JJG338-1997電荷放大器檢定規(guī)程.pdf

中華人 民共和 國國家計量檢定規(guī)程J J G 3 3 8 - 1 9 9 7電 荷 放 大 器C h a r g e A mp l i f i e r1 9 9 7 一0 9 一0 1 發(fā)布1 9 9 8 一0 3 一0 1 實施國 家 技 術(shù) 監(jiān) 督 局發(fā)布J J G 3 3 8 - 1 9 9 7.勺.心.。.令-心.心.令.護電荷放大器檢定規(guī)程 ，. ， . ， . ，. ， . ，. ， . ，. ， . ， . ， . ， . ， . ， . 見V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n o f J J G 3 3 8 - 1 9 9 7代替 J J G 3 3 8 -1 9 8 3、. 0 . o . o . o . o . o . o . o . 0 . 0 . 0 . o . 0 . 0C h a r g e Amp l i f i e r 本檢定規(guī)程經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局于 1 9 9 7 年 0 9 月 0 1日 批準， 并 自1 9 9 8年 0 3月 0 1日起施行。歸口單位 : 中國計量科學(xué)研究院起草單位 : 中國計量科學(xué)研究院中國航空工業(yè)總公司三O 四研究所本規(guī)程技術(shù)條文 由起草單位負責(zé)解釋.T .T G 3 3 5 - 1 9 9 7本規(guī)程主要起草人 : 李文龍 于梅 參加起草人 : 于仲敏 楊素 貞( 中國計量科學(xué)研究院)( 中國計量科學(xué)研究院)( 中國計量科學(xué)研究院)( 中國航空工業(yè)總公司三0四研究所)J J G 3 3 8 - 1 9 9 7目錄一概述 ( 1)二技術(shù)要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 )三檢定條件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : ( 3 )四檢定項目和檢定方法 ( 5)五檢定結(jié)果的處理和檢定周期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 2 )附錄 1 電荷放大器各旋鈕的辨認 。 。 。 ( 1 3 )附錄2 公式的舉例說明及推導(dǎo) ( 1 4 )附錄3 低于 2 H z 的失真度測量方法介紹 ( 1 6 )附錄4 檢定記錄、檢定證書背面格式 。 ( 1 8 )J J G 3 3 8 - 1 9 9 7電荷 放大 器 檢定 規(guī) 程本規(guī)程適用于新制造 、使用中和修理后的二級和三級電荷放大器的檢定。一概述 電荷放大器是接壓電傳感器的一種前置放大器，它的輸出電壓正比于輸人電荷。電荷放大器廣泛地應(yīng)用于振動、力、壓力 、聲學(xué)等非電量電測技術(shù)中。 電荷放大器的核心電荷轉(zhuǎn)換級是一種特殊形式的運算放大器，如圖 1 所示。電容 C ; 是傳感器的等效電容，C ， 是電荷轉(zhuǎn)換級的反饋電容器。 圖1 電荷轉(zhuǎn)換級的電原理圖 根據(jù)運算放大器的理論，開環(huán)增益和輸人阻抗很高的放大器A的輸出電壓。 。 與輸人電動勢 。 ; 的關(guān)系為:Ci-Cf 一 - 19 w cf 1i ( U C;( 1 )圖 1中習(xí)點的電位幾乎為零，是所謂虛地點，因此電容器 C ; 極板上的電荷 Q i 為Q. =C ; e ;( 2 )將 ( 2 )式代人 ( 1 )式得e 。 一 1 Q 七 f( 3 ) ( 3 )式表明:電荷轉(zhuǎn)換級的輸出電壓正比于輸人電荷，比例系數(shù)就是反饋電容的倒數(shù)。上述電荷轉(zhuǎn)換級在電荷放大器中是第一級，其后往往還有濾波器、積分器、歸一化放大器以及輸出放大器等，典型的電荷放大器方框圖如圖 2 aJ J G 3 3 8 - 1 9 9 7圖 2典 型的電荷放大器方 框圖技術(shù)要求環(huán)境特性電荷放大器的工作環(huán)境應(yīng)符合溫度 0 - - 4 0;濕度 ( 4 0 時)2 0 %-9 0 % R H的要電荷放大器的分級電荷放大器按準確度分級，按下限頻率又分為 A類和 B類。