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規(guī)范微波功率電橋校準規(guī)范2023-10-12發(fā)布2024-04-12實施JJF2077—2023微波功率電橋校準規(guī)范CalibrationSpecificationforMicrowavePowerBridgesJJF2077—2023歸口單位:全國無線電計量技術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研究所本規(guī)范委托全國無線電計量技術委員會負責解釋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研究所)JJF2077—2023Ⅰ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校準結果表達 (5)8復校時間間隔 (6)附錄A原始記錄格式 (7)附錄B校準證書內頁格式 (8)附錄C主要項目校準不確定度評定示例 (9)JJF2077—2023ⅡJJF1071—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》共同構成支撐本規(guī)范編制工作的基礎性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次發(fā)布。JJF2077—20231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:30mW。注:直流偏置功率通常在29.3mW~30.7mW。b)惠斯通電橋替代功率:0.5mW~10mW;最大允許誤差:±(0.1%×P+5μW)。c)自平衡電橋替代功率:0.5mW~10mW;最大允許誤差:±(0.05%×P+0.5μW)。注:1以上技術指標不作為符合性判定,僅提供參考。2P為替代功率。5校準條件5.1校準環(huán)境條件a)環(huán)境溫度:(23±5)℃;b)相對濕度:≤80%;c)供電電源:電壓(220±11)V,頻率(50±1)Hz;d)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校準用設備5.2.1數(shù)字電壓表(2臺)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%。JJF2077—202325.2.2納伏表直流電壓測量范圍:1mV~100mV;最大允許誤差:±(0.004%~0.008%)。5.2.3電阻(2個)電阻:100Ω;最大允許誤差:±0.01%。5.2.41Ω電阻5.2.1×10-4(k=2)。頻率范圍:9kHz~2GHz;功率范圍:0.1mW~10mW;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:1mW~10mW;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6.1外觀及工作正常性檢查a)被校功率電橋應有說明書及全部配套附件;b)被校功率電橋的外觀應完好,各開關、按鍵等應調節(jié)正常,儀表不應有影響電氣性能的機械損傷;c)被校功率電橋通電后應正常工作,具有內部自檢功能的應能通過自檢。6.2溫度控制功能檢查a)按圖1連接校準設備;3Ob)設置功率電橋A橋(B橋)工作電阻為200Ω;c)被校功率電橋對熱敏電阻座預熱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連接校準設備；OR?BAb)設置數(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Vo,和納伏電壓表的電壓Vh,記錄于附錄A中的表A.2;c)按公式(1)計算直流偏置功率P,記錄于附錄A中的表A.2。式中：P——直流偏置功率，mW;V?——數(shù)字電壓表電壓值，V;Vah——納伏表電壓值，mV;6.4惠斯通電橋替代功率a)按圖3連接校準設備；4Rs?R?Ib)設置被校功率電橋的射頻開關為“關”狀態(tài)，數(shù)字電壓表的電壓測量方式為c)通過調節(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)V?在(1.22474V±10μV)之間，記錄V?于附錄A中的表A.3中；d)設置被校功率電橋的射頻開關為“開”狀態(tài)，被校功率電橋的直流替代功率為e)記錄數(shù)字電壓表的讀數(shù)V?值于附錄A中的表A.3中，按公式(2)計算直流替V?——被校功率電橋射頻開關為“開”狀態(tài)時，數(shù)字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，重復步驟a)按圖4連接校準設備。b)設置數(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c)讀取納伏表測量值VABDc和數(shù)字電壓表1電壓測量值VRF-oFF;,記錄于附錄A中JJF2077—20235R?ABd)電橋直流平衡電阻Rpc可按公式(3)計算：式中：Rpc——電橋直流平衡電阻的電阻值，Ω;R?——1Ω電阻的校準值，Ω;VABDc——1Ω電阻兩端電壓，納伏表電壓讀數(shù)，mV;VgF-oFP——數(shù)字電壓表1電壓測量值，V。f)讀取數(shù)字電壓表2的電壓VRFoN和被校功率電橋的指示值P。,記錄于附錄A中的表A.4中。g)按公式(4)計算替代功率P。,將計算結果記錄于附錄A中的表A.4。式中：P?——直流替代功率測量值，單位W;VRFoN——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中功率設置值，改變信號發(fā)生器的輸出功率，重復步驟d)~f),直至完成全部功率值測試。7校準結果表達微波功率電橋校準后，出具校準證書。校準證書應至少包含以下信息：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；JJF2077—20236f)被校對象的描述和明確標識;g)進行校準的日期,如果與校準結果的有效性和應用有關時,應說明被校對象的接收日期;h)如果與校準結果的有效性或應用有關時,應對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)校準所依據(jù)的技術規(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、職務或等效標識;o)校準結果僅對被校對象有效的說明;p)未經實驗室書面批準,不得部分復制證書的聲明。8復校時間間隔復校時間間隔由用戶根據(jù)使用情況自行確定,推薦為1年。JJF2077—20237附錄A原始記錄格式表A.1溫控功能檢查溫控功能檢查是否正常表A.2直流偏置功率數(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)表A.3惠斯通電橋替代功率功率量程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表A.4自平衡電橋替代功率功率設置值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…10JJF2077—20238附錄B校準證書內頁格式表B.1溫控功能檢查溫控功能檢查是否正常表B.2直流偏置功率偏置功率Pb/mWUrel(k=2)表B.3惠斯通電橋替代功率功率量程mW替代功率測量值Ps/mW替代功率不確定度Urel(k=2)0.512…10表B.