JJF1876—20201波形記錄儀校準規范1范圍本規范適用于電壓幅度量程5mV~1000V、頻率范圍DC~2MHz的電壓測量式波形記錄儀的校準。2引用文件本規范引用了下列文件:JJF1057數字存儲示波器校準規范GB/T15289數字存儲示波器通用規范IEEEStd1057數字式波形記錄儀IEEE標準(IEEEStandardforDigitizingWaveformRecorders)凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規范。3概述波形記錄儀,是以電壓量測量并記錄電氣參數的綜合性儀表,其類型可分為模擬式波形記錄儀和數字式波形記錄儀。模擬式波形記錄儀是以模擬記錄筆在記錄紙上記錄測量得到的數據。數字式波形記錄儀是將測量得到的波形數據存儲于記錄儀中,在測量和記錄完成后,可調出所記錄波形及數據。波形記錄儀廣泛應用于電力、電子、交通安全監控、環境監測等行業領域。4計量特性4.1直流電壓測量范圍:±(5mV~1000V);最大允許誤差:±(0.25%FS~1%FS)。4.2交流電壓測量范圍:5mV~1000V(峰-峰值);最大允許誤差:±(0.5%FS~3%FS)。4.3時基最大允許誤差:±1×10-6。4.4頻帶寬度頻率范圍:≤2MHz(-3dB)。4.5輸入電阻范圍:50Ω~100MΩ;JJF1876—20202最大允許誤差:±1%。4.6直流增益最大允許誤差:±(0.25%~1%)。4.7記錄時間長度最大允許誤差:±1×10-6(數字式波形記錄儀);±3%(模擬式波形記錄儀)。注:以上技術指標不作合格性判別,僅提供參考。5校準條件5.1環境條件環境溫度:(23±5)℃;相對濕度:≤80%;電源要求:(220±11)V,(50±1)Hz;周圍無影響儀器正常工作的機械振動和電磁干擾。5.2測量標準及其他設備5.2.1標準直流電壓源電壓范圍:±(1mV~1000V);最大允許誤差:±(0.02%~0.1%)。5.2.2標準正弦交流電壓源電壓范圍:1mV~1000V;最大允許誤差:±(0.1%~1%);頻率范圍:50Hz~10kHz;最大失真:≤1%。5.2.3任意波形發生器頻率范圍:1μHz~5MHz;最大允許誤差:±1×10-7;輸出功率電平范圍:(-50~+20)dBm;幅度平坦度:優于±0.3dB。5.2.4電阻測量儀電阻測量范圍:10Ω~300MΩ;最大允許誤差:±0.2%。5.2.550Ω匹配負載頻率范圍:DC~5MHz;最大允許誤差:±1%。6校準項目和校準方法校準項目見表1校準項目表。3表1校準項目表數字式波形記錄儀校準項目模擬式波形記錄儀校準項目外觀及工作正常性檢查外觀及工作正常性檢查23交流電壓交流電壓4時基5頻帶寬度頻帶寬度67 86.1.1被校準波形記錄儀應無影響正常工作及讀數的機械損傷，功能標識清晰，各開6.1.2被校準波形記錄儀接通電源后，儀器應能正常工作，各功能切換正常，各類觸6.1.3被校準波形記錄儀及校準用測量標準應按規定時間預熱(一般為30min)。6.2.1儀器連接如圖1所示。輸出輸入圖1直流電壓校準連接圖6.2.2被校儀器為數字式波形記錄儀時，設置直流電壓測量功能，被校準通道直流偏置設為零。根據量程，設置標準直流電壓源輸出正電壓，使被校準低于屏幕最頂端1格，從被校準波形記錄儀上讀出直流電壓指示值U?+,記錄于A.2中。設置標準直流電壓源輸出負電壓，使被校準波形記錄儀波形顯示高于屏幕最底端1格，從被校準波形記錄儀上讀出直流電壓指示值U?-,記錄于A.2中。