電荷放大器分級分類1求2情況詳見表 t o衰 1準確度等級 準確度( 2 0 士5 ) C %下限頻率( 3 d B) Hz上限頻率( 0. 5 d B) k Hz失真度 %輸人等效噪聲電荷 P C二級A類25x1 0一 61 010. 5B類20 . 33 010. 1三 級A類31 0一 51 021B類30. 31 020 . 5參數(shù)指標 電荷放大器準確度。由 衰減擋誤差8 , 、 歸一化誤差S : 和線性誤差S ; 按 ( 4 ) 式合勺J八。 = , / 8 21 + S z + S 3( 4 ) 電荷放大器線性誤差的測量范圍，應(yīng)從本衰減擋的滿量程到相鄰的靈敏度高一擋的滿量程。 在線性誤差測量范圍內(nèi)，等間隔地測量 1 0 個輸出電壓值，并計算相應(yīng)的傳輸系數(shù)， z J J G 3 3 8 -1 9 9 7再求出9 個傳輸系數(shù)相對于滿量程傳輸系數(shù)的相對誤差 ，取 9 個相對誤差中最大的 1 個作為電荷放大器的線性誤差。3 . 2 電荷放大器的下限頻率，是指電荷放大器在低頻的傳輸系數(shù)比 1 6 0 H z 下降 3 d B的頻率。3 . 3 電荷放大器的上限頻率，是指電荷放大器在高頻段的傳輸系數(shù)比1 6 0 H : 下降 0 . 5d B的頻率。在電荷放大器的通頻帶內(nèi)，傳輸系數(shù)的頻率響應(yīng)波動不得超過 0 . 5 f 03 . 4 電荷放大器的輸人噪聲是用一個 ( 1 0 0 0 士5 ) p F電容接到電荷放大器的輸人端與地之間，電荷放大器歸一化置于 1 一0 一 0 。高通濾波器置于最低擋，低通濾波器置于最高擋，在電荷放大器最高靈敏度擋位側(cè)量輸出噪聲，再折算為電荷放大器輸人端的等效噪聲電荷量。4 低通濾波器的特性4 . 1 電荷放大器必須具備一個或多個低通濾波器。推薦的截止頻率系列是 1 0 0 k H z ,3 0 k H z , 1 0 k H z , 3 k H z . . . 等，也可以用一個可連續(xù)調(diào)諧的 低通濾波器。4 . 2 低通濾波器的截止頻率是指傳輸系數(shù)下降 3 d B的頻率，在濾波器的通頻帶內(nèi)，傳輸系數(shù)上下波動不得超過 0 . 5 d B ;在通頻帶外，應(yīng)以每倍頻程不小于 1 2 d B的斜率衰減( 專用的例外) 。4 . 3 濾波器截止頻率誤差由 ( 5 )給出 0 . 9 f 標毛 f 實鎮(zhèn) 1 . 2 斥( 5 )式中 f + x 電荷放大器面板上標出的 截止頻率; f 實際測得的截止頻率。 對連續(xù)可調(diào)的濾波器，可參考第 4 . 1 款選一個頻率測量。5 對負載能力的要求5 . 1 電荷放大器作電流輸出時，應(yīng)規(guī)定最大輸出電流 ( 峰值) 。在最大輸出電流時，電荷放大器的輸出電壓不得低于 1 . 5 V ( 峰值) 。輸出波形不得失真 ，失真度也應(yīng)符合要求。6接插 件 電荷放大器的輸人、輸出插座只能從 Q 9 和 M5 二種中選取。三檢定條件7 檢定時環(huán)境條件7 . 1 電荷放大器的檢定應(yīng)在 ( 2 0 15 ) 和相對濕度小于 8 5 %的室內(nèi)進行。7 . 2 室內(nèi)應(yīng)無強的電磁場干擾和腐蝕性氣體。8 檢定用儀器8 . 1 作信號源的低頻振蕩器應(yīng)包括從 0 . 1 H z 到 1 0 0 k H z 的頻率范圍?？蒒使用一個或幾個振蕩器，振蕩器的內(nèi)阻、輸 出電流、輸出電壓、輸出電壓幅度穩(wěn)定性、頻率誤差、J J G 3 3 8 一 1 9 9 7失真度等規(guī)定如表 2 。表 2頻段 ( Hz )0. 1一 1 0 01 0 0一1 0 31 0 3 一1 0 41 0 斗 一2義1 0 4I Omln幅度穩(wěn)定性%20 . 10. 20 . 2內(nèi)阻 n 1 0 k一， 一 1 0 0 1 0 5輸出電流 n 1 A11 O7 O1 3 0 一輸出電壓 V ( 峰值)化 一l O 1 0 ! 1 O一1 0頻率偏差 %321 1失真度 %0. 3 一0. 2一0. 20. 2注:對于 0 . 1 一ZH z的頻段，如果沒有可用儀器則用示波器觀察失真度和穩(wěn)定性，應(yīng)看不到 失真和幅度不穩(wěn)方可使用。