T-EBA 43003-2023 飞安（fA）级电阻式微电流表校准规范

T/EBA

43003－fA1

范围1.1

主题内容本规范规定了飞安（fA）级电阻式微电流表的计量特性、校准条件、校准项目、校准方法、校准结果的处理。1.2

适用范围本规范适用于量程范围在

10fA～1fA-电压法原理的电阻式微电流表的校准。2

规范性引用文件是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。JJF1023—1991

常用电学计量名词术语JJF1071-2010

国家计量校准规范编写规则

通用计量术语及定义JJF1059.1-2012

测量不确定度评定与表示3

术语定义本文件没有需要界定的术语和定义。4

概述4.1

用途飞安（）级电阻式微电流表（以下简称被校表）是辐射量、高值电阻、真空度等传感器输出微弱电流信号一种仪器，电流测量分辨力达到

4.2

原理及结构a)

1

分组成。器k器k

静电放大IxRn

Vx

VAD

直流电压测量单元kAD

Dx𝑛𝑘∗𝑘𝐴𝐷𝑛𝑘∗𝑘𝐴𝐷

𝐼𝑥

𝑅图1 电阻采样式直流微电流表原理框图被测微电流

I经过采样高值电阻

R转变成直流电压

V：𝑥𝑉

=

𝐼𝑥

×𝑅𝑛（1）𝑥该电压经过静电放大器放大后输出直流电压:𝑉𝐴𝐷

=

𝐼𝑥

×𝑅𝑛

×𝑘 （2）直流电压测量部分根据采样高值电阻器阻值

R、静电放大器放大倍数

k、模数转换系数

k、直流电压测量结果

D，通过计算给出被测微电流值：𝐷𝑥静电放大器的输入电流≤测量电流分辨力。𝛾Ri

=

𝑅nT/EBA

43003－𝛾Ri

=

𝑅n通过改变采样高值电阻

R和静电放大器放大倍数

k

改变量程；提供有源（或称主动）等电位

GUARD

保护屏蔽。电阻采样式直流微电流表的输入电阻值为

Rn，由此可能引入相对测量误差为：𝑅S式中，γR为由输入电阻引入的相对测量误差；

（4）𝑅S

≥

𝛾

𝑅S

≥

𝛾

𝑅n

（5）当被测电流为恒流源时，R→∞或者10x式中，γ为电阻采样式直流微电流表最大允许相对误差。输入电阻引入的相对测量误差可以忽略。b)

