JJF(電子)0049─2020 微秒級脈沖分流器校準規(guī)范

JJF（電子）XXXX─XXXX微秒級脈沖分流器校準規(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的微秒級脈沖分流器的校準。2概述脈沖分流器是廣泛用在脈沖功率領域的一種重要的脈沖電流測量器具，因有一定的帶寬，可以忽略其上升時間對于脈沖電流幅度穩(wěn)定部分測量影響，其主要作用是將被校準脈沖電流轉換為脈沖電壓信號，再通過后續(xù)的脈沖電壓測量部分對轉換來的脈沖電壓信號進行測量。脈沖分流器是能產(chǎn)生與施加電流成比例的電壓信號的電阻器。為了減小誤差通常設計為四端結構，如圖1所示，阻值一般在1mΩ到100Ω之間，可以測量的脈沖電流信號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)定的時間間隔內（最短1min，最長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校準條件4.1環(huán)境條件4.1.1環(huán)境溫度：20℃±1℃；4.1.2相對濕度：≤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械振動。4.2測量標準及其他設備4.2.1多功能校準源頻率范圍：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：單次階躍正極性平頂方波；上升時間：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交流標準電流源頻率范圍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校準項目和校準方法5.1外觀及工作正常性檢查5.1.1被校脈沖分流器應結構完好，脈沖分流器不應有影響正常工作的機械碰傷，不應有接觸不良的現(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、儀器型號和編號等均應有明確標記，并記錄于附錄A.1中；5.1.3校準人員應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多功能校準源法（1kHz～10kHz，1mA～10A）儀器連接如圖2所示。將多功能校準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。校準點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、下限進行選取。調整多功能校準源至規(guī)定值，讀取數(shù)字多用表電壓值U2，脈沖分流器按式（1）計算，并記錄在附錄A表A.2中。圖2多功能校準源法校準示意圖………………(AUTONUM)脈沖分流器誤差按式（2）計算，并記錄在附錄A表A.2中：………………(AUTONUM)式（1）、式（2）中：δ——微秒級脈沖分流器電阻值相對誤差；U2——微秒級脈沖分流器輸出電壓實測值，V；I1——微秒級脈沖分流器輸入電流值，A；RX——微秒級脈沖分流器標稱電阻值，Ω；RN——微秒級脈沖分流器實測電阻值，Ω。5.2.2交流標準電流源法（1kHz，10A~2000A）儀器連接如圖3所示。將交流標準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。校準點的選取按照輸入電流分別為額定電流的10%、50%、80%、100%下進行選取。調整交流標準電流源至規(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交流標準電流源法校準示意圖………………(AUTONUM)微秒級脈沖分流器誤差按式（4）計算，并記錄在附錄A表A.2中：………………(AUTONUM)式（3）、式（4）中：δ——微秒級脈沖分流器電阻值相對誤差；U2——微秒級脈沖分流器輸出電壓實測值，V；I1——微秒級脈沖分流器輸入電流值，A；RX——微秒級脈沖分流器標稱電阻值，Ω；RN——微秒級脈沖分流器實測電阻值，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脈沖分流器的輸入端相連；將數(shù)字多用表和被校微秒級脈沖分流器的輸出端相連。校準點的選取按照輸入電流分別為額定電流的10%、50%、80%、100%下進行選取。調整單次階躍正極性平頂方波脈沖電流源至規(guī)定值，設置數(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示意圖………………(AUTONUM)脈沖分流器誤差按式（6）計算，并記錄在附錄A表A.2中：………………(AUTONUM)式（5）、式（6）中：δ——微秒級脈沖分流器電阻值相對誤差；U2——微秒級脈沖分流器輸出電壓實測值，V；I1——微秒級脈沖分流器輸入電流值，A；RX——微秒級脈沖分流器標稱電阻值，Ω；RN——微秒級脈沖分流器實際電阻值，Ω。5.3上升時間儀器連接如圖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間t，并記錄在附錄A表A.5中。圖5上升時間校準示意圖5.4短期穩(wěn)定性按圖2連接設備。調節(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)定的時間間隔內被校脈沖分流器的最大測量電阻，Ω；Rmin——規(guī)定的時間間隔內被校脈沖分流器的最小測量電阻，Ω；R——被校脈沖分流器的標稱電阻值，Ω。6校準結果表達校準后，出具校準證書。校準證書至少應包含以下信息：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；f）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(jīng)實驗室書面批準，不得部分復制證書的聲明。7復校時間間隔建議復校時間間隔不超過1年。由于復校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質量等諸多因素決定的，因此，送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。

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實測電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測量不確定度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實測電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測量不確定度U(k=2)表A.4脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：單次正極性階躍脈沖電流10A～1200A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實測電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測量不確定度U(k=2)上升時間表A.5脈沖分流器上升時間記錄表輸入電流I1/A頻率f/Hz上升時間TN/s測量不確定度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測試時間分流器輸出電壓值U2/mV實測電阻值RN/mΩ短期穩(wěn)定性S測量不確定度U(k=2)100%IN50____________________________

附錄B校準證書內頁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實測電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測量不確定度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實測電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測量不確定度U(k=2)表B.4脈沖分流器阻值記錄表（額定輸入電流：單次正極性階躍脈沖電流10A~1200A）輸入電流I1/A頻率f/Hz實測電阻值RN/mΩ誤差/mΩ測量不確定度U(k=2)上升時間表B.5脈沖分流器上升時間記錄表輸入電流I1/A頻率上升時間TN/s測量不確定度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頻率時間分流器輸出電壓值U2/mV實測電阻值RN/mΩ短期穩(wěn)定性S測量不確定度U(k=2)100%IN50Hz____________________________

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