8 . 2 示波器 使用頻段為D C 一 2 00 k H z ， ， 軸測量誤差應(yīng)小于5 % ( 也可使用相當(dāng)?shù)碾妷罕? 。8 . 3 交直流數(shù)字電壓表 推薦用真有效值檢波的電壓表。 直流電壓測量誤差0 . 01%; 交流電壓測量誤差 0 2 %; 頻率范圍:上限2 00 k H : ，下限低于 50 H z 。8 . 4 電容器 3 個電 容器的 容量必須穩(wěn)定， 損耗小 ( tg占 簇1 0 一 4 ) ， 裝在很好的屏蔽盒中。3 個電容器的容量分別約為 1 00 p F ，l o 00 p F 及 10o 00 p F ， 具體容量應(yīng)通過誤差小于0 . 05%的電容電橋測量后確定。測試電容器每 3 個月測量 1 次，在潮濕高溫天氣使用時，應(yīng)增加測量次數(shù)。8 . 5 數(shù)字頻率計 當(dāng)振蕩器頻率偏差較大時，可用數(shù)字頻率計來監(jiān)視信號頻率。數(shù)字頻率計應(yīng)能測量周期，測量誤差小于 0 . 1 %。8 . 6 失真度測量儀 ZH z 一1 0 0k H z ，失真度范圍 0 ， 1 %一10%。8 . 7 秒表測量誤差為01 5 。J J G 3 3 8 - 1 9 9 7四檢定項 目和檢定方法9 外觀檢查 旋鈕轉(zhuǎn)動靈活，波段開關(guān)跳步清晰，定位準確。輸出輸人插座不允許松動。歸一化，衰減擋，濾波器及積分器旋鈕都必須有明確的標志。1 0 低通濾波器的檢定1 0 . 1 按圖 3 連接檢定用儀器和被檢定電荷放大器。圖中 C選用 1 0 0 0 p F的測試電容器。連通電源，預(yù)熱 1 0 mi n 。電荷放大器的高通濾波器置于 0 . 3 H z ，低通濾波器置于第 4 . 1 款所規(guī)定的任一擋上。電荷放大器的歸一化旋鈕置于 1 0 - 0 - 0處。有積分功能的電荷放 大器置于加速 度擋 。 圖3 檢定電荷放大器的接線圖1 0 . 2 振蕩器頻率調(diào)至所測濾波截止的1 / 1 0 -1 / 2 0 處。調(diào)整電荷放大器的衰減擋，使其輸出電 壓與振蕩器的 輸出電壓近似相等。調(diào)整振蕩器 輸出電 壓到 。 ， 使電 荷放大 器的輸出電 壓 e 。 為最大輸出電壓的9 0 %，即e . -0 . 9 E o 。 微調(diào)歸一化旋鈕， 盡量使振蕩器的 輸 出電 壓。 與 電 荷 放 大 器的 輸出 電 壓e . 相等 并 記 下比 值R 一 e . 。 逐 漸升 高 振 蕩 器的 e ;頻率到高頻， 反復(fù)撥動開關(guān)K ， 測量振蕩器的輸出電壓。 和電荷放大器的 輸出電壓e .當(dāng)= 0 . 7 R e ; 時， 讀取振蕩器頻率。即是該擋濾波器實際的 截止頻率f 。 它與 該擋濾波器標稱截止頻率f V必須符合第4 . 3 款式 ( 5 )的規(guī)定。 在濾波器通頻帶內(nèi)e 。 的e 、 必須滿足不等 式 0 . 9 4 4 R e ; e , - 3 , . . . 9 )1，2( 6 )式算出的 1 0 個電壓值 。 漏近似相等，并記為 e. ,9 ) ,f使電荷放大器的輸 出分別與( 7 )式算出 9個誤 差值 :。 。 一 ( e oe .me , o e; , 一 ) x 1 0 0 %( 7 ) ( m =1 , 2 , 3 , - - - 9 )式中。 i o 使電荷放大器輸出電壓 。 山 近似等于最大輸出電壓 E 。 時振蕩器的輸出電 壓 。 9 個誤差值中最大的一個即為電荷放大器的線性誤差 S a o1 2 下限頻率 ( 或等效下限頻率)的檢定 A類和B類電荷放大器下限頻率的測定使用不 同的方法。對于 A類 電荷放大器，測量等效下限頻率;對于 B類電荷放大器，用逐點法測量頻率響應(yīng)確定下限頻率。1 2 . 1 A類電荷放大器接線如圖4所示。c電池組 圖4 A類電荷放大器等效下限頻率的檢定接線圖1 2 . 1 . 1 電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 0 - 0 - 0 ，高通濾波器置于最低頻率擋。調(diào)整電荷放大器的衰減擋， 使電荷放大器總的傳輸系數(shù)為l o l p c / V 。有積分功能的電荷放大器置于加速度擋。1 2 . 1 . 2 圖4 中電 池 ( 或直流穩(wěn)壓電源)電 動勢 。 