2

分组成。RnIxH

GUARD

A1

VAD

直流电压测量单元kAD

DxL图2 电阻反馈式直流微电流表原理框图被测微电流

I经过静电运算放电器

A和高值电阻

R转变成直流电压

V：𝑉AD

=

−𝐼x

×𝑅n （6）直流电压测量部分根据采样高值电阻器阻值

R、模数转换系数

k、直流电压测量结果

D，通过计算给出被测微电流值：𝐼x𝐼x

=

𝑅

∗𝑘xn AD

（7）𝐼𝑟𝐼𝑟

×100%

（9）通过改变采样高值电阻

R改变量程；提供有源（或称主动）等电位

GUARD

保护屏蔽。输入电阻引入的相对测量误差可以忽略。5

计量特性5.1

外观飞安（）级电阻式微电流表上应有以下标志：仪器名称、型号、制造厂名及出厂编号、制造日期等。5.2

示值误差被校表测量示值误差应符合被校表说明书相应的技术要求，用公式（8）表示，相对示值误差用公式（9）表示。Δ𝐼

=

𝐼t

−𝐼r （8）𝛾

=

𝛥𝐼式中：ΔI被校表的示值误差，单位为安培（A）；I

——

被校表的示值，单位为安培（A）；I

——

对应电流参考值（标准值），单位为安培（Aγ

被校表的相对示值误差。序号校准项目校准类别首次校准后续校准使用中校准1外观检查√√√2工作正常性√√√3示值误差/最大允许误差√√√T/EBA

43003－5.3

最大允许误差被校表测量最大允许误差用公式（10）表示：∆𝑚𝑎𝑥=

𝑎%×𝐼𝑡

+𝑏%×𝐼𝑚 （10）式中：∆𝑚𝑎𝑥

——

被校表允许的绝对误差限，单位为安培（A）；𝐼𝑡——被校表的测量值，单位为安培（A）；𝐼𝑚——

被校表所在量程的满度值，单位为安培（A𝑎

——与测量电流有关的误差系数；𝑏

——

与量程有关的误差系数。6

校准条件6.1

环境条件环境温度：（）℃；相对湿度：（）％；供电电源：（220±22）V，（）Hz；实验室应有电磁屏蔽和防静电措施；量减少人员移动和活动；宜干燥季节校准，运输和贮存应做好防潮包装。6.2

校准项目及设备校准项目见下表1。表1 校准项目一览表的范围，并具有足够的分辨力、准确度和稳定性。测量标准的扩展不确定度（表1 校准项目一览表许误差的1/3。根据采用的校准方法，在如下设备中选择合适的标准器及配套设备。a) 恒流式（或者

