功率指示器校准规范

JJF1757—20191功率指示器校准规范1范围本规范适用于3μW~100mW(-25dBm~+20dBm)功率指示器的校准。2概述功率指示器根据工作原理可分为放大式和电桥式两种类型。放大式功率指示器是通过功率传感器(热电偶/二极管)将射频、微波信号转换成直流信号或低频信号,经过放大处理转换完成功率测量。电桥式功率指示器采用惠斯通电桥的原理,通过直流替代功率完成功率测量。电桥式功率指示器的显示方式分为指针式和数字式。3计量特性3.1放大式功率指示器计量特性a)零点最大允许误差:±75nW。注:功率指示器在进行初始调零后指示器的读数。b)零点漂移最大允许误差:±0.2%FS。注:功率指示器在进行初始调零校准后,功率指示器量程保持不变,指示器读数的变化量。c)功率量程范围:3μW~100mW(-25dBm~+20dBm);最大允许误差:±0.5%(±0.02dB)。d)校准系数范围:100%~85%(1.000mW~1.176mW);最大允许误差:±(0.002~0.006)mW。e)校准源输出功率功率:1mW(50MHz);最大允许误差:±0.75%。3.2电桥式功率指示器计量特性3.2.1指针式电桥功率指示器a)功率量程范围:10μW~10mW;最大允许误差:±1%FS。b)校准系数范围:88%~100%(1000mV~880mV);最大允许误差:±(2~10)mV。JJF1757—20192c)刻度线性量程:3mW;最大允许误差:±1/2最小刻度。3.2.2数字式电桥功率指示器a)功率量程范围:10μW~10mW;最大允许误差:±(0.5%~1.0%)。b)校准系数范围:88%~100%;最大允许误差:±(0.1%~0.5%)。c)刻度线性量程:10mW;最大允许误差:±0.05mW。注:计量特性指标不用于合格性判别,仅提供参考。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:电压(220±11)V,频率(50±1)Hz;d)其他:周围无影响校准系统正常工作的机械振动和电磁干扰。4.2校准用设备4.2.1量程校准器1功率量程:3μW~100mW;最大允许误差:±0.25%。注:用于校准放大式功率指示器。4.2.2量程校准器2功率量程:10μW~10mW;最大允许误差:±0.5%。注:用于校准电桥式功率指示器。4.2.3数字电压表直流电压:100mV~10V;最大允许误差:±0.02%。4.2.4功率传感器频率范围:10MHz~1GHz;功率范围:-20dBm~+10dBm;电压驻波比:<1.15;校准因子相对测量不确定度:0.5%(k=2)。JJF1757—201934.2.5功率指示器最大允许误差:±0.3%。5校准项目和校准方法5.1校准项目功率指示器校准项目见表1。表1校准项目列表序号校准项目功率指示器类型条款放大式电桥式1外观及工作正常性检查√√5.22零点√—5.33零点漂移√—5.44功率量程√√5.55校准系数√√5.66刻度线性—√5.77校准源输出功率√—5.85.2外观及工作正常性检查5.2.1被校功率指示器的外观应完好,各开关、按键等工作正常,仪表不应有影响电器性能的机械损伤。5.2.2被校功率指示器通电后,有自校准功能的,则完成内部自校准。5.2.3将检查结果记入附录A中。按照仪器技术说明书要求预热。5.3零点a)按图1连接校准设备;图1放大式功率指示器的校准连接示意图b)设置量程校准器1:功能开关为准备,极性开关为正常,量程为最小,电源开关为开;c)被校功率指示器电源开关为开,按照技术说明书要求,进行初始化,设置滤波器参数,显示方式为WATT;d)被校功率指示器调零,待被校功率指示器调零结束,将被校功率指示器的读数值记录于附录A的表A.1。5.4零点漂移a)按图1连接校准设备;b)设置量程校准器1功能开关为准备,极性开关为正常,量程为最小,电源开关JJF1757—20194为开;c)设置被校功率指示器电源开关为开,校准系数为100%,功率校准源为关,显示方式为WATT,量程保持开关为关,调零,使零点符合技术说明书的要求;d)量程校准器1的功能开关为校准,被校功率指示器的量程保持开关为开;e)量程校准器1的功能开关为准备,待被校功率指示器读数稳定后,记录读数值于附录A的表A.2;f)被校功率指示器的量程保持开关为关,根据被校功率指示器要求分别设置量程校准器1的其他量程;g)重复步骤d)~f)直到完成全部量程。5.5功率量程5.5.1放大式功率指示器5.5.1.1WATT或dBm方式a)按图1连接校准设备;b)设置量程校准器1功能开关为准备,极性开关为正常,量程为最小,电源开关为开;c)被校功率指示器电源开关为开,按照技术说明书要求,进行初始化,设置滤波器参数,显示方式为WATT或dBm,分辨力为最高,调零;d)设置量程校准器1量程为1mW或0dBm,功能开关为校准;e)被校功率指示器进行校准;f)根据被校功率指示器要求分别设置量程校准器1的不同量程,记录被校功率指示器读数于附录A的表A.3或表A.4。