JJF 2018-2022 電荷量測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)規(guī)范

中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范陳少華(北京東方計(jì)量測(cè)試研究所)金海彬(北京東方計(jì)量測(cè)試研究所)集海妮(北京東方計(jì)量測(cè)試研究所)郭柏軍(遼寧省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證中心)梁國(guó)鼎(遼寧省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證中心)吳海益(廣東省計(jì)量科學(xué)研究院)趙曉俊(大連計(jì)量檢驗(yàn)檢測(cè)研究院有限公司)I 1范圍 3術(shù)語(yǔ)和計(jì)量單位 5計(jì)量特性 6校準(zhǔn)條件 6.1環(huán)境條件 6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備 7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法 7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目 8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá) 8.1校準(zhǔn)證書(shū) 8.2數(shù)據(jù)修約 9復(fù)校時(shí)間間隔 附錄A電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差校準(zhǔn)不確定度評(píng)定示例 附錄B校準(zhǔn)原始記錄格式 附錄C校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式 Ⅱ本規(guī)范依據(jù)JF1071—2010《國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫(xiě)規(guī)則》、JJF1059.1—20121本規(guī)范適用于測(cè)量范圍為0.1nC～20μC電荷量測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)。本規(guī)范不適用于脈JJF1023—1991常用電學(xué)計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)(試行)凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。物體所帶電荷的量值。電荷量有時(shí)也被簡(jiǎn)稱為電量，其國(guó)號(hào)為C。電荷量測(cè)量?jī)x是用來(lái)測(cè)量帶電體(如織物、帶電導(dǎo)體等)的電荷量而設(shè)計(jì)的儀表，配合法拉第筒使用。電荷量測(cè)量?jī)x的測(cè)量對(duì)象可以統(tǒng)一認(rèn)為是各種能輸出電荷量的電荷電荷量測(cè)量?jī)x按輸入方式可分為虛地式和非虛地式。具體原理如圖1所示。十測(cè)量測(cè)量結(jié)果顯示Q,(a)虛地式(b)非虛地式5.2最大允許誤差：±(0.2%～10%2電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差按公式(1)計(jì)算，相對(duì)示值誤差按公式(2)計(jì)算。式中：△Q--——電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差，C;Q?———電荷量測(cè)量?jī)x的示值，C;y—-—電荷量測(cè)量?jī)x的相對(duì)示值誤差。電荷量測(cè)量?jī)x的最大允許誤差用公式(3)表示，相對(duì)最大允許誤差用公式(4)表示。式中：△QMPE——電荷量測(cè)量?jī)x的最大允許誤差，C;Q?——電荷量測(cè)量?jī)x的示值，C;Q電荷量測(cè)量?jī)x的量程滿度值，C;4與讀數(shù)值有關(guān)的誤差系數(shù)；b—--—與量程值有關(guān)的誤差系數(shù)；YMPE——電荷量測(cè)量?jī)x的相對(duì)最大允許誤差。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件a)環(huán)境溫度：20℃±2℃;b)相對(duì)濕度：40%～60%;c)供電電源：電壓220V±22V,頻率50Hz±1Hz;d)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有防靜電措施；e)周?chē)鸁o(wú)影響儀器正常工作的電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)，并具有良好的接地。6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備校準(zhǔn)用設(shè)備的測(cè)量范圍要覆蓋被校準(zhǔn)參數(shù)的測(cè)量范圍，應(yīng)具有足夠的分辨力、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，以保證由標(biāo)準(zhǔn)器、輔助設(shè)備及環(huán)境條件所引起的擴(kuò)展不確定度(k=2)不大于被校準(zhǔn)參數(shù)最大允許誤差絕對(duì)值的1/3。根據(jù)所采用的校準(zhǔn)方法，選擇以下滿足校準(zhǔn)要求的測(cè)量設(shè)備：a)直流標(biāo)準(zhǔn)電荷源輸出范圍：±(0.1nC～20μC),最大允許誤差：±0.05%。b)直流標(biāo)準(zhǔn)電壓源輸出范圍：±(0.01V～20V),最大允許誤差：±0.02%。3c)標(biāo)準(zhǔn)電容器標(biāo)準(zhǔn)電容器泄漏電阻的影響應(yīng)當(dāng)可以忽略不計(jì)，并應(yīng)該有足夠的耐壓。d)電容測(cè)量?jī)x測(cè)量范圍：士(1pF～10pF),最大允許誤差：±0.05%。7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目電荷量測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)項(xiàng)目見(jiàn)表1。校準(zhǔn)項(xiàng)目計(jì)量特性的條款編號(hào)校準(zhǔn)方法的條款編號(hào)1電荷量57.2.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備a)外觀檢查被校電荷量測(cè)量?jī)x外觀應(yīng)完好，無(wú)影響正常工作的機(jī)械損傷。