王 玲，李憲優(yōu)，于麗娟，魏學(xué)榮，韓 光

（西北核技術(shù)研究所，陜西 西安 710024）

0 引 言

計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性是指計量標(biāo)準(zhǔn)保持其計量特性隨時間恒定的能力，是計量標(biāo)準(zhǔn)的主要計量特性之一。示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置是檢定模擬示波器和數(shù)字示波器的計量標(biāo)準(zhǔn)器，示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性考核是衡量、考核新建標(biāo)和已建標(biāo)示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置量值傳遞是否準(zhǔn)確可靠的一種重要手段。穩(wěn)定性考核的目的是為了判斷示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置是否保持隨時間恒定的計量特性，為了保證示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置所提供的標(biāo)準(zhǔn)量值長期有效，確保示波器檢定結(jié)果的質(zhì)量，對其進行穩(wěn)定性考核尤為重要。

1 示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性考核方法

對于新建標(biāo)的示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置和已建標(biāo)的示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置，都必須進行穩(wěn)定性考核，只是采用的穩(wěn)定性考核方法有所不同。

1.1 新建示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置

新建標(biāo)的示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置需要進行半年以上的試運行，并在一定時間間隔內(nèi)對該標(biāo)準(zhǔn)裝置進行多次穩(wěn)定性測量。示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置包含多個參數(shù)，如直流電壓、方波電壓、時基、上升時間和穩(wěn)幅正弦波等，應(yīng)分別對每個參數(shù)的穩(wěn)定性進行考核。

下面以直流電壓測量為例，詳述新建示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置穩(wěn)定性考核的方法。

（1）選擇核查標(biāo)準(zhǔn)。首先需要確定示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性考核參數(shù)，針對考核參數(shù)再選擇核查標(biāo)準(zhǔn)。在穩(wěn)定性測量過程中，為了減小測量儀器對穩(wěn)定性測量結(jié)果的影響，應(yīng)盡可能地選擇一個穩(wěn)定的、分辯力足夠的測量儀器作為核查標(biāo)準(zhǔn)。由FLUKE公司9500B示波器校準(zhǔn)儀構(gòu)成的示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置作為測量標(biāo)準(zhǔn)，選用WAVETEK公司1281數(shù)字多用表作核查標(biāo)準(zhǔn)。

（2）測試條件。在實驗室內(nèi)進行穩(wěn)定性測量，環(huán)境條件和必要的設(shè)施應(yīng)該滿足測量標(biāo)準(zhǔn)和核查標(biāo)準(zhǔn)的使用要求，測試臺接地良好，無影響儀器正常工作的機械振動及電磁干擾，實驗室溫度和相對濕度控制在允許范圍內(nèi)，示波器校準(zhǔn)儀預(yù)熱30min，數(shù)字多用表預(yù)熱60min。

（3）測試方法。儀器連接如圖1所示，測量標(biāo)準(zhǔn)如果有較寬的測量范圍時，在其測量范圍內(nèi)選擇高、中、低3個典型量值點進行穩(wěn)定性測量，示波器校準(zhǔn)儀產(chǎn)生的直流電壓有50Ω檔（10mV～5V）和1MΩ檔（10mV～200V），在50Ω檔和1MΩ檔的范圍內(nèi)從低至高各選取3個測量點。

圖1 直流電壓測量連接框圖

每隔一段時間，至少一個月，用數(shù)字多用表對示波器校準(zhǔn)儀產(chǎn)生的直流電壓進行一組n次（n≥6）的重復(fù)測量，取其算術(shù)平均值作為該組的測量結(jié)果，共測量m組（m≥4），至少考核4個月，用所得測量結(jié)果的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差sm來定量表征該參數(shù)的穩(wěn)定性。sm按下述方法計算：

當(dāng) m＜6時，按照式（1）計算：

式中：xmax——m組測量結(jié)果中的最大值；

xmin——m組測量結(jié)果中的最小值；

dm——與測量組數(shù)有關(guān)的常數(shù)，d4=2.06，d5=2.33。

從2011年12月至2013年3月共測量了4組數(shù)據(jù)，每組的測量結(jié)果見表1。

表1 示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置直流電壓穩(wěn)定性測量記錄

當(dāng)m≥6時，按照式（2）計算：

m——測量組數(shù)。

根據(jù)環(huán)境條件和測量標(biāo)準(zhǔn)本身的具體情況來確定穩(wěn)定性考核時間的長短，當(dāng)環(huán)境條件不易控制或測量標(biāo)準(zhǔn)受環(huán)境影響較大時，就需要較長的考核時間。