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…10JJF2077—20239ΔV0/Vk1uΔV0/Vk1u1=cr1=≈4.908×10-6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。Pb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。=(C.1)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==1cr2==-1cr3==1C.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(C.2)(C.3)(C.4)某數(shù)字電壓表在測量V0時,V0為2.40824V,直流電壓最大允許誤差為±0.00085%,確定度分量u1為:測量不確定度按B類評定方法,測量結果服從均勻分布,包含因子k1確定度分量u1為:8.5×10-6b)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:u2=cr2=-1×=-5×10-5JJF2077—202310c)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12.5299mV,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=cr34.4×10-5≈2.54×10-5d)測量重復性引入的不確定度分量u(D)測量重復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功率,獨立測量10次,數(shù)據(jù)見表C.1,按貝塞爾公式(C.5)計算其實驗標準偏差。(C.5)snPb=Pbi-Pb2(C.5)表C.1獨立測量10次數(shù)據(jù)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%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4.91×10-6u21Ω電阻測量不準B類正態(tài)25.00×10-5u3納伏表測量不準B類均勻2.54×10-5u(D)測量重復性A類——0.011%JJF2077—202311C.1.5合成相對標準不確定度假設各不確定度分量相互無關,根據(jù)不確定度傳播律,合成相對標準不確定度為:ucrel(Pb)=≈0.012%C.1.6擴展不確定度C.2,功定Urel(Pb)=2ucrel(Pb)=0.024%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(C.6)式中:Ps—直流替代功率,W;V1—被校功率電橋射頻開關為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1mW時,V1和V2分別為0.0012475mW/V和0.001204mW/V,則靈敏系數(shù)分別為:c1==2V1c2==-2V2c3-(V-V)c4-(V-V)C.2.2不確定度來源=40V1=0.04899(mW/V)=-40V2=-0.04816(mW/V)-≈-5×10-6(mW/Ω)-≈-5×10-6(mW/Ω)(C.7)(C.8)(C.9)(C.10)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,測量結果服從均勻分布,包含因子k1=k2=,則有:u1=c10.04899×≈2.94×10-7(W)=2.94×10-4(mW)JJF2077—202312u2=c2-0.04816×≈-2.89×10-7(W)=-2.89×10-4(mW)b)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,測量結果服從均勻分布,包含因子k=,則:u3=-u4=c3-5×10-6×≈-2.89×10-8(W)=-2.89×10-5(mW)c)測量重復性引入的不確定度分量u(D)測量重復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獨立測量10次數(shù)據(jù)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)0.00076C.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48.99/(mW/V)1.22474/V2.94雉10-4u2數(shù)字電壓表測量不準B類均勻48.16/(mW/V)1.20412/V-2.89雉10-4u3100Ω電阻1不準B類均勻-0.005/(mW/Ω)100/Ω-2.89雉10-5u4100Ω電阻2不準B類均勻0.005/(mW/Ω)100/Ω-2.89雉10-5u(D)測量重復性A類————7.6雉10-4JJF2077—202313C.2.5合成標準不確定度數(shù)字電壓表采用同一臺,假設強相關,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,根據(jù)不確定度傳播律,合成標準不確定度為:C.2.6擴展不確定度0.002(mW)uc(Ps)=C.2.6擴展不確定度0.002(mW)取包含因子k=2,替代功率1mW時,擴展不確定度為:U(Ps)=2uc(Ps)=C.3自平衡電橋替代功率的不確定度評定C.3.1測量模型則相對擴展不確定度為:Urel(Ps)=0.002mWC.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=VF-OFVF-ON·VVRAFB-=VDCVRF-OFF-FF--(C.11)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”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2.44948V,VRF-ON約為2.40824V,VAB-DC為0.012V,1Ω電阻為1.00001:,則靈敏系數(shù)為:c1(VRF-OFF)=?V?RPF-FF=VDC(1+VV2R2RFF--)≈0.0236c2(VRF-ON)-2VRF-ON·≈-0.0236c3(VAB-DC)=-sDC=VV-O-ON≈0.08179c4(R1)==-VF-OFVF-ON·VVRAFB-≈-0.00098C.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(C.12)(C.13)(C.14)(C.15)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JJF2077—202314±8.5×10-6,即ΔVRF-OFF=0.0000208V,ΔVRF-ON=0.0000205V,按測量不確定度B類評定方法,測量結果服從均勻分布,包含因子k1=k2=3,則有:u1=c1ΔV-OFF=0.0236×0.00708≈2.84×10-7(W)=2.84×10-4(mW)u2=c2Δ-ON=-0.0236×0.0000205≈-2.79×10-7(W)=-2.79×10-4(mW)b)納伏表測量不準引入的不確定度分量u3納伏表在測量VAB-DC時,直流電壓的指標為±0.0044%,即ΔVAB-DC=0.000000528V,按測量不確定度B類評定方法,測量結果服從均勻分布,包含因子k=3,則u3=c30.0818×≈2.49×