機(jī)殼、端鈕、開(kāi)關(guān)、按鍵和調(diào)節(jié)旋鈕應(yīng)無(wú)松動(dòng)、損傷、脫落，各種功能標(biāo)志應(yīng)齊全正b)工作正常性檢查通電后開(kāi)關(guān)、按鍵、調(diào)節(jié)旋鈕、顯示屏、測(cè)量?jī)x表和各種狀態(tài)指示燈(標(biāo)志)應(yīng)工c)預(yù)熱被校儀器應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中放置不少于24h,以消除溫度均勻性的影響。校準(zhǔn)示在校準(zhǔn)前應(yīng)對(duì)被校儀器進(jìn)行放電，消除被校儀器內(nèi)部已積累的電荷引起的誤差。7.2.2電荷量示值誤差7.2.2.1校準(zhǔn)點(diǎn)選取按被校電荷量測(cè)量?jī)x每個(gè)量程選取3至5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，至少包括量程的10%、50%此方法使用標(biāo)準(zhǔn)電荷源對(duì)被校電荷量測(cè)量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)步驟如下：a)按圖2所示，通過(guò)適配器用低噪聲測(cè)試線將標(biāo)準(zhǔn)電荷源輸出端與被校電荷量測(cè)c)接通標(biāo)準(zhǔn)電荷源輸出，待電荷測(cè)量穩(wěn)定后，讀取被校電荷量測(cè)量?jī)x示值Q。d)記錄標(biāo)準(zhǔn)電荷源設(shè)置值Q.和被校電荷量測(cè)量?jī)x示值Q。4e)被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差按公式(1)計(jì)算，被校電荷量測(cè)量?jī)x的相對(duì)示值誤差按公式(2)計(jì)算。7.2.2.3間接測(cè)量法a)標(biāo)準(zhǔn)電壓-標(biāo)準(zhǔn)電容法標(biāo)準(zhǔn)電壓-標(biāo)準(zhǔn)電容法僅適用于輸入虛地式電荷量測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)，具體步驟如下：1)按圖3所示，將標(biāo)準(zhǔn)電壓源、標(biāo)準(zhǔn)電容器與被校電荷量測(cè)量?jī)x連接，并進(jìn)行清零操作。2)根據(jù)7.2.2.1,選擇校準(zhǔn)點(diǎn)，按公式U.=Q,/C.計(jì)算U,調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電壓源輸3)待測(cè)量穩(wěn)定后，記錄被校電荷量測(cè)量?jī)x示值Q。4)被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差按公式(5)計(jì)算：式中：△Q———被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差，C;Q——標(biāo)準(zhǔn)電容器上的電荷量值，C;U.--——標(biāo)準(zhǔn)電壓源輸出值，V;C.———標(biāo)準(zhǔn)電容器電容值，F(xiàn)。被校電荷量測(cè)量?jī)x的相對(duì)示值誤差按公式(2)計(jì)算。b)標(biāo)準(zhǔn)電壓-采樣電容法標(biāo)準(zhǔn)電壓-采樣電容法僅適用于輸入非虛地電荷量測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)，具體步驟如下：5十十圖4標(biāo)準(zhǔn)電壓-采樣電容法接線圖4)被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差按公式(6)計(jì)算：被校電荷量測(cè)量?jī)x的相對(duì)示值誤差按公式(2)計(jì)算。d)證書(shū)或報(bào)告的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每i)對(duì)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)；61)校準(zhǔn)結(jié)果及其測(cè)量不確定度的說(shuō)明；n)校準(zhǔn)證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書(shū)面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)制證書(shū)或報(bào)告的聲明。校準(zhǔn)原始記錄格式見(jiàn)附錄B,校準(zhǔn)證書(shū)(報(bào)告)內(nèi)頁(yè)格式見(jiàn)附錄C。8.2數(shù)據(jù)修約校準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)先計(jì)算，后修約。數(shù)據(jù)修約應(yīng)采用四舍五入及偶數(shù)法則進(jìn)行，末位數(shù)修約到被校電荷量測(cè)量?jī)x最大允許誤差絕對(duì)值的1/10位。建議電荷量測(cè)量?jī)x的復(fù)校時(shí)間間隔為1年。送校單位也可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決JJF2018—20227電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差校準(zhǔn)不確定度評(píng)定示例本附錄以電荷量測(cè)量?jī)x100nC點(diǎn)示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度評(píng)定為例，說(shuō)明電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度評(píng)定的程序。A.2直接測(cè)量法A.2.1測(cè)量模型以標(biāo)準(zhǔn)電荷源直接校準(zhǔn)電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差，見(jiàn)7.2.2.2,測(cè)量模型可用式(A.1)表示：式中：△Q——被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差，C;Q.——被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值，C;Q,——標(biāo)準(zhǔn)電荷源輸出標(biāo)準(zhǔn)電荷量值，C。各輸入量之間不相關(guān)，不確定度傳播律可用公式(A.2)表示。式中：u(△Q)——被校電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，C;u(Q?)———被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，C;u(Q,)———標(biāo)準(zhǔn)電荷源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，C。