ACTIVE）直流电流标准源；b) 恒压式（或者

）直流电流标准源c) 直流标准电压源；d) 标准电阻。7

校准方法7.1

外观检查目测检查。7.2

工作正常性检查示屏和各种状态指示灯（标志）应正常。7.3

电流测量示值误差/最大允许误差T/EBA

43003－

2

的振动。7.3.1

校准点选取按被校表每个量程均匀选取

3

至

5

个校准点，包括量程的

10%、50%、100%点。注：也可根据客户需要选择校准点。7.3.2

直接校准法

和电阻反馈式被校表的校准。使用恒压式（或者

）直流标准电流源，直接对被校表进行校准。该方法只适用于电阻反馈式被校表的校准，不适用于电阻采样式被校表的校准。校准步骤如下：（1）按图

3

所示，通过适配器用低噪声测试线将标准电流源输出端与被校表输入端连接。标准源应处于无源保护屏蔽或者无保护屏蔽（UNGUARD）状态。标准电流源 被校微电流表

HIGUARDLO

HIGUARDLO

𝛾

=

𝐼𝛾

=

𝐼

×100%

（12）（2）标准源输出设置为

0

并输出，等被校表读数稳定后，对被校表进行清零；（3）根据被校表的量程，按选择的校准点设置标准电流源输出电流值

I。（4）接通标准电流源输出，待被校表读数稳定后，读取被校表示值

I。（5

I和被校表示值

I。（6𝛥𝐼

=

𝐼𝑡

−𝐼𝑟 （）𝛥𝐼𝑟式中：𝛥𝐼——

被校表的示值误差，单位为安培（A𝐼𝑡——

被校表的示值，单位为安培（A𝐼𝑟——

标准电流源输出标准电流值，单位为安培（A）；𝛾——

被校表的相对示值误差。7.3.3

间接校准法如图

4

的校准，不适用电阻采样式被校表的校准。校准步骤如下：T/EBA

43003－

HILO

HIGUARDLO

𝛾

=𝛾

=

𝐼

×100%

（14）图4 间接校准法连线图（1）按图

4

进行连线。（2）根据被校表的量程，选择合适阻值的标准高值电阻。按选择的校准点调节直流标准电压源输出𝑈𝑆𝐼𝑡𝐼𝑟𝑈𝑆

=

𝐼𝑟

×𝑅𝑛计算𝑈𝑆出𝑈𝑆。（3）待被校表读数稳定后，读取被校表示值

I。（4𝛥𝐼

=

𝐼𝑡

−𝐼𝑟

=

𝐼𝑡

−𝑈𝑆/𝑅𝑛 （）𝛥𝐼𝑟式中：𝛥𝐼——

被校表的示值误差，单位为安培（A𝐼𝑡——

被校表的示值，单位为安培（A𝐼𝑟——

校准电流设置值，单位为安培（A）；𝑈𝑆——

直流标准电压源输出值，单位为伏特（V𝑅𝑛——

标准高值电阻器电阻值，单位为欧姆（Ω𝛾——

被校表的相对示值误差。8

校准结果的处理8.1

校准结果的处理经校准的飞安（）级电阻式微电流表应出具校准证书。校准证书的校准结果记录表格可参照附录

A。8.2

校准周期建议飞安（）级电阻式微电流表的复校时间间隔为一年。量程标准值示值示值误差最大允许误差不确定度

U（k）T/EBA

43003－附

录 A校准结果记录表格环境温度____________ 相对湿度____________送检单位____________ 校准日期____________型 号____________ 编 号____________生产厂商____________ 校准地点____________校

准

人____________ 审

核

人____________1 外观检查：2 工作正常性检查：3 3 电流测量示值误差/最大允许误差T/EBA

43003－附

录 B（规范性附录）校准不确定度评定示例B.1电阻式微电流表示值误差校准不确定度评定B.1.1

直接校准法B.1.1.1

测量模型以直接校准法校准电阻式微电流表示值误差见

7.3.2，测量模型可用式（B.1）表示：𝛥𝐼

=

𝐼𝑡

−𝐼𝑟 (B.1)式中：𝛥𝐼

——

被校电阻式微电流表的示值误差，单位为安培（A𝐼𝑡 ——

被校电阻式微电流表的示值，单位为安培（A𝐼𝑟 ——

直流标准微电流源输出电流值，单位为安培（A）；各输入量之间不相关，不确定度传播可用公式（B.2）表示。𝑢(𝛥𝐼)

=

√𝑢2(𝐼𝑡)+𝑢2(𝐼𝑟) (B.2)式中：𝑢(𝛥𝐼)——

被校电阻式微电流表的示值误差合成标准不确定度，单位为安培（A𝑢(𝐼𝑡)——

被校电阻式微电流表引入的不确定度，单位为安培（A）；𝑢(𝐼𝑟)——电流标准源引入的不确定度，单位为安培（A）。B.1.1.2

标准不确定度来源B.1.1.2.1

𝑢(𝐼𝑟)的来源如下：标准电流源输出示值误差引入的标准不确定度𝑢1(𝐼𝑟)；B.1.1.2.2

𝑢(𝐼𝑡)的来源如下：a)

被校电阻式微电流表分辨力引入的不确定度𝑢1(𝐼𝑡)；b)

被校电阻式微电流表重复性引入的不确定度𝑢2(𝐼𝑡)。注：当𝑢2(𝐼𝑡)

>

𝑢1(𝐼𝑡)时，𝑢1(𝐼𝑡)可以不重复计入。B.1.1.3

不确定度的评定B.1.1.3.1

标准电流源引入的标准不确定度𝑢(𝐼𝑟)按

B

类进行评定。根据电流标准源

100fA

技术指标，其最大允许误差为±（100×10−15

×0.4%）A

=

±（4×10−16）A𝑎

=

4×10-A𝑘

=

√3，则标准电流源最大允许误差引入的标准不确定度为：𝑘 √3

𝑢(𝐼𝑟)

=

𝑎

=

4×10−16𝐶

=

2.3×𝑘 √3

B.1.1.3.2

被校电阻式微电流表引入的标准不确定度u(It)a）

被校电阻式微电流表分辨力引入的不确定度𝑢1(𝐼𝑡)

B

𝑎

=1×10−16

A，为均匀分布，包含因子𝑘

=

√3，则被校电阻式微电流表分辨力引入的标准不确定度为：𝑢1(𝐼𝑢1(𝐼𝑡)

=

𝑘

=

1×10−16𝐴√3

=

5.8×10−17𝐶

b）

被校电阻式微电流表重复性引入的不确定度𝑢2(𝐼𝑡)