與電 容器的容量C的 乘積Q ; = E C應(yīng)能使電荷放大器的 輸出電壓。 a m = 1 O AE o ， 為此可用 ( 8 )式計算電動勢 。 和電容器C的數(shù)值 :( 8 ) V1一C+ 0 . I E o GJ .I G 3 3 8 - 1 9 9 7式中E 電荷放大器最大輸出電壓，V; Z 電 荷放大器總的 傳輸系數(shù)為l O S p c / v時的衰減擋數(shù)值， V / 單 位; G歸一化數(shù)值，1 0 . 0 0 p c / 單位; C 電 容器的電容量、， p F o 電荷放大器的輸出電壓 。 on l ，正值一個，負值一個，共兩個 ，等效下限頻率必須在這兩個輸出電壓下測定 ，以最高的一個作為電荷放大器的等效下限頻率。1 2 . 1 . 3 將開 關(guān) K ， 置于位置 1 ， 使電容器充電，過數(shù)秒后把K : 轉(zhuǎn)向 位置2 ，約i s 后再轉(zhuǎn)回到位置 1 ，這時電荷放大器的輸出電壓大約為算出的 。 om。此時，可以看到數(shù)字電 壓 表 讀 數(shù) 會 逐步 變 化， 看 準 一 個讀 數(shù)E ， 后 及時 欺動 秒表， 大 約等1 8 0 s 后 再 記下 數(shù)字 電 壓 表 的 讀 數(shù)E ,z ， 同 時 關(guān)閉 秒 表。 秒 表 記錄 時間 間 隔t 與 等 效 下 限 頻 率介的 關(guān) 系 為 :f F一: E t 一 E , 一2 7 C t( 9 )1 2 . 1 . 4 對于另一個。 om 值重復(fù) 1 2 . 1 . 3 項測量， 共計算出 兩個等效下限頻率介 ，以 最高的一個作為電荷放大器的等效下限頻率。1 2 . 2 B類電荷放大器的接線圖如圖 3 所示 ( 可以用誤差小于 5 %的低頻電壓表代替示波器測量電壓) 。示波器應(yīng)放在 D C擋。1 2 . 2 . 1 選用 1 0 0 0 p F的測試電容器，電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 0 - 0 - 0處。振蕩器頻率調(diào)至 1 6 0 H z 。有積分功能的電荷放大器置于加速度擋。1 2 . 2 . 2 反復(fù)撥動開關(guān) K于位置 1 和 2 ，同時控制振蕩器輸出電壓和調(diào)整電荷放大器的衰減擋，使電荷放大器的輸出電壓與振蕩器的輸出電壓近似相等?？晌⒄{(diào)歸一化旋鈕 ，使其盡量相等。增加振蕩器的 輸出到 。 ，電荷放大器的輸出。 。 約等于電 荷放大器的 最大輸出電 壓 E o 。 調(diào)節(jié)示波器Y放大器的倍率， 使電荷放大器的輸出電 壓 。 。 正 好能使示波器滿偏轉(zhuǎn) ，即波形占滿全部刻度。轉(zhuǎn)換開關(guān) K在 1 , 2 位置時，示波器屏幕上的波形應(yīng)一樣大。逐步降低振蕩器的頻率 ，示波器的掃描速率也作相應(yīng)的改變。當(dāng)開關(guān)在2 處的波形高度只有 1 處的 7 0 %時，讀取振蕩器的頻率，就是該電荷放大器的下限頻率。應(yīng)測量 3 次 ，取平均值。1 3 0 . 5 d B上限頻率的檢定1 3 . 1 按圖 3接線，使電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 0 - 0 - 0位置，低通波器置于最高頻率擋，高 通濾波器置于0 . 3 H z 擋， 選用1 0 0 0 0 p F 的測試電 容器。有積分功能的電 荷放大器置于加速度擋。1 3 . 2 振蕩器頻率調(diào)至 1 6 0 H z ，調(diào)整電荷放大器的衰減擋 ，使其輸出電壓與振蕩器的輸出電壓近似相等 ( 撥動開關(guān) K，觀察數(shù)字電壓表) 。調(diào)節(jié)振蕩器的輸出電壓，使電荷放大器的輸出電 壓為最大輸出電壓E o 。微調(diào)歸一化旋鈕，盡量使振蕩器的輸出電壓 。 1與 電 荷 放 大 器的 輸出 電 壓。 。 相 等。 并 記下比 值R 一 e o ， 逐步 升 高振 蕩 器 頻率， 同 時 保J J G 3 3 8 - 1 9 9 7持振蕩器輸出電壓 。 為定值， 當(dāng)電 荷放大器的輸出電壓。 。 滿足下面二等式之一時， 讀取振蕩器的頻率，即是電荷放大器的0 . 5 d B上限頻率。