5.5.1.2dB(REF)方式a)按图1连接校准设备;b)设置量程校准器1功能开关为准备,极性开关为正常,功率量程为0dBm;c)设置被校功率指示器的显示方式为dBm,分辨力为最高,调零;d)设置量程校准器1功能开关为校准;e)被校功率指示器进行校准;f)设置量程校准器1量程为-10dBm(或其他量程);g)设置被校功率指示器的显示方式为dB[REF];h)设置量程校准器1的量程分别为要求的量程,记录被校功率指示器读数值于附录A表A.5。5.5.2电桥式功率指示器被校功率指示器为数字式电桥功率指示器时直接读取功率指示器测量值;被校功率指示器为指针式电桥功率指示器时通过数字电压表读取被校功率指示器后面板记录输出,数字电压表的直流电压值1V相当于满量程功率读数值。a)按图2连接校准设备;JJF1757—20195图2电桥功率指示器的校准连接示意图b)数字电压表电源开,测量方式为DC,量程自动;c)设置被校功率指示器,量程为最小,工作阻值为200Ω,校准系数为100%,电源开关为开;d)设置量程校准器2量程为最小,工作阻值为200Ω,调零/测试开关为调零,电源开关为开;e)调节量程校准器2调零旋钮,使被校功率指示器的零点最小;f)调零/测试开关为测试,记录被校功率指示器读数于附录A的表A.6;g)设置被校功率指示器和量程校准器2的功率程分别从低到高,记录被校功率指示器(或数字电压表)读数值于附录A的表A.6。5.6校准系数5.6.1放大式功率指示器a)按图1连接校准设备;b)设置量程校准器1功能开关为准备,极性开关为正常,量程为最小,电源开关为开;c)设置被校功率指示器电源开关为开,显示方式为WATT,分辨力为最高,校准系数为100%,调零;d)设置量程校准器1的功能开关为校准;e)被校功率指示器进行自校准,记录被校功率指示器的读数于附录A的表A.7;f)分别设置校准系数从99%~85%,记录被校功率指示器的读数于附录A的表A.7。5.6.2电桥式功率指示器a)按图2连接校准设备;b)设置被校功率指示器,量程为规定的量程,工作阻值为200Ω,校准系数为88%,电源开关为开;c)设置量程校准器2量程为规定的量程,工作阻值为200Ω,调零/测试开关为调零;JJF1757—20196d)数字电压表电压电源开关为开,测量方式为DC,量程自动;e)设置量程校准器2的调零/测试开关为测试,调节调零旋钮,使被校功率指示器的零点最小,记录被校功率指示器(或数字电压表)读数于附录A的表A.8;f)分别设置被校功率指示器的校准系数从低到高,记录被校功率指示器(或数字电压表)读数于附录A的表A.8。5.7刻度线性a)按图2连接校准设备;b)设置被校功率指示器量程(指针式为3mW,数字式10mW),工作阻值为200Ω,校准系数为100%;c)设置量程校准器2量程为1mW,工作阻值为200Ω,调节调零旋钮,使被校功率指示器的零点最小;d)设置量程校准器2调零/测试开关为测试,记录被校功率指示器(或数字电压表)读数于附录A的表A.9;e)设置量程校准器2的功率分别为2mW、3mW,记录被校功率指示器(或数字电压表)读数值于附录A的表A.9。5.8校准源输出功率a)按图3连接校准设备;图3校准源输出功率的校准连接示意图b)设置被校功率指示器校准源的输出功率为关,功率指示器进行调零;c)设置功率指示器量程为1mW,设置被校功率指示器的校准源输出功率为开,记录功率指示器读数Pbs,按式(1)计算输出功率P0,并记录于附录A的表A.10。P0=M(1)式中:P0—被校功率指示器校准源输出功率,mW;Pbs—功率指示器示值,mW;Ks—功率敏感器校准因子;M—失配因子,通常按1计算。6校准结果表达功率指示器校准后,出具校准证书。校准证书应至少包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;JJF1757—20197c)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或应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,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;k)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。JJF1757—20198附录A原始记录格式外观及工作正常性检查:表A.1零点测量值U(k=2)表A.2零点漂移量程测量值U(k=2)表A.3功率量程(放大式[WATT]方式)标称值测量值U(k=2)表A.4功率量程(放大式[dBm]方式)标称值测量值U(k=2)表A.5功率量程(放大式[dB(REF)]方式)dB(REF)方式(相对于-10dBm的dB值)标称值测量值U(k=2)JJF1757—20199表A.6功率量程(电桥式)量程测量值U(k=2)表A.7校准系数(放大式)校准系数测量值U(k=2)表A.8校准系数(电桥式)校准系数测量值U(k=2)表A.9刻度线性功率指示器量程量程校准器量程测量值U(k=2)表A.10校准源输出功率标称值测量值U(k=2)1mWJJF1757—201910附录B校准证书内页格式外观及工作正常性检查:表B.1零点测量值U(k=2)表B.2零点漂移量程测量值