被校儀器為模擬式波形記錄儀時，在無電壓輸入狀態下，錄紙電壓測量軸中心刻度位置，走紙速度設為合適值。根據輸出正電壓，使記錄波形與記錄紙滿刻度頂端下一整格處刻度對流電壓源電壓值U,+,記錄于A.2中。再調節標準直流電壓源輸出負電壓，使記錄波形與記錄紙滿刻度的底端上一整格處刻度對齊，讀出此時的標準直流電壓源電壓值U-,記錄于A.2中。6.2.3在波形記錄儀的不同量程，重復6.2.2。46.2.4在波形記錄儀的不同通道，重復6.2.2、6.2.3。6.3交流電壓6.3.1儀器連接如圖2所示。標準正弦交流電壓源6.3.2被校儀器為數字式波形記錄儀時，設置交流電壓測量功能，被校準通道直流偏置設為零。根據量程，設置標準正弦交流電壓源輸出頻率及峰-峰值電壓，使被校準波形記錄儀波形顯示低于屏幕最頂端1格，高于屏幕最底端1格。從被校準波形記錄儀上讀出交流電壓指示值U?,并記錄于A.3中。被校儀器為模擬式波形記錄儀時，在無電壓輸入狀態下，調節記錄筆，使其位于記錄紙電壓測量軸中心刻度位置，走紙速度設為合適值。根據量程，調節標準正弦交流電壓源輸出頻率及峰峰值電壓，使記錄波形峰-谷分別對齊記錄紙滿刻度頂端下一整格與底端上一整格處刻度，讀出此時的標準正弦交流電壓源電壓值U。,并記錄于A.3中。6.3.3在波形記錄儀的不同量程，重復6.3.2。6.3.4在波形記錄儀的不同通道，重復6.3.2、6.3.3。6.4.1儀器連接如圖3所示。6.4.2設置任意波形發生器輸出周期T。為1s、幅度為3V、脈沖寬度適當的脈沖波。設置波形記錄儀水平掃描系數為合適擋位、記錄時間長度設定為合適的MT。(M為正整數)值、垂直偏轉系數1V/div、采樣速率置合適擋位、連續記錄模式。波形記錄儀開始記錄直至記錄結束，以△'=(M-1)T。為時間間隔標準值，以脈沖波上升沿的中間(50%)幅值為位置參考點，測量第1個脈沖波與第M個脈沖波上升沿之間的時間間隔△r,通過公式(1)計算時基誤差δr,并把校準結果記入A.4中。502匹配連接△r——第1個脈沖波上升時刻與第M個脈沖波上升沿之間的時間間隔，s;56.5頻帶寬度6.5.1儀器連接如圖3所示。6.5.2被校儀器為數字式波形記錄儀時，設置交流電壓測量功能，直流偏置設為零。根據量程，設置任意波形發生器輸出正弦信號，選取合適的參考頻率(通常選用1kHz),調節輸出信號幅度，使波形記錄儀顯示波形占屏幕滿刻度的80%,當前頻率下波形記錄儀顯示幅值V?。保持任意波形發生器輸出幅度不變，調節其輸出頻率，使波形記錄儀記錄的電壓幅度降低至0.707V?,讀取此時的頻率并記錄于A.5中。被校儀器為模擬式波形記錄儀時，在無電壓輸入狀態下，調節記錄筆，使其位于記錄紙電壓測量軸中心刻度位置，走紙速度設為合適值。根據量程，設置任意波形發生器輸出正弦信號，選取合適的參考頻率(通常選用0.1Hz),調節輸出信號幅度，使記錄波形峰-谷分別對齊記錄紙滿刻度頂端下一整格與底端上一整格處刻度，當前頻率下記錄紙記錄的電壓幅值為V?。保持任意波形發生器輸出幅度不變，調節其輸出頻率，使記錄紙記錄的電壓幅度降低至0.707V?,讀取此時的頻率并記錄于A.5中。6.5.3在波形記錄儀的不同量程，重復6.5.2。6.5.4在波形記錄儀的不同通道，重復6.5.2、6.5.3。6.6輸入電阻6.6.1儀器連接如圖4所示。6.6.2波形記錄儀通電開機狀態下，初始化設置，電阻測量儀的量程設置為自動，從通道1開始測量，將電阻測量儀的測量結果記入A.6中，直到所有通道測量完成。6.7直流增益6.7.1儀器連接如圖1所示，選定波形記錄儀的測量通道與量程。