电荷放大器检定结果的不确定度评定

杜建斌

[摘  要]本文以B&K2692为例介绍了电荷放大器的检定装置及检定结果的不确定度来源与评定过程

[关键词]电荷放大器  检定结果  不确定度评定

中图分类号：V245;V267 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）23-0330-01

0引言

电荷放大器是接电压传感器的一种前置放大器，主要用于放大来自电路的压电器件电荷信号。电荷放大器可以将机械量转变成与其成正比的微弱电荷量，因而被广泛地应用于振动、力、压力、声学等非电量电测技术。

下面以归一化挡为例对其检定结果的不确定度进行评定。

1、测量方法

1.1测量依据

JJG 338-2013《电荷放大器检定规程》.

1.2测量标准

电荷放大器的检定装置主要包括多功能校准源、数字多用表、标准电容。

1.3被检仪器

丹麦B&K电荷放大器2692。

信号输入电压：<10V（峰值）采集频率：0.1Hz – 100kHz

差分电荷：10nc工作电压：4.2V放大倍数：0.1mV/pc – 10V/pc

1.4检定示意图

我所检定装置为多功能校准源、数字多用表及1000pF标准电容。如图 1所示：

2、测量模型

电荷放大器归一化置于1-0-0挡位，调节多功能校准源，频率为160Hz、多功能校准源在0.5V左右调节直至数字多用表的输出为5.000V记为标准点，则归一化误差为：

（j=2，3，…，28）

式中：为状态序号为“j”时对应的归一化误差，%;

为设置归一化挡的数值;

为归一化挡为“1-0-0”时电荷放大器输出电压，V;

为归一化挡为“”时电荷放大器的输出电压，V。

测量结果的不确定度为：

式中：Ue为被检仪器测量结果的不确定度;

U1为重复性引入的不确定度;

U2为多功能校准源引入的不确定度;

U3为数字多用表引入的不确定度;

U4为标准电容引入的不确定度。-6

3、测量不确定度的来源

测量不确定度的来源见表1。

4、测量不确定度分量的计算

4.1重复性引入的不确定度

在环境条件满足检定要求的情况下由多功能校准源给出标准电压0.5V（160Hz），电荷放大器归一化挡置于“5-0-0”，电荷放大器设置在线性挡，经标准电容，电荷放大器连续测量十次读取数据，由重复性数据知：

，

自由度v=n-1=9。

4.2多功能校准源交流电压引入的不确定度

多功能校准源经上级计量机构检定合格，由技术指标说明书可得，在交流电压输出100mV～10V，10Hz～100kHz范围内，计量标准器具交流电压功能的最大允许误差为±0.000325V，

由此引入的标准不确定度分量为

4.3数字多用表的分辨力引入的不确定度

由数字多用表的技术说明书可知，在1kHz，1V时电压测量最大允许误差为±0.17mV，认为服从均匀分布，k=，UB1=0.17x1000÷≈98μV，自由度为∞。

由数字多用表技术说明书可知，1V时分辨力为1μV，认为服从均匀分布，取k=，则用B类方法评定的标准不确定度为：UB2=÷≈0.29μV 。由于重复性分量包含分辨力引入的不确定度分量，为避免重复计算，只计算最大影响量UB1，舍弃UB2 。

合成标准不确扩展不确定度计算换算为相对值为0.02%

4.4标准电容引入的不确定度分量

标准电容BR8/1（1000pF）经上级计量技术机构检定合格，在BR8/1检定证书上，上级检定机构给出的扩展不确定度为5x10-4，（k=2）由此引入的标准不确定度分量为

5、合成标准不确定度

以上各不确定度分量互不相关，则合成标准不确定度为

6、评定结果

扩展不确定度U

7、应用

由本文不确定度来源分量同样可以算出在电荷放大器检定过程中增益挡、线性误差挡及输入等效电荷噪声等测量结果的扩展不确定度。

8、结束语

电荷放大器的工作状态直接影响传感器的测试精度 ，为保证测量值的统一、准确、可靠，电荷放大器测量结果的不确定度就显得尤为重要。本文对电荷放大器检定结果的不确定度进行评定，以便使用者可以正确的使用其测量数据。同时在同种条件下，用该装置检定校准其他类型电荷放大器时，可直接使用本文中不确定度的评定结果。

参考文献：

[1]JJG 338-2013 《电荷放大器检定规程》;

[2]JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。