e、 =0. 9 4 4 Ree 、 二1 . 0 6尺e ;( 1 0 )1 4 失真度的檢定 推薦使用失真度測量儀測量失真度，也可以用頻譜分析儀測量失真度。頻譜分析儀的測量帶寬應(yīng)大于所測失真頻率的5 倍 ，動態(tài)范圍和信噪比應(yīng)大于 6 0 d B .1 4 . 1 按圖3 連接檢定用儀器和被檢定電 荷放大器。圖中 C 選有1 0 0 0 p F的測試電容器。有積分功能的電荷放大器置于加速度擋。電荷放大器的高通濾波器置于最低頻率擋，低通濾波器置于最高頻率擋，歸一化旋鈕置于 1 - 0 - 0 處。1 4 . 2 把振蕩器的頻率調(diào)至測失真度的頻率上。反復(fù)撥動開關(guān) K于位置 1 和 2 ，同時控制振蕩器的輸出電壓和調(diào)整電荷放大器的衰減擋，使電荷放大器的輸出電壓與振蕩器的輸出 電壓近似相等。增加振蕩器的輸出到 。 1 ， 使電荷放大器的輸出電壓 。 。 達到最大輸出電壓 E o 。此時，示波器顯示的波形應(yīng)無明顯的失真，用失真度測量儀測量電荷放大器輸出電壓 。 。 的失真度。1 4 . 3 在 1 6 0 H z , 2 H z 、電荷放大器說 明書規(guī)定 的 0 . 5 d B上限頻率 ( 如沒有規(guī)定0 . 5 d B 上限頻率，可用 3 d B上限頻率的三分之一代替)與第 1 3條實測的0 . 5 d B上限頻率中的一個較低頻率上，分別重復(fù)第 1 4 . 2 款步驟。1 4 . 4 檢定人員認為有必要時，可在電荷放大器通頻帶之內(nèi)增加測量失真度的頻率點，取測得各失真度中最大的一個作為檢定結(jié)果填人檢定證書。1 5 輸人等效噪聲電荷的檢定 用屏蔽良好的 ( 1 0 0 0 士5 ) p F電容器短接電荷放大器的輸人端 ，如圖 5 所示。對于有幾個 輸人端 的電荷 放大器應(yīng)將 其他 的輸人 端用屏蔽 帽蓋上 。 圖5 檢定輸人等效噪聲電荷的方框圖 電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 - 0 - 0 位置，高通濾波器置于最低擋，低通濾波器置于最高擋，有積分功能的電荷放大器積分旋鈕置于加速度擋，調(diào)節(jié)電荷放大器的衰減擋到最高靈敏度擋，即輸出噪聲電壓最大。用頻帶寬度不窄于 2 H z - - 1 0 0 k H z 的真有效值電壓表或失真度測量儀。測量電荷放大器輸出端的電噪聲有效值電壓 。 n 。 ， 按 ( 1 1 )式折 8J J G 3 3 8 - 1 9 9 7算為輸人端等效噪聲電荷 QQ n 一 e G (P C )z( 1 1 )式中。 no 電荷放大器輸出端的噪聲有效值電壓 ， V; 二 衰減擋的讀數(shù)，v/ 單位。1 6 衰減擋誤差的檢定1 6 . 1 按圖 3 接線 ，將電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 - 0 - 0位置，低通濾波器置于最高頻率擋，高通濾波器置于 0 . 3 H z 擋。有積分功能的電荷放大器置于加速度擋。1 6 . 2 把振蕩器頻率調(diào)至 1 6 0 H z ，根據(jù)衰減擋的位置，用公式 ( 1 2 )選擇測試電容器的容量 C和振蕩器的輸出電 壓。 1 ， 算出的。 : 不得小于0 . 1 V 。 否則必須更換容量小一些的測試電容器。 Eo G1e ; 一 廠 萬( 1 2 ) 對某些靈敏度高的電荷放大器，在用 1 0 0 p F測試電容時，振蕩器的輸出電壓仍低于0 . 1 V時，可以將歸一化改調(diào)在 1 0 - 0 - 0 狀態(tài)測量衰減擋誤差。但應(yīng)將 1 0 - 0 - 0 狀態(tài)的歸一化誤差作為系統(tǒng)誤差從該衰減擋的測試結(jié)果中扣除。 控制 振蕩器的 輸出電 壓。 1 ， 使電荷放大器的輸出電壓 。 0 -E . ，則該衰減擋的誤差為。 卜 ( G. e 0 一 ， ) x 1 0 0 2 u e ,( 1 3 )1 6 . 3 換另一衰減擋重復(fù)第 1 6 . 2款，電荷放大器的所有衰減擋都必須測量。在測量的諸誤差中取最大的 一個作為電 荷放大器的衰 減擋誤差8 1 01 7 歸一化誤差的檢定1 7 . 1 按圖 3 接線，把電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 - 0 - 0 位置，低通濾波器置于最高頻率擋， 高通濾波器置于0 . 