A

不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型𝑘值标准不确定度𝑢(𝐶𝑟)标准电流源的最大允许误差引入B均匀√3−162.3×10

𝐴𝑢(𝐶𝑡)被校电阻式微电流表重复性引入A正态/−178×10

𝐴第

i

次测量12345678910示值（）100.1100.2100.1100.0100.1100.2100.1100.1100.1100.2𝑢2(𝐼𝑡)

=

√∑10

𝑢2(𝐼𝑡)

=

√∑10

(𝐼ti−𝐼𝑡)2𝑛−1

(B.5)如表

B.1

所示，用贝塞尔公式（B.5）计算实验标准差：𝑖=1式中：𝐼𝑡——被校电阻式微电流表多次测量值的平均值，单位为安培（A）；𝐼ti——被校电阻式微电流表第

i

次测量值，单位为安培（A𝑛——重复测量的次数，此处𝑛=10。表

B.1

被校电阻式微电流表重复性测量数据根据表

B.1

中的数据，由公式（B.5）计算出多次重复测量的实验标准差：𝑠(𝐼𝑡)

=表

B.1

被校电阻式微电流表重复性测量数据根据表

B.1

中的数据，由公式（B.5）计算出多次重复测量的实验标准差：校准时取单次测量结果，故测量重复性引入的不确定度为：𝑢2(𝐼𝑡)

=

𝑠(𝐼𝑡)

=

6×10−17A (B.7)被校电阻式微电流表引入的不确定度𝑢(It)被校电阻式微电流表引入的不确定度：𝑢(𝛥𝐼)

=

√𝑢2(𝐼𝑡)+𝑢2(𝐼𝑟)

=

8×10−17A (B.8)B.1.1.3.3

不确定度分量一览表不确定度分量见表

。表

B.2表

B.2

电流测量示值误差校准的不确定度分量表B.1.4

合成标准不确定度𝑢c(ΔI1)𝑢𝑐(𝛥𝐶)

=

√𝑢2(𝐶𝑡)+𝑢2(𝐶𝑟)

=

2.4×10−16A (B.9)B.1.5

扩展不确定度𝑈(ΔI1)取包含因子

k，则扩展不确定度为：𝑈(𝛥𝐶)

=

𝑘

×𝑢𝑐(𝛥𝐶)

=

4.8×1016A

=

0.5fA (B.10)B.1.2

间接测量法校准不确定度评定B.1.2.1

测量模型以间接测量法校准电阻式微电流表示值误差见

7.3.3，数学模型可用式（）表示：式中：

𝛥𝐼

=

𝐼𝑡

−𝐼𝑟

=

𝐼𝑡

−𝑈𝑠/𝑅𝑛

𝛥𝐼

——

被校电阻式微电流表的示值误差，单位为安培（A𝐼𝑡 ——

被校电阻式微电流表的示值，单位为安培（A𝑐(𝑄𝑡)

=

𝜕𝛥𝐼=

𝑅

𝑠2，𝑐(𝑈𝑠)

𝑐(𝑄𝑡)

=

𝜕𝛥𝐼=

𝑅

𝑠2，𝑐(𝑈𝑠)

=

𝜕𝑈

=

−

𝑅𝜕𝐼𝑡

=

1，𝑐(𝑅𝑛)

=𝐼𝑟 ——

标准电容器上的电流值，单位为安培（A𝑈𝑠

——

直流标准电压源输出值，单位为伏特（V𝑅𝑛

——

标准高值电阻器电阻值，单位为欧姆（Ω各输入量之间互不相关，不确定度传播可用式表示：𝑢𝑐(𝛥𝐼)