U(k=2)表B.3功率量程[放大式(WATT)方式]标称值测量值U(k=2)表B.4功率量程[放大式(dBm)方式]标称值测量值U(k=2)表B.5功率量程[放大式dB(REF)方式]dB(REF)模式(相对于-10dBm的dB值)标称值测量值U(k=2)表B.6功率量程(电桥式)量程测量值U(k=2)JJF1757—201911表B.7校准系数(放大式)校准系数测量值U(k=2)表B.8校准系数(电桥式)校准系数测量值U(k=2)表B.9刻度线性功率指示器量程量程校准器量程测量值U(k=2)表B.10校准源输出功率标称值测量值U(k=2)1mWJJF1757—201912附录C主要项目校准结果不确定度评定示例C.1功率量程使用量程校准器对被校功率指示器的功率量程进行校准,量程范围为3μW~100mW,校准框图见图C.1。图C.1功率量程校准连接框图C.1.1测量模型Pu=P(C.1)式中:P—量程校准器直流替代功率的输出功率,mW;Pu—被校功率指示器测量值,mW。C.1.2测量不确定度来源采用量程校准器对被校功率指示器进行校准,其测量不确定度来源为:a)量程校准器直流功率最大允许误差引入的相对标准不确定度分量urel(P);b)测量重复性引入的相对标准不确定度分量urel(D)。C.1.3灵敏系数对式(C.1)求导可得,量程校准器直流功率不准引入的标准不确定度分量的灵敏系数为:c1=考虑测量重复性带来的影响,可得功率量程测量不确定度的传播律如下:ucrel(Pu)==（c12+2将c1=1,urel(P)和urel(D)带入式(C.3),可得:ucrel(Pu)=uel(P)+uel(D)C.1.4标准不确定度评定(C.2)(C.3)(C.4)a)量程校准器直流功率允许误差极限引入的相对标准不确定度分量urel(P)量程校准器全部功率量程的允许误差极限为±0.25%,采用B类评定方法,测量结果服从均匀分布,包含因子k=3,其引入的相对标准不确定度为:urel(P)=≈0.144%(C.5)JJF1757—201913b)测量重复性引入的相对标准不确定度分量urel(D)测量重复性引入的相对标准不确定度分量采用A类评定方法,用量程校准器对被表C.1功率量程测量重复性数据校功率指示器测量10次,n=表C.1功率量程测量重复性数据μWμWμW次次次次次次次次次次值33.169.969.97次次次次次次次次次次值11测量重复性引入的相对标准不确定度按式(C.6)计算urel(D)==(Pui-Pu)2i=1(n-1)Pu(C.6)测量重复性引入的相对标准不确定度,3μW时为0.289%,100mW时为0.042%。C.1.5合成标准不确定度用量程校准器校准功率指示器功率量程的测量不确定度分量见表C.2。表C.2不确定度分量一览表不确定度分量来源评定方法分布k灵敏系数标准不确定度urel(P)量程校准器直流功率允许误差极限B类均匀 310.144%urel(D)测量重复性A类———0.289%(3μW)0.042%(100mW)合成相对标准不确定度用式(C.4)计算。C.1.6扩展不确定度3μW功率量程时,ucrel(Pu)=(0.144%)2+(0.289%)2=0.324%100mW功率量程时,ucrel(Pu)=(0.144%)2+(0.042%)2C.1.6扩展不确定度取包含因子k=2,扩展不确定度按式(C.7)计算:JJF1757—201914Urel(Pu)=k·ucrel(Pu)(C.7)3μW功率量程时,扩展不确定度为Urel(Pu)=2×0.324%≈0.65%;C.21时,扩展不确定度为Urel(Pu)=2×0.149%≈0.30%。使用功率传感器和功率指示器对被校功率指示器的校准源输出功率1mW进行校准,框图见图C.2。图C.2校准源输出功率连接框图C.2.1测量模型P0=M(C.8)式中:P0—被校功率指示器校准源输出功率,mW;Pbs—功率指示器示值,mW;Ks—功率敏感器校准因子;M—失配因子。C.2.2测量不确定度来源a)功率指示器示值Pbs引入的测量相对标准不确定urel(Ks);b)功率传感器校准因子Ks引入的测量相对标准不确定度urel(Pbs);c)失配引入的测量相对标准不确定度urel(M);d)测量重复性等引入的测量相对标准不确定度urel(D)。C.2.3方差校准源输出功率测量模型为各输入量的乘积,设备输入量间均不相关,相关系数为零,根据不确定度传播律,校准源输出功率的合成标准不确定度可按式(C.9)计算:s)2+us)2+u)2+uel(D)(C.9)即有相对合成标准不确定度可表示为:ucrel(P0)=uel(Pbs)+uel(Ks)+uel(M)+uel(D)(C.10)C.2.4标准不确定度评定a)功率指示器示值Pbs引入的测量相对标准不确定度urel(Pbs)功率指示器示值功率Pbs1mW时允许误差极限为±0.3%,采用B类评定方法,其为均匀分布,包含因子k1=3,则:JJF1757—201915urel(Pbs)===0.0017b)功率传感器校准因子Ks引入的测量相对标准不确定度urel(Ks)功率传感器校准因子由高一级的标准功率计定标,频率50MHz时Ks为100%,相对扩展不确