3 H z 擋，測試電容器選用1 0 0 0 p F 。 有積分功能的電 荷放大器置于加速度擋。1 7 . 2 振蕩器頻率調(diào)至 1 6 0 H z ，調(diào)節(jié)電荷放大器的衰減擋，使其輸出電壓約為振蕩器輸出電壓的 1 0倍，調(diào)節(jié)振蕩器的輸出電壓，使電荷放大器的輸出電壓 。 。 略低于說明書規(guī)定的最大輸出電壓 E , 。保持振蕩器的 輸出 不變， 依次改變歸一化旋鈕為表3 所列的2 8 個 狀態(tài)， 并 測量 每 個 狀 態(tài)時 電 荷 放 大器 的 輸出電 壓。 二( 各 狀 態(tài)電 荷 放 大 器 正 確 的 輸出電壓E 表3 中已給出) 。每個狀態(tài)的歸一化誤差由下式計算:8二eo 一EoX 七- 11 0 0( 1 4 )2 8 )J J G 3 3 8 - 1 9 9 7在所有 S 中 選最大者作為電 荷放大器的 歸一化誤差 6 2 ， 本條適用于3 個歸一化旋鈕的電荷放大器 。表 3不同歸一化狀態(tài) 時正 確輸出電壓1 7 . 3 4 個歸一化旋鈕的電荷放大器可參考 1 7 . 2 款的方法測量歸一化誤差，4個旋鈕應(yīng)組成3 7 個狀態(tài)，每個狀態(tài)時電荷放大器正確的輸出電壓E 二 可由該狀態(tài)時的歸一化讀數(shù)G ; 算出:( 1 5 )生q ( j每個狀態(tài)時的歸一化誤差由 ( 1 6 ). . . 3 7 )S ;e . , G , eo一 小1 0 0 46( 1 6 )( 少2, 33 7 )1 0J J G 3 3 8 - 1 9 9 7式中 。 。 歸一化為1 - 0 - 0 時電荷放大器的 輸出電壓; e o n 歸 一 化為G ; 時 電 荷 放大 器 的 輸 出電 壓。1 7 . 4 如果電荷放大器的歸一化旋鈕是一個多圈電位器，則用本款代替 1 7 . 3款。保持振蕩器的輸出不變 ， 依次改變歸一化旋鈕為下列 4 7個 ( 對二級電荷放大器)或 2 4個( 對三級電荷放大器)狀態(tài)時， 測量電荷放大器的 輸出電 壓 e , i ， 二級電荷放大器全部都測量，三級電荷放大器不測量括號中的狀態(tài)。各狀態(tài)的誤差 S 可由1 7 . 3 款中公式( 1 6 ) 算出 ( 7 分 別 為2 - - 4 7 或2 - 2 4 ) 。 從 諸S 。 中 找出 最大 者 重 新 測 量 一 次， 取 平 均 值作為歸一化誤差 6 2 o00500070402000nUn曰門n”nUC”八曰nU內(nèi)一460了2氣0氣( 1. 0 5 )( 1 . 1 5 )( 1 . 2 5 )( 1. 3 5 )( 1. 5 0 )( 1 . 7 0 )( 1. 9 0 )( 2. 1 0 )( 2. 3 0)( 2. 5 0)( 2. 7 0)( 3 . 0 0 )( 3. 3 5 )( 3. 7 0)( 4. 2 0 )( 4. 7 0 )( 5 . 2 0 )( 5 . 7 0 )( 6 . 3 0 )( 7. 0 0 )( 7. 8 0 )( 8. 6 0 )( 9. 5 0 )nUnUnUC們們門nUCUnl五氣乙八、4Un巴01 8 積分電路的檢定1 8 . 1 按圖 3 接線，將電荷放大器歸一化旋鈕置于 1 - 0 - 0 位置，低通濾波器置于最高頻率擋，高通濾波器置于0 . 3 H z 擋，開關(guān) K置于位置 2 。振蕩器頻率調(diào)至電荷放大器位移的下限頻率處，此時應(yīng)用頻率計讀取頻率 ( 或周期)值，因為頻率的誤差將直接帶來位移和速度的誤差。1 8 . 2 電 荷放大器的 積分開關(guān)置于 位移擋， 調(diào)節(jié)振蕩器的 輸出電壓到。 1 ， 使電 荷放大器的輸出接近最大輸出電壓 E o ,測量輸出電壓記為 。 。 ;積分開關(guān)轉(zhuǎn)換到速度擋，測量輸出電壓，記為。 v : 再轉(zhuǎn)換到加速度擋， 測量輸出電 壓，記為 。 ， 。 在測量e D , e v 和 。 a 時振蕩器的 輸出電壓 。 1 保持不變。e D , e v 和 。 a 三個電壓中任何一個都不得大于電荷放大器的最大輸出電壓 E ， 并且沒有限幅失真。否則應(yīng)重新調(diào)整 。 ， 并測量3 個電壓e D ,e v 和 。 。 。