設置波形記錄儀為直流耦合，調整直流偏置為零。根據量程，設置標準直流電壓源輸出正電壓A+,使被校準波形記錄儀波形顯示低于屏幕最頂端1格，從被校準波形記錄儀上讀出直流電壓指示值A+;設置標準直流電壓源輸出負電壓A-,使被校準波形記錄儀波形顯示高于屏幕最底端1格，從被校準波形記錄儀上讀出直流電壓指示值A,-,將數據記錄于按公式(2)計算直流增益：Ar+——被校準波形記錄儀在相應量程下直流正電壓指示值，V;A,_——被校準波形記錄儀在相應量程下直流負電壓指示值，V;6A+——標準直流電壓源輸出正電壓標準值，V;A_——標準直流電壓源輸出負電壓標準值，V。按公式(3)計算直流增益誤差：G?——被校準波形記錄儀標稱直流增益值，G?G——直流增益。6.7.2在波形記錄儀的不同量程，重復6.7.1。6.7.3在波形記錄儀的不同通道，重復6.7.1、6.7.2。6.8記錄時間長度6.8.1儀器連接如圖3所示。6.8.2被校儀器為數字式波形記錄儀時，將波形記錄儀設置為連續記錄模式，記錄時間長度為1000s或合適設定值，垂直偏轉系數0.1V/div。調節任意波形發生器，輸出合適幅度的1Hz方波。根據記錄完整波形的個數n以及完整波形前后的部分，測量全部波形起點至終點的時間長度T?(圖5),并記入A.8中。6.8.3被校儀器為模擬式波形記錄儀時，在無電壓輸入狀態下，調節記錄筆，使其位于記錄紙電壓測量軸中心刻度位置。設置波形記錄儀電壓量程及任意波形發生器輸出方波電壓幅值為合適值。根據走紙速度，設置任意波形發生器輸出頻率，使其方波周期T?與波形記錄儀走紙速度的格數相對應。任意波形發生器輸出方波電壓并開始記錄波形，直至記錄紙上至少記錄一個完整周期的波形，以T?為標準值，讀取記錄紙時間軸一個周期的時間長度T?,并記錄于A.9中。6.8.4在模擬波形記錄儀的不同走紙速度下，重復6.8.3。7校準結果表達波形記錄儀校準后，出具校準證書。校準證書應至少包括如下信息：b)實驗室名稱和地址；JJF1876—20207c)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),每頁及總頁數的標識;e)客戶的名稱和地址;f)被校準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,應說明被校準對象的接收日期;說明;i)校準所依據的技術規范的標識,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)對校準規范的偏離的說明;n)校準證書簽發人的簽名、職務或等效標識;o)校準結果僅對被校準對象有效的說明;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使用情況自行確定,推薦為1年。JJF1876—20208附錄A原始記錄格式A.1外觀及工作正常性檢查:A.2直流電壓通道量程/V正電壓標準值/V正電壓指示值/V負電壓標準值/V負電壓指示值/VA.3交流電壓通道量程/V頻率/Hz標準值/V指示值/VA.4時基時間間隔標準值/s時間間隔指示值/s時基誤差A.5頻帶寬度通道量程/V頻帶寬度/kHz9A.6輸入電阻輸入通道標稱值/MΩ實測值/MΩA.7直流增益通道量程V標準值A+V指示值Ar+V標準值A-V指示值Ar-V直流增益誤差%A.8記錄時間長度(數字式波形記錄儀)設定值/s實測值/sA.9記錄時間長度(模擬式波形記錄儀)走紙速度/(mm/min)標準值/s指示值/s