A.2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源標(biāo)準(zhǔn)電荷源輸出示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Q:)。a)被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力引入的不確定度u?(Q?);b)被校電荷量測(cè)量?jī)x重復(fù)性引入的不確定度u?(Q)。A.2.3不確定度的評(píng)定A.2.3.1標(biāo)準(zhǔn)電荷源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Q,)按B類進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電荷源100nC技術(shù)指標(biāo)，其最大允許誤差為士(100×10-?×0.1%)C=±(1×10-10)C,則分散區(qū)間的半寬度為a=1×10-10C,為均勻分布，包含因子k=√3,則標(biāo)準(zhǔn)電荷源最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：A.2.3.2被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Q)a)被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力引入的不確定度u?(Q?)8 根據(jù)說(shuō)明書(shū)可知，被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力為0.1nC,按B類進(jìn)行評(píng)定，其區(qū)間半寬度為a=5×10-11C,為均勻分布，包含因子k=√3,則被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為： b)被校電荷量測(cè)量?jī)x重復(fù)性引入的不確定度u?(Q)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，采用A類評(píng)定，通過(guò)多次重復(fù)測(cè)量，經(jīng)計(jì)算得到。多次重復(fù)測(cè)量的數(shù)據(jù)見(jiàn)表A.1,用貝塞爾公式(A.3)計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：式中：Q——被校電荷量測(cè)量?jī)x多次測(cè)量值的平均值，C;Q———被校電荷量測(cè)量?jī)x第i次測(cè)量值，C;n--——重復(fù)測(cè)量的次數(shù)，此處n=10。測(cè)量序號(hào)123456789根據(jù)表A.1中的數(shù)據(jù)，由公式(A.3)計(jì)算出單個(gè)測(cè)得值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：校準(zhǔn)時(shí)取單次測(cè)量的測(cè)得值，故測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度為：u?(Q.)=s(Q.)=4.9×10-c)被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的不確定度u(Q,)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性和測(cè)量分辨力作為被校電荷量測(cè)量?jī)x引入不確定度分量，則被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的不確定度：u(Q.)=√u2(Q?)+u2(Q.)=5.7×1A.2.4不確定度分量一覽表不確定度分量見(jiàn)表A.2。標(biāo)準(zhǔn)不確定度A.2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(△Q)各輸入量之間的測(cè)量不確定度之間不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u(△Q)=√u2(Q.)+u2(Q,)=8.1×10-JJF2018—20229"A.2.6擴(kuò)展不確定度U(△Q)"取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度為：U(△Q)=k×u(△Q)=1.7×10-10C=0.2nCA.3間接測(cè)量法A.3.1測(cè)量模型以標(biāo)準(zhǔn)電壓-標(biāo)準(zhǔn)電容法校準(zhǔn)電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差為例，校準(zhǔn)方法詳見(jiàn)7.2.2.3,測(cè)量模型可用公式(A.4)和公式(A.5)表示：式中：△Q——被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值誤差，C;Q.——被校電荷量測(cè)量?jī)x的示值，C;Q,——標(biāo)準(zhǔn)電容器上的電荷量值，C;U.——標(biāo)準(zhǔn)電壓源輸出值，V;CE——標(biāo)準(zhǔn)電容器與被校電荷量測(cè)量?jī)x輸入電容串聯(lián)的等效電容，F(xiàn);C,——標(biāo)準(zhǔn)電容器電容值，F(xiàn);不確定度傳播律可用式(A.6)表示：u.(△Q)=√c2(Q?)u2(Q.)+c2(U,)u2(U,)+c2(C.)u2(C,)+c2(C;)式中：u(△Q)——被校電荷量測(cè)量?jī)x示值誤差的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，C;u(Q?)——被校電荷量測(cè)量?jī)x重復(fù)性或分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，C;u(U,)—-——標(biāo)準(zhǔn)電壓源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，V;u(C,)--——標(biāo)準(zhǔn)電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，F(xiàn);u(C;)--——被校電荷量測(cè)量?jī)x輸入電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，F(xiàn)。A.3.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源由標(biāo)準(zhǔn)電壓源最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(U)。由標(biāo)準(zhǔn)電容年變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C。)。A.3.2.3u(C;)的來(lái)源由被校電荷量測(cè)量?jī)x輸入電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C)。