关于多功能标准源直流电压校准方法探讨

曾继光

（佛山市顺德区质量技术监督检测所，广东佛山，528000）

0 引言

多功能标准源属于重要的标准信号源，主要的优势就是具备较高的可靠性，而且准确度较高，属于多功能仪器设备，可以输出的参数较多，即直流（交流）电压、直流（交流）电流等，应用的范围较广，并且安全可靠性较高，只采取一台多功能标准源，就能够对于很多的被校设备进行校准，满足许多设备的校准要求。按照《多功能标准源校准规范》（JJF l638—2017），下面进行探讨5720A多功能标准源直流电压的校准方法。

1 概述

5720A多功能标准源作为本次的被测对象。将JJF 1638—2017《多功能标准源校准规范》，作为本次的测量依据，测量的标准就是：734C固态直流电压标准、752A直流电压分压器、8508A数字多用表。设置标准的环境条件，其中，相对湿度是50%-55%，温度是20℃±2℃。

对于5720A 多功能标准源直流电压示值误差展开测量，应用的方法为标准源法，其中的指零仪就是数字多用表，如下图1、图2所示，为校准原理图。

图1 直流电压小于10V校准原理图

图2 直流电压大于等于10V校准原理图

2 数学模型

设置的数学模型为，△=Ux-Uref(U0-Ui)。其中，Ux、Uref分别代表的是被校多功能标准源的示值、固态直流电压标准输出实际值，U0是被校多功能标准源输入到数字多用表后测量的示值、Ui是固态直流电压标准输入到数字多用表后测量的示值。另外，进行计算灵敏度系数，C1=1，C2=-1，C3=-1。

3 标准不确定度分量的评定

首先，对于标准不确定度分量u1进行分析，其属于测量重复性引入的分量，属A类评定。测量重复性是指在一组重复性测量条件下的测量精密度，在展开测量的过程中，本次案例选取10V点进行分析，设置测量环境、条件都是一样的，进行连续性的测量，次数为十次。最终得到的结果就是（单位为 ：V）：9.999994、9.999994、9.999995、9.999995、9.999993、9.999993、9.999995、9.999992、9.999992、9.999993。之后进行计算平均值，采取进行表示，最终得到了。以s(Ui)进行表示单次测量结果的标准偏差，最终s(Ui)=0.0000012V。在测量结果中，主要是选择单次测量值，所以最终得到的标准不确度就是u1=s(Ui)=1.2×10-6V。

其次，进行评定734C固态直流电压（10V）标准年稳定性引入的标准不确定分量u2。展开评定过程中，属B类评定。在年稳定性方面上，标准器是±1.2ppm输出值，设a表示其半宽度，即1.2×10-5V，属于均匀分布，k表示包含因子，取值为，那么u2的计算方法就是（

再次，进行评定的分量是不确定分量u3，其由数字多用表比率测量引入，属B类评定。在20V量程比率误差方面，数字多用表比率的最大允许误差为：±(0.12ppmRD+0.1ppmFS)，其中RD、FS分别指的是数字多用表的读数、量程，属均匀分布。k值取，则 ：u3=4.5×10-6V。

最后，评定标准不确定分量u4，其通过数字多用表分辨力引入。在进行评定此分量的过程中，采取的评定方法为B类评定。数字多用表（10V）中，分辨力为：0.000001V，其半宽度为5×10-7V。服从均匀分布，k值为，u4=2.9×10-7V。

4 标准不确定度汇总和扩展不确定度

4.1 标准不确定度汇总

标准不确定度汇总情况主要就是：u1，其来源于测量重复性，得到的数值为1.2×10-6V；u2，其来源于固态直流电压标准年稳定性，得到的数值是6.9×10-6V；u3，其来源于数字多用表比率测量，得到的数值是4.5×10-6V；u4，其来源于数字多用表分辨力，得到的数值是2.9×10-7V。另外，在合成标准不确定度上，其中标准不确定度分量中，通过数字多用表分辨力引入的，相对于测量重复性引入的分量而言明显较小，所以，无需对分辨力引入的标准不确定度分量进行考虑。三个输入量（u1、u2、u3）的关系是相互独立的，因此得到的计算uc（合成标准不确定度）的公式就是，最终得到的结果就是uc=8.3×10-6V。

4.2 扩展不确定度

k表示包含因子，取值为2，那么扩展不确定度U的计算方法为2×uc，最终得到的结果就是2×8.3×10-6V=1.7×10-5V。Urel的计算方式为U/Ux,结果为1.7×10-6。

5 校准方法分析

在本文中，对于5720A多功能标准源直流电压，以标准源法进行合理的校准，依据的标准就是《多功能标准源校准规范》（JJF 1638—2017）。需要注意的问题就是，应该控制好校准装置的误差绝对值，即校准装置的允许误差绝对值需要小于被校标准源的最大允许误差绝对值的三分之一。

在测量不确定度比TUR（被校标准源的最大允许误差与校准装置的不确定度比）的分析上，主要的统计结果就是：被校准标准源中，就是指5720A标准源，标称值为0.5V时，技术指标是7.6ppm；标称值为1V时，技术指标是6.8ppm；标称值为5V时，技术指标是4.6ppm；标称值为10V时，技术指标是4.3ppm；标称值为50V时，技术指标是7.0ppm；标称值为100V时，技术指标是6.5ppm；标称值为500V时，技术指标是9.0ppm。标准器，包含固态直流电压标准、直流电压分压器、数字多用表。其中，固态直流电压标准输出值均是10V，不确定度指标均是1.2ppm。直流电压分压器中，输入值是10时,比率为0.1，输出值为1V时，不确定度指标是0.2ppm；输入值为50V时，比率是0.1，输出值为5V时，不确定度指标是0.2ppm；输入值为100V时，比率为0.1，输出值为10V时，不确定度指标是0.2ppm；输入值为500V时，比率是0.01，输出值是5V时，不确定度指标是0.5ppm。数字多用表中，标称值为0.1V，不确定度指标是0.61ppm；标称值为0.5V，不确定度指标是0.45ppm；标称值为1V，不确定度指标是0.61ppm;标称值为10V，不确定度指标是0.45ppm。校准装置的不确定度分别是1.36ppm、1.30ppm、1.34ppm、1.28ppm、1.36ppm、1.30ppm、1.43ppm。最后计算测量不确定度比TUR（被校标准源的最大允许误差与校准装置的不确定度比）分别是5.59、5.23、3.43、3.36、5.15、5.23、6.29。

根据以上的TUR分析，主要包含的测量点是0.5V、1V、5V、10V、50V、100V、500V，最终结果显示：TUR值都是在3以上，均有效的满足了相应的量值传递要求。

6 结束语

5720A多功能标准源，输出稳定性好，具备较高的准确度，并且校准不确定度低，输出稳定性好、安全可靠。在本文中，依据多功能标准源校准规范中的相关内容，阐述多功能标准源直流电压的校准方法，为在该方面的校准工作提供参考。