10附錄B校準證書內頁格式B.1外觀及工作正常性檢查:B.2直流電壓通道量程V正電壓標準值V正電壓指示值V負電壓標準值V負電壓指示值V不確定度B.3交流電壓通道頻率/kHz標準值/V指示值/V不確定度B.4時基時基誤差不確定度B.5頻帶寬度通道量程/V頻帶寬度/kHz不確定度11B.6輸入電阻輸入通道標稱值/MΩ實測值/MΩ不確定度B.7直流增益通道量程V標準值A+V指示值Ar+V標準值A-V指示值Ar-V直流增益誤差%不確定度B.8記錄時間長度(數字式波形記錄儀)設定值/s實測值/s不確定度B.9記錄時間長度(模擬式波形記錄儀)走紙速度/(mm/min)標準值/s指示值/s不確定度JJF1876—202012附錄C不確定度評定示例C.1直流電壓測量不確定度評定C.1.1測量模型測量模型見式(C.1):A=A0(C.1)式中:A—被校準波形記錄儀直流電壓;A0—波形記錄儀指示值。C.1.2不確定度來源a)測量重復性引入的標準不確定度u1;b)標準直流電壓源輸出直流電壓的最大允許誤差引入的標準不確定度u2;c)被校準波形記錄儀的直流電壓顯示分辨力引入的標準不確定度u3。C.1.3合成標準不確定度計算公式各分量互不相關,合成標準不確定度uc計算公式見式(C.2):(C.2)uc=(C.2)C.1.4標準不確定度評定以下以標準直流電壓源校準數字式波形記錄儀為例進行標準不確定度評定。標準直流電壓源輸出0.9V直流電壓。a)測量重復性引入的標準不確定度u1測量重復性引入的不確定度分量用測量結果的實驗標準差表示,連續測量10次,用貝塞爾公式計算得到單次測得值的實驗標準偏差為0.18mV,則由重復性引入的標準不確定度分量為:b)標準直流電壓源輸出直流電引入的標準不確定度u2設所用的標準直流電壓源輸出0.9V直流電壓的最大允許誤差為±0.1mV,設其為均勻分布(包含因子k=),則:u2==0.058mVc)被校準波形記錄儀的直流電壓顯示分辨力引入的標準不確定度u3假設被校波形記錄儀在1V量程下的讀數分辨力為0.1mV,視為均勻分布,則其在1V量程下電壓顯示分辨力引入的標準不確定度u3為:u3=0.029mVC.1.5標準不確定度分量一覽表JJF1876—202013標準不確定度分量一覽表見表C.1。表C.1標準不確定度分量一覽表序號不確定度來源標準不確定度符號數值/mV1測量重復性u10.182標準直流電壓源直流電壓最大允許誤差u20.0583被校準波形記錄儀直流電壓顯示分辨力u30.029C.1.6合成標準不確定度以上各分量互不相關,合成標準不確定度為:C.1.7擴展不確定度uc==0.20mV取包含因子k=2,則擴展不確定度為:U=kuc=0.4mVC.2時基測量不確定度評定C.2.1測量模型測量模型見式(C.3):δT=式中:ΔT-ΔΔ(C.3)δT—計算所得的時基誤差;ΔT—第1個脈沖波上升時刻與第M個脈沖波上升沿之間的時間間隔,s;Δ—時間間隔標準值,由設定的脈沖個數計算可得,s。C.2.2不確定度來源a)測量重復性引入的標準不確定度u1;b)任意波形發生器時基準確度引入的標準不確定度u2;c)波形記錄儀時間讀數分辨力引入的標準不確定度度u3。C.2.3合成標準不確定度計算公式各分量互不相關,合成標準不確定度uc計算公式見式(C.4):uc=(C.4)C.2.4標準不確定度評定以下以任意波形發生器校準數字式波形記錄儀為例進行標準不確定度評定。任意波形發生器輸出波形為周期脈沖波,周期T0為1s,幅度為3V,占空比為1%;波形記錄儀記錄脈沖個數為1000個,即時間間隔標準值Δ為999s。