為此， 低頻時從位移擋開始測量，高 頻時應(yīng)從加速度擋開始測量。1 8 . 3 改變振蕩器的頻率至下限頻率的二倍處，重復(fù) 1 8 . 2款的測量。以后振蕩器的頻率 ( 用頻率計監(jiān)測)以倍頻程的間隔改變。重復(fù) 1 8 . 2 款的測量 ，測量頻率為:下限頻率;2 倍下限頻率;4 倍下限頻率 ; 8倍下限頻率;1 6倍下限頻率;。大約測量 1 0- - 1 5 個頻率下的1 0 -1 5 組 e D , e v , e a ， 一直到 e D , e v 都很小， 找出公式 ( 1 7 )和( 1 8 )算出的S v , S 。 都超過1 0 % 為止。在頻率的高 端應(yīng)適當(dāng) 減小測量 頻率的間 隔。1 8 . 4 用公式 ( 1 7 )和公式 ( 1 8 ) 計算速度測量誤差S v 和位移 測量誤 差 8 D 1 1J J G 3 3 8 - 1 9 9 7S V2 s f e v KV e,一 小10 0 0.6( 1 7 )8 D( 2 7 c f ) z e D K p e ,一 小10 0 96( 1 8 )上 兩式中 :6 V , 6 D 分別為 速度和位移測量誤差， %; 產(chǎn)一 - 測 量 頻 率， H z ;e V , e o -頻率為f ,輸出 。 不變時，相應(yīng)的加速度、速度和位移三個擋位 時的輸出電壓，V;KV 無量綱系數(shù)，等于以 m/ s 為單位的速度值 ;K , 無量綱系數(shù)，等于以m為單位的位移值。KV二Kn =電荷放大器面板上的速度單位1 m/ s( 1 9 )電荷放大器面板上的位移單位 1 m( 2 0 )1 9 準確度的計算 根據(jù)第 3 . 1 款中公式 ( 4 )以及 1 1條、1 6條、1 7 條的測量數(shù)據(jù)，算出電荷放大器的準確度 。五檢定結(jié)果的處理和檢定周期2 0 經(jīng)檢定符合本規(guī)程各項要求的電荷放大器，按表 1 分級分類填發(fā)檢定證書。凡有一項不合格者，發(fā)給檢定結(jié)果通知書。2 1 電荷放大器的檢定周期為 1 年。.T J G 3 3 8 - 1 9 9 7附錄電荷放大器各旋鈕的辨認1 歸一化旋鈕在儀器面板上常用下列標志:( 1 )傳感器靈敏度P C / 單位;( 2 )靈敏度P C / 單位 ;( 3 )靈敏度 P C / g ;。2 衰減擋在儀器面板上常用的表示方法有: ( 1 )輸出電壓 V/ 單位; ( 2 )輸出電壓V / g ; ( 3 )輸出單位/ V ; ( 4 )量程 ( 單位) ， 1 0 單位， 1 0 0 單位， 1 0 0 0 單位。 本規(guī)程正文公式中用的衰減檔數(shù)值指的是前兩種表示法，后二種表示法必須換算成前兩種才能代人公式中計算。 第 ( 3 )種表示法的換算是求其倒數(shù)，如下式換算:衰減擋數(shù)值 Z ( V / 單位)=儀器輸出擋位值( 單位 / V )第 ( 4 )種表示法的換算方法是用儀器的最大輸出電壓 E 。 除以量程，如下式:衰減擋數(shù)值 Z ( V/ 單位)二最大輸出電壓E o ( V )3 高通濾波器在儀器面板上常用:( 1 )低頻下限;量程( 單位數(shù))( 2 )下限頻率;表示。J J C 3 3 8 - 1 9 9 7附 錄 2公式的舉例說明及推導(dǎo)1 舉例說明第 1 2 . 1 . 2 項中公式 ( 8 ) 某電荷放大器最大輸出電壓 E o =1 0 V，歸一化旋鈕置于 1 0 - 0 - 0位置時對應(yīng)的讀數(shù)是1 0 P C / 單位， 那么衰減擋置于0 . 1 m V / 單位時儀器總的傳輸系數(shù)為: 1 0 P C / O . 1 M V二l O S P C / v則公 式 中的 Z 就 是 0 . 1 mV / 單 位，上 述 各 量代 人 公 式 ( 9 )中并 設(shè) 測試 電容C=1 0 O O O p F ._上 0 . 1 x1 0Vx1 0P C / 單位_一一一 一二 一一 一二 一二一二一一一一一，二一 二飛 下一一下下 下一一 一一一 一一一 一 一0. 0 00 1 V/早 位1 0 0 0 0 p F二士1 0 P C 幣F= 士 1 0 V2 舉例說明 1 6 . 2 款公式 ( 1 3 ) 某電 荷放大器歸一化旋鈕位于1 . 