（4）測量結(jié)果判定。根據(jù)計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范的要求，示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置性能用最大允許誤差表述時，示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性應(yīng)小于其最大允許誤差的絕對值；用擴展不確定度表述時，示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性應(yīng)小于擴展不確定度，即：

按照式（1）計算出實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差Sm，根據(jù)式（3），示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置直流電壓的穩(wěn)定性考核判定結(jié)論如表2所示。

表2 示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置直流電壓穩(wěn)定性考核結(jié)果

1.2 已建示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置

（1）已建標(biāo)的示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置，按規(guī)定每隔5年需要進行復(fù)查考核，以檢查標(biāo)準(zhǔn)裝置是否準(zhǔn)確可靠。在一個復(fù)查周期內(nèi)，正常工作狀態(tài)下的示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置，每年要溯源至上級計量部門，因此具有5個年度的量值溯源值，可以采用上級計量部門出具的檢定證書數(shù)據(jù)作為一年期內(nèi)考核示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置穩(wěn)定性的測量依據(jù)。

以示波器校準(zhǔn)儀的方波電壓參數(shù)為例，同一測點，當(dāng)年溯源的檢定證書測量數(shù)據(jù)與上一年檢定證書的測量數(shù)據(jù)相比較，其差值作為此測點方波電壓在該年度的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，每個年度的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)與示波器校準(zhǔn)儀最大允許誤差的絕對值相比較，小于最大允許誤差的絕對值即為穩(wěn)定性合格。

（2）如果能夠得到長期穩(wěn)定的核查標(biāo)準(zhǔn)，最好用新建標(biāo)時做穩(wěn)定性考核的核查標(biāo)準(zhǔn)，每年對示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置進行一組n次（n≥6）的重復(fù)測量，取其算術(shù)平均值做為測量結(jié)果，以相鄰兩年測量結(jié)果的差值作為一個年度示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性，該穩(wěn)定性小于示波器校準(zhǔn)儀最大允許誤差的絕對值即為符合要求，見式（4）。

式中：Yi——當(dāng)年重復(fù)測量的算術(shù)平均值；

Yi-1——上一年重復(fù)測量的算術(shù)平均值；

Δ——示波器校準(zhǔn)儀的最大允許誤差。

2 注意事項

（1）核查標(biāo)準(zhǔn)的選擇。由于示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置需要進行穩(wěn)定性考核的參數(shù)較多，如直流電壓、方波電壓、上升時間和正弦波等，不可能用一臺核查標(biāo)準(zhǔn)完成幾個參數(shù)的穩(wěn)定性測量，針對每個參數(shù)的穩(wěn)定性測量，選擇的核查標(biāo)準(zhǔn)除了要求性能穩(wěn)定之外，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要高于示波器校準(zhǔn)儀被測參數(shù)的指標(biāo)。

（2）測量時間。對于新建示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置和已建示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置，二者穩(wěn)定性考核的時間間隔不同，前者是每隔一段時間（大于一個月）進行一組測量，后者是每年進行一組測量。

（3）測量條件和數(shù)據(jù)記錄。應(yīng)在相同的測試地點、時間間隔、核查標(biāo)準(zhǔn)、測量方法條件下進行穩(wěn)定性測量；示波器校準(zhǔn)儀的有源信號頭要放置平穩(wěn)；測量儀器要可靠接地；使用多臺測量儀器時，要滿足每臺儀器的預(yù)熱要求。原始記錄的數(shù)據(jù)要求記錄全面、有足夠的信息量，并且要妥善保管。

（4）結(jié)果處理。對示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置進行多個參數(shù)的穩(wěn)定性考核，每個參數(shù)的穩(wěn)定性考核均要給出考核結(jié)果，若有某個參數(shù)的穩(wěn)定性考核不合格，就要對考核對象、核查標(biāo)準(zhǔn)、測量環(huán)境和測量方法進行分析判斷，找出原因，采取糾正措施，重新進行穩(wěn)定性測量。

3 結(jié)束語

由于示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置穩(wěn)定性考核過程涉及的參數(shù)多、量程多、高頻參數(shù)多、操作復(fù)雜，需要事先計劃認(rèn)真實施，示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性考核是復(fù)查考核的關(guān)鍵項目之一，做好穩(wěn)定性考核工作是示波器標(biāo)準(zhǔn)裝置良好、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地進行量值傳遞的重要保證。

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