低频相位计校准规范

JJF1756—20191低频相位计校准规范1范围本规范适用于5Hz~1MHz的低频相位计的校准。2概述目前广泛使用的低频相位计是直读式数字相位计,它由整形器、鉴相器和指示器构成。其工作原理是基于时间间隔测量法,通过相位-时间转换器,将有相位差的两个信号(分别称为参考信号和被测信号)转换成一定时间间隔的起始和停止脉冲,或用相位-频率转换器,将两信号相位差转换成频率,然后用电子计数器测量其时间间隔或频率,由时间间隔或频率得到相应的相位。低频相位计主要用来测量两路同频率正弦信号的相位差。3计量特性3.1相位测量相位范围:0°~360°;相位最大允许误差:±(0.02°~0.1°),(5Hz~100kHz,100mV~100V);±(0.1°~3°),(100kHz~1MHz,100mV~5V)。3.2幅相误差相位最大允许误差:±(0.02°~0.1°),(5Hz~100kHz,100mV~100V);±(0.1°~3°),(100kHz~1MHz,100mV~5V)。4校准条件4.1环境条件a)环境温度:23℃±5℃;b)相对湿度:≤80%;c)电源要求:(220±11)V,(50±1)Hz;d)其他:周围无影响校准正常工作的机械振动和电磁干扰。4.2测量标准及其他设备4.2.1标准相位发生器相位范围:0°~360°;相位最大允许误差:±(0.007°~0.03°),(5Hz~100kHz,100mV~100V);幅度最大允许误差:±2%(5Hz~100kHz,100mV~100V)。4.2.2函数信号发生器频率范围:5Hz~1MHz;JJF1756—20192相位差范围:0°~360°;幅度范围:100mV~5V(有效值,输出阻抗:高阻),最大允许误差:±1%。4.2.3精密相位计相位范围:0°~360°;相位最大允许误差:±(0.03°~1°),(5Hz~1MHz,100mV~100V)。4.2.4BNC同轴线4根,同型号,材质相同,等长。4.2.5BNC三通2只。同型号。注1:低频相位计通常有0°~360°和-180°~+180°两种相位显示方式,但是-180°~0°相位显示和180°~360°相位显示两者之间仅仅只是相差360°,本规范相位范围都以0°~360°给出。注2:以上技术指标不作合格性判别,仅提供参考。5校准项目和校准方法5.1校准项目校准项目见表1。表1校准项目表序号项目名称条款1外观与工作正常性检查5.2.12相位测量5.2.23幅相误差5.2.35.2校准方法5.2.1外观与工作正常性5.2.1.1被校低频相位计应无影响电气性能的机械损伤,控制旋钮及按键应能正常工作,显示屏能正常显示。5.2.1.2被校低频相位计通电后,应能正常工作,有自检功能的应能自检。5.2.1.3校准前,被校低频相位计及校准用设备应按说明书规定进行预热。5.2.1.4如果被校低频相位计或精密相位计有自校零功能,对其进行零点校准。5.2.2相位5.2.2.1标准相位发生器法JJF1756—20193图1相位测量校准和幅相误差校准示意图a)按图1连接仪器;b)标准相位发生器输出电压设置为合适值(一般为100mV~100V),标准相位发生器的输出频率设置为1kHz;c)设置标准相位发生器相位ϕs(相位覆盖四个象限,步进一般选取30°或45°);d)读取被校低频相位计相应的相位读数ϕu,记于附录A表A.2;e)改变标准相位发生器相位ϕs,重复步骤d);f)改变标准相位发生器的频率值,一般至少应选取高、中、低三点,重复步骤c)~e),完成所有校准点的校准。5.2.2.2精密相位计法图2相位测量校准和幅相误差校准示意图a)按图2连接仪器;b)将函数信号发生器的输出信号波形设置为正弦波,输出电压设置为合适值(一般为100mV~5V),输出频率设置为1kHz;c)函数信号发生器相位差按附录A表A.3中的校准点设置(相位覆盖四个象限,步进一般选取30°或45°),相位同步设置为内同步;d)读取精密相位计相位读数ϕs作为标准值,记于附录A表A.3;e)读取被校低频相位计相应的相位读数ϕu作为示值,记于附录A表A.3;f)改变函数信号发生器的频率值,一般至少应选取高、中、低三点,重复步骤c)~e),完成所有校准点的校准。