì)C.合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算輸入量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到：uc==0.04%C.擴(kuò)展不確定度的評(píng)定按置信水平p=95%，取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為：U=kuc=2uC=2×0.04%相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel=0.1%C.3.2上升時(shí)間的不確定度評(píng)定C.3.2.1由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA用示波器測(cè)量微秒脈沖分流器的上升時(shí)間，由示波器直接讀出或由光標(biāo)定位讀數(shù)，選擇型號(hào)為1Ω（機(jī)身號(hào)QJM2017103100056）的微秒脈沖分流器，輸入電流為10A，對(duì)其上升時(shí)間連續(xù)重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)量值如表C.3所示。表C.310次重復(fù)測(cè)量值測(cè)量次數(shù)12345678910平均值(ns)讀數(shù)(ns)92.392.693.193.092.592.692.992.792.692.592.68故平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。C.3.2.2由脈沖電流源快沿脈沖信號(hào)上升時(shí)間引入的不確定度uB1數(shù)字示波器屏幕觀測(cè)到的上升時(shí)間tr與脈沖電流源快沿脈沖信號(hào)上升時(shí)間trp，數(shù)字示波器本身的建立時(shí)間trs之間的關(guān)系如下：由于示波器屏幕顯示的時(shí)間tr=92.68ns，脈沖電流源的快沿脈沖上升時(shí)間為trp=15ns因此示波器實(shí)際建立時(shí)間trs由計(jì)算得出93.89ns。則n=trp/trs=15/93.89=0.16計(jì)算示波器的上升時(shí)間相對(duì)誤差為：脈沖電流源引入的不確定度分量服從均勻分布，取包含因子k=EQ\R(,3),則：脈沖電流源引入的標(biāo)準(zhǔn)