杜建斌

[摘 ?要]本文以B&K2692為例介紹了電荷放大器的檢定裝置及檢定結(jié)果的不確定度來源與評定過程

[關(guān)鍵詞]電荷放大器 ?檢定結(jié)果 ?不確定度評定

中圖分類號(hào)：V245;V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2016）23-0330-01

0引言

電荷放大器是接電壓傳感器的一種前置放大器，主要用于放大來自電路的壓電器件電荷信號(hào)。電荷放大器可以將機(jī)械量轉(zhuǎn)變成與其成正比的微弱電荷量，因而被廣泛地應(yīng)用于振動(dòng)、力、壓力、聲學(xué)等非電量電測技術(shù)。

下面以歸一化擋為例對其檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定。

1、測量方法

1.1測量依據(jù)

JJG 338-2013《電荷放大器檢定規(guī)程》.

1.2測量標(biāo)準(zhǔn)

電荷放大器的檢定裝置主要包括多功能校準(zhǔn)源、數(shù)字多用表、標(biāo)準(zhǔn)電容。

1.3被檢儀器

丹麥B&K電荷放大器2692。

信號(hào)輸入電壓：<10V（峰值）采集頻率：0.1Hz – 100kHz

差分電荷：10nc工作電壓：4.2V放大倍數(shù)：0.1mV/pc – 10V/pc

1.4檢定示意圖

我所檢定裝置為多功能校準(zhǔn)源、數(shù)字多用表及1000pF標(biāo)準(zhǔn)電容。如圖 1所示：

2、測量模型

電荷放大器歸一化置于1-0-0擋位，調(diào)節(jié)多功能校準(zhǔn)源，頻率為160Hz、多功能校準(zhǔn)源在0.5V左右調(diào)節(jié)直至數(shù)字多用表的輸出為5.000V記為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，則歸一化誤差為：

（j=2，3，…，28）

式中：為狀態(tài)序號(hào)為“j”時(shí)對應(yīng)的歸一化誤差，%;

為設(shè)置歸一化擋的數(shù)值;

為歸一化擋為“1-0-0”時(shí)電荷放大器輸出電壓，V;

為歸一化擋為“”時(shí)電荷放大器的輸出電壓，V。

測量結(jié)果的不確定度為：

式中：Ue為被檢儀器測量結(jié)果的不確定度;

U1為重復(fù)性引入的不確定度;

U2為多功能校準(zhǔn)源引入的不確定度;

U3為數(shù)字多用表引入的不確定度;

U4為標(biāo)準(zhǔn)電容引入的不確定度。-6

3、測量不確定度的來源

測量不確定度的來源見表1。

4、測量不確定度分量的計(jì)算

4.1重復(fù)性引入的不確定度

在環(huán)境條件滿足檢定要求的情況下由多功能校準(zhǔn)源給出標(biāo)準(zhǔn)電壓0.5V（160Hz），電荷放大器歸一化擋置于“5-0-0”，電荷放大器設(shè)置在線性擋，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)電容，電荷放大器連續(xù)測量十次讀取數(shù