a)被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q.);b)被校電荷量測(cè)量?jī)x重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q.);c)被校電荷量測(cè)量?jī)x失調(diào)電壓引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q);d)被校電荷量測(cè)量?jī)x失調(diào)電流引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q.)。A.3.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定A.3.3.1標(biāo)準(zhǔn)電壓源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(U?)按B類進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓源1V技術(shù)指標(biāo)，其最大允許誤差為±0.0000057V,則分散區(qū)間的半寬度為a=5.7×10-?V,為均勻分布，包含因子k=√3,則標(biāo)準(zhǔn)電壓源最大允許誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：A.3.3.2標(biāo)準(zhǔn)電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C,)按B類進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容100nF技術(shù)指標(biāo)，其年變化為±0.02nF,則分散區(qū)間的半寬度為a=0.02nF,為均勻分布，包含因子k=√3,則標(biāo)準(zhǔn)電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：A.3.3.3被校電荷量測(cè)量?jī)x輸入電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C)按B類進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)被校電荷量測(cè)量?jī)x說(shuō)明書(shū)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，被校電荷量測(cè)量?jī)x輸入電容為反饋電容(pF量級(jí))與放大系數(shù)(10?量級(jí))的乘積，變化區(qū)間為±0.09F,則分散區(qū)間的半寬度為a=0.09F,為均勻分布，包含因子k=√3,則被校電荷量測(cè)量?jī)x輸入電容引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：A.3.3.4被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的不確定度u(Q:)a)被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力引入的不確定度u?(Q?)根據(jù)說(shuō)明書(shū)可知，被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力為0.1nC。按B類進(jìn)行評(píng)定，其區(qū)間半寬度為a=5×10-11C,為均勻分布，包含因子k=√3,則被校電荷量測(cè)量?jī)x分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：b)被校電荷量測(cè)量?jī)x重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q.)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，采用A類評(píng)定，通過(guò)多次重復(fù)測(cè)量，經(jīng)計(jì)算得到。多次重復(fù)測(cè)量的數(shù)據(jù)見(jiàn)表A.3,用貝塞爾公式(A.7)計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：JJF2018—2022式中：Q.——被校電荷量測(cè)量?jī)x多次測(cè)量值的平均值，C;Qu——被校電荷量測(cè)量?jī)x第i次測(cè)量值，C;n———重復(fù)測(cè)量的次數(shù)，此處n=10。測(cè)量序號(hào)123456789示值/nC根據(jù)表A.3中的數(shù)據(jù)，由公式(A.7)計(jì)算出實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：校準(zhǔn)時(shí)取單次測(cè)量的測(cè)得值，故測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u?(Q?)=s(Q.)=5.2×10c)被校電荷量測(cè)量?jī)x失調(diào)電壓引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q.)按B類進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)被校電荷量測(cè)量?jī)x說(shuō)明書(shū)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，失調(diào)電壓Uo變化引入的電荷量變化值為±9×10-11C,則分散區(qū)間的半寬度為a=9×10-11C,為均勻分布，包含因子k=√3,則被校電荷量測(cè)量?jī)x失調(diào)電壓引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：d)被校電荷量測(cè)量?jī)x失調(diào)電流引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u?(Q.)按B類進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)被校電荷量測(cè)量?jī)x說(shuō)明書(shū)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，失調(diào)電流I。變化引入的電荷量變化值為±2.4×10-13C,則分散區(qū)間的半寬度為a=2.4×10-13C,為均勻分布，包含因子k=√3,則被校電荷量測(cè)量?jī)x失調(diào)電流引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：e)被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Q.)綜上，被校電荷量測(cè)量?jī)x引入的不確定度為