0 0 P C / 單位， 衰減擋在 1 0 m V / 單位;測試電容器C 二 1 0 0 6 p F ;當(dāng) 輸出為有效值7 . 0 7 0 V時 輸入為0 . 6 9 9 3 V 。 則該擋衰減的誤差可由公式 ( 1 4 )算出:一 二 1 ;. 0 0 P C / * , ft一 、 1 0 m Vi 早 1 笙 入1 0 0 0 p r7. 0 70 V0. 6 9 9 3 V一 小10 0 %_/ 1 . 0 0 P C、一 1 丁石 6 p C人7. 0 7 0 V0. 6 9 9 3 V一 小10 0 % =( 1 . 0 0 4 9 8一1 ) =0. 4 9 8%第 1 2 . 1 . 3 項中公式 ( 9 )的推導(dǎo)t I 時 刻 輸 出 電 壓E 二 E 。 一 !/ r ，x 1 0 0%t 2 時 刻 輸出 電 壓E t 一 E e _ z 2/ , o E是 充電 完 畢后 某時刻的輸出電壓，r 是電路的時間常數(shù)，r =R C。對比值:玉_ , v , ( ,: 一 ，1)E t E求 自然對數(shù)得 I n r 乙1 ,一 告 ( t 2 一 ，1) ， 又 知 下 限 頻 率 與 電 路 的 時 間 常 數(shù) 的 關(guān) 系 為 、 -井 ， 因 而 得 : 冗 rJ J G 3 3 8 - 1 9 9 7f F/ E tln ( E , )2 a ( t : 一t )ln ( E t1 j E tz )t at4 第 1 1 . 2 款中公式 ( 7 )的推導(dǎo)儀 器和 測 試 電 容器C組 成的系 統(tǒng)， 在滿 輸出 時 的 傳輸 系數(shù) 為e .o 輸出 為e 二時的傳 輸 系 數(shù)為 e o m ， 則 輸出 為e . - 時的線性誤差是 :,5 me . . , e oe i m 衛(wèi)x1 0 0%e jo一 e f0?om 一 1 ) x 10 0 %第 1 7 . 3 款公式 ( 1 5 )的推導(dǎo)第7 個歸一化狀態(tài)數(shù)值G 與正確的輸出電壓E 二 之間的關(guān)系應(yīng)為:生q - oJEe 。 是第一個歸一化狀態(tài)，即歸一化旋鈕位于1 - 0 - 0 - 。 位置時儀器的輸出電壓值， 則第個歸一化狀 態(tài)的誤差是 :8 ; =e , j 一Eo 1 E o jx 1 0 0%x 1 0 0x 1 0 0%J J G 3 3 8 - 1 9 9 7附 錄 3低于 2 H z 的失真度測且方法介紹 由于失真度測量儀最低只能測量 2 H z 的失真度，所以對低于2 H z 的信號必須變換時間尺度，將其頻率變換到2 H z以上才能測量失真度。用磁帶記錄儀可以很方便地進行這種變換，此處僅介紹用瞬態(tài)信號記錄儀改變頻率來測量失真度的方法。1 首先心須測定瞬態(tài)記錄儀的失真度。為此 ，接線如圖 3 -1 所示。 圖3 -1 檢定瞬態(tài)記錄儀失真度的接線圖2 振蕩器 頻率f 調(diào)到2 0 0 H z ， 開關(guān)K : 置于位置1 , 測量振蕩器的失真度 Y 3 -3 根據(jù)瞬 態(tài)記錄儀的內(nèi)存容量 M ( 字) 和信號的周期 T =1 汀 ( s )選擇適當(dāng)?shù)牟蓸铀俾?S ( s / 字)和最小正整數(shù) n ，使得滿足關(guān)系式 n T = S M o4 先使瞬態(tài)記錄儀記錄信號，然后再用模擬輸出端讀出該信號，從示波器上觀察波形應(yīng)無間斷處或重疊處 ( 示波器屏幕上的波數(shù) N應(yīng)大于上一條中的 ， ) 。否則可適當(dāng)調(diào)整振蕩器的頻率 ，并反復(fù)地記錄和讀出信號 ，直到示波器上的波形為光滑完整的正弦波。5 開關(guān)K : 置于位置2 ， 用失真度儀測量讀出信號的 失真度 Y 4 。計算瞬態(tài)記錄儀的失真度 Y 5 二 丫對一 污不應(yīng)大于0 . 5 9 6 06 接人電荷放大器和測試電容器 C ， 如圖3 -2 所示， 將振蕩器頻率調(diào)到某低頻 f,選擇適當(dāng)?shù)?n , 和 S , ，使 、 1 i f , = S , M , n , 應(yīng)取最小可能的正整數(shù)。圖 3 -2電荷放 大器低頻失真度 的檢定 接線圖7 開關(guān) K 3 置于位置2時，將信號記人瞬態(tài)記錄儀，再用模擬輸出