=

√𝑐2(𝐼𝑡)𝑢2(𝐼𝑡)+𝑐2(𝑅𝑛)𝑢2(𝑅𝑛)+𝑐2(𝑈𝑠)𝑢2(𝑈𝑠) (B.12)式中：𝜕𝛥𝐼 𝑈 𝜕𝑅𝑛 𝑛𝑠 𝑛𝑢𝑐(𝛥𝐼)——被校电阻式微电流表示值误差的合成标准不确定度，单位为安培（A𝑢(𝐼𝑡)——被校电阻式微电流表引入的标准不确定度，单位为安培（A）；𝑢(𝑅𝑛)——标准高值电阻引入的标准不确定度，单位为欧姆（Ω𝑢(𝑈𝑠)——标准电压源引入的标准不确定度，单位为伏特（V）。B.1.2.2

标准不确定度来源B.1.2.2.1

𝑢(𝑈𝑠)的来源标准电压源最大允许误差引入的标准不确定度𝑢(Us)。B.1.2.2.2

𝑢(𝑅𝑛)的来源标准高值电阻年变化引入的标准不确定度𝑢(Rn)。B.1.2.2.3

𝑢(𝐼𝑡)的来源a）

被校电阻式微电流表分辨力引入的标准不确定度𝑢1(𝐼𝑡)；b）被校电阻式微电流表重复性引入的标准不确定度𝑢2(𝐼𝑡)。注：当𝑢2(𝐼𝑡)

>

𝑢1(𝐼𝑡)时，𝑢1(𝐼𝑡)可以不重复计入。B.1.2.3

标准不确定度的评定′B.1.2.3.1

标准电压源引入的标准不确定度𝑢(𝑉2𝑠)′按

B

的半宽度为𝑎

=

1.4×10−6V，为均匀分布，包含因子𝑘

=

√3，则标准电压源最大允许误差引入的标准不确定度为：𝑢(𝑉2𝑢(𝑉2′𝑠)

=

𝑘

=

1.4×−6V√3

=

8×10-7V

=

1.2×109Ω

=

1.2×109Ω

𝑢(𝑅𝑛)

=

𝑘

=𝑢1(𝐼𝑡)

=

𝑘

=

1×10−16A√3

=

5.8×10−17C(B.15)按

B

类进行评定。根据标准高值电阻

1TΩ

技术指标，其年变化为±2GΩ，则分散区间的半宽度为𝑎

=

2GΩ，为均匀分布，包含因子𝑘

=

√3，则标准电容引入的标准不确定度为：𝑎

2GΩ√3B.1.2.3.3

被校电阻式微电流表引入的标准不确定度𝑢(𝐼𝑡)a）

被校电阻式微电流表分辨力引入的不确定度𝑢1(𝐼𝑡)

，按

B

𝑎

=1×10−16

A，为均匀分布，包含因子𝑘

=

√3，则被校电阻式微电流表分辨力引入的标准不确定度为：𝑎b）

被校电阻式微电流表重复性引入的不确定度𝑢2(It)重复性引入的标准不确定度，采用

A

类评定，通过多次重复测量，经计算得到。多次重复测量结果如表

A.3

所示，用贝塞尔公式（B.16）计算实验标准差：10不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型𝑘值标准不确定度𝑢(𝑈𝑠)标准电压源的最大允许误差引入B均匀√38×10

V𝑢(𝑅𝑛)标准高值电阻的年变化引入B均匀√391.2×10

Ω𝑢(𝐼𝑡)被校电阻式微电流表引入A正态/−178×10

A第

i

次测量12345678910示值（）100.3100.2100.3100.3100.3100.2100.3100.3100.2100.3𝑢2(𝐼𝑡)

=

√∑10𝑛−1−𝐼𝑡)2 (B.16)T/EBA

43003－𝑢2(𝐼𝑡)

=

√∑10𝑛−1−𝐼𝑡)2 (B.16)𝑖=1 ti式中：𝐼𝑡——被校电阻式微电流表多次测量值的平均值，单位为安培（A）；𝐼ti——被校电阻式微电流表第

i

次测量值，单位为安培（A𝑛——重复测量的次数，此处n

=10。表

B.3

被校电阻式微电流表重复性测量数据根据表

A.3

中的数据