5.2.3幅相误差5.2.3.1标准相位发生器法a)按图1连接仪器;b)设置标准相位发生器输出相位ϕs为30°,输出频率为1kHz;JJF1756—20194c)设置标准相位发生器参考输出幅度Uref为1V,信号输出幅度Uout为1V;d)读取被校低频相位计相应的相位读数ϕu,作为指示值记于附录A表A.4;e)改变标准相位发生器信号输出幅度Uout,使标准相位发生器信号输出幅度与参考输出幅度的比值分别为5,10,50,100,重复步骤d);f)设置标准相位发生器信号输出幅度Uout为1V,改变标准相位发生器参考输出幅度Uref,使标准相位发生器参考输出幅度与信号输出幅度比值分别为5,10,50,100,重复步骤d);g)改变标准相位发生器的频率值,一c)~f),完成所有校准点的校准。5.2.3.2精密相位计法a)按图2连接仪器。b)将函数信号发生器的输出信号波形设置为正弦波,输出频率设置为1kHz,两通道间的相位差设置为30°,相位同步设置为内同步;c)设置函数信号发生器CHA的输出电压Ua为1V(CHA作为参考输出),设置函数信号发生器CHB的输出电压Ub为1V(CHB作为信号输出);d)读取精密相位计的相位读数ϕs作为标准值,记于附录A表A.5;e)读取被校低频相位计相应的相位读数ϕu作为示值,记于附录A表A.5;f)改变函数信号发生器CHB的输出电压Ub,使函数信号发生器信号输出幅度与参考输出幅度的比值为5,重复步骤d)~e);g)设置函数信号发生器信号输出CHB的输出电压Ub为1V,改变函数信号发生器参考输出CHA的输出电压Ua,使函数信号发生器参考输出幅度与信号输出幅度的比值为5,重复步骤d)~e);c)~g),完成所有校准点的校准。6校准结果表达低频相位计校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;5k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的说明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。7复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。JJF1756—20196附录A原始记录格式表A.1外观与工作正常性检查检查项目结果外观工作正常性表A.2相位测量(标准相位发生器法)频率/kHz输出幅度/V相位标准值/(°)相位示值/(°)U/(°),k=211011︙119011︙1118011︙1127011︙113300.0051︙︙1︙1001︙表A.3相位测量(精密相位计法)频率/kHz输出幅度V校准点(°)相位标准值(°)相位示值(°)U/(°),k=211011︙119011︙1118011︙7表A.3(续)频率/kHz输出幅度V校准点(°)相位标准值(°)相位示值(°)U/(°),k=21127011︙113300.0051︙︙1︙10001︙表A.4幅相误差(标准相位发生器法)频率/kHz参考输出幅度/V信号输出幅度/V相位标准值(°)相位示值/(°)U/(°),k=2111301153011103011503011100301513011013015013011001300.0051︙300.005︙130︙︙︙301001︙30100︙130JJF1756—20198表A.5幅相误差(精密相位计法)频率/kHz参考输出幅度/V信号输出幅度/V校准点(°)相位标准值(°)相位示值(°)U/(°),k=21113011530151300.0051︙300.005︙130︙︙︙3010001︙301000︙130JJF1756—20199附录B校准证书内页格式表B.1外观与工作正常性检查检查项目结果外观工作正常性表B.2相位测量频率/kHz输出幅度/V相位标准值/(°)相位示值/(°)U/(°),k=211011︙119011︙1118011︙1127011︙113300.0051︙︙1︙10001︙表B.3幅相误差(相位校准点:30°)频率/kHz参考输出幅度/V信号输出幅度/V相位标准值(°)相位示值/(°)U/(°),k=211111511︙1511︙10.0051︙0.005︙1︙︙︙10001︙1000︙110附录C主要项目校准结果的不确定度评定示例C.1相位测量不确定度评定(标准相位发生器法)C.1.1测量模型式中:ϕu=f(ϕs)(C.1)ϕu—被校低频相位计的相位读数,(°);ϕs—标准相位发生器的输出相位,(°)。