a)測量重復性引入的標準不確定度u1測量重復性引入的不確定度分量用測量結果的實驗標準差表示,連續測量10次,用貝塞爾公式計算得到單次測得值的實驗標準偏差為8.2×10-5s,則由測量重復性引14=6×10-5s=6×10-5sb)任意波形發生器時基準確度定度u2所選用的任意波形發生器,輸出脈沖波周期為1s,測量脈沖周期個數為999個,其輸出脈沖波時的時基準確度為±1×10-7,設其為均勻分布(包含因子k=),則:u2=0.0000001×1s×9993c)波形記錄儀時間讀數分辨力引入的標準不確定度u3假設被校波形記錄儀的時間讀數分辨力為1×10-4s,半寬度為5×10-5s,故波形記錄儀時間讀數分辨力引入的標準不確定度u3為:=2.9×10-5su3=2.9×10-5sC.2.5標準不確定度分量一覽表標準不確定度分量一覽表見表C.2。表C.2標準不確定度分量一覽表序號不確定度來源標準不確定度符號數值/s1測量重復性u18.2×10-52任意波形發生器時基準確度u26×10-53波形記錄儀時間讀數分辨力u32.9×10-5C.2.6合成標準不確定度各分量互不相關,合成標準不確定度為:uc=uc==1.1×10-4s1.1×10-4s999s1.1×10-4s999s=1.1×10-7C.2.7擴展不確定度取包含因子k=2,則相對擴展不確定度為:C.3頻帶寬度測量不確定度評定Urel=kucrel=3×10-7C.3.1測量模型測量模型見式(C.5):(C.5)F=F0(C.5)式中:F—被校準波形記錄儀的頻帶寬度;F0—頻帶寬度測試值。15=6.9kHzC.3.2不確定度來源=6.9kHza)測量重復性引入的標準不確定度u1;b)任意波形發生器正弦波幅度平坦度引入的標準不確定度u2。注:任意波形發生器輸出頻率最大允許誤差為±1×10-7,由此引入的標準不確定度影響遠小于其他不確定度來源;經試驗,由被校準波形記錄儀的讀數分辨力引入的標準不確定度影響僅為任意波形發生器正弦波幅度平坦度所引入標準不確定度的幾十分之一,故忽略任意波形發生器輸出頻率及被校準波形記錄儀讀數分辨力引入的標準不確定度對結果的影響。C.3.3合成標準不確定度計算公式各分量互不相關,合成標準不確定度uc計算公式見式(C.6):(C.6)uc=(C.6)C.3.4測量不確定度評定1kHz為參考頻率,測量波形記錄儀電壓量程為1V時的頻帶寬度。a)測量重復性引入的標準不確定度u1測量重復性引入的不確定度分量用測量結果的實驗標準差表示,連續測量10次,用貝塞爾公式計算得到單次測得值的實驗標準偏差0.128kHz,則由重復性引入的標準不確定度分量為:u1=0.128kHzb)任意波形發生器正弦波幅度平坦度引入的標準不確定度u20.707V1時的頻率,任意波形發生器的正弦波幅度平坦度將影響波形記錄儀頻帶寬度的測量。在本實驗中,任意波形發生器電壓平坦度為±0.2dB。通過實驗,由任意波形發生器幅度不平坦引入的波形記錄儀頻帶寬度誤差為±12kHz,采用B類評定,則區間半寬度為12kHz,假設可能值在區間內為均勻分布,則任意波形發生器正弦波幅度平坦度引入的標準不確定度為:u2=12kHz3C.3.5標準不確定度分量一覽表標準不確定度分量一覽表見表C.3。表C.3標準不確定度分量一覽表序號不確定度來源標準不確定度符號數值/kHz1測量重復性u10.1282任意波形發生器正弦波幅度平坦度u26.9C.3.6合成標準不確定度各分量互不相關,合成標準不確定度為:JJF1876—202016C.3