C.1.2不确定度来源a)标准相位发生器输出相位不准引入的不确定度分量u1;b)被校低频相位计分辨力引入的不确定度分量u2;c)测量重复性引入的标准不确定度分量u3。C.1.3标准不确定度分量计算C.1.3.1标准相位发生器输出相位不准引入的不确定度分量u1标准相位发生器输出相位不准引入的不确定度按B类方法评定。根据标准相位发生器技术说明书,在1kHz下输出30°的最大允许误差为±0.005°,区间半宽度a=0.005°,按均匀分布,包含因子k=3,则C.1.3.2被校低频相位计力a.°09°被校低频相位计分辨力引入的不确定度按B类方法评定。根据被校低频相位计的说明书,其相位分辨力为0.001°,区间半宽度a=0.0005°,按均匀分布,包含因子k=3,则被校低频相位计分辨力引入的不确定度分量C.1.3.3测量重复性引入u3=0.00029°测量重复性引入的不确定度按A类方法评定。标准相位发生器输出信号频率为1kHz,输出电压为1V,输出相位为30°,读取被校低频相位计相应的相位指示值。独立测量10次,按贝塞尔公式(C.2)计算其实验标准偏差。测量数据见表C.1。sn(ϕu)=(ϕui-ϕu)2(C.2)表C.1被校低频相位计的相位指示值测量次数相位指示值/(°)129.996230.006JJF1756—201911表C.1(续)测量次数相位指示值/(°)329.997430.003529.996629.990729.993829.988929.9961030.002ϕu29.997sn(ϕu)0.0057由此引入的标准不确定度分量为C.1.4标准不确定度分量表各标准不确定度分量见下表C.2。u3=sn(ϕC.1.4标准不确定度分量表各标准不确定度分量见下表C.2。表C.2相位测量的标准不确定度分量不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度u1标准相位发生器输出相位不准B均匀 30.0029°u2被校低频相位计分辨力B均匀 30.00029°u3重复性A0.0057°C.1.5合成标准不确定度根据表C.2,各不确定度分量不相关,则合成标准不确定度C.1.6扩展不确定度uc=u+u+u=0.0064°C.1.7测量不确定度报告取包含因子k=2,则扩展不确定度U=kuc=C.1.7测量不确定度报告频率为1kHz时,相位测量30°的测量结果为29.997°±0.013°,其扩展不确定度为0.013°,包含因子k=2。C.2相位测量不确定度评定(精密相位计法)C.2.1测量模型JJF1756—201912式中:ϕu—被校低频相位计的相位读数,(°);式中:ϕu—被校低频相位计的相位读数,(°);ϕs—精密相位计的相位读数,(°)。C.2.2不确定度来源a)精密相位计相位测量不准引入的不确定度分量u1;b)被校低频相位计分辨力引入的不确定度分量u2;c)测量重复性引入的标准不确定度分量u3。C.2.3标准不确定度分量计算C.2.3.1精密相位计相位测量不准引入的不确定度分量u1精密相位计相位测量不准引入的不确定度按B类方法评定。根据精密相位计说明书,在1kHz时,相位测量30°的最大允许误差为±0.02°,区间半宽度a=0.02°,按均匀分布,包含因子k=3,则C.2.3.2被校低频相位计分辨力引入的不确定度分量u2uC.2.3.2被校低频相位计分辨力引入的不确定度分量u2被校低频相位计分辨力引入的不确定度按B类方法评定。被校低频相位计的相位°0005°,按均匀分布,包含因子k=3,则被校低C.2.3.3测量重复性引入的标准不确定度分量u3u2C.2.3.3测量重复性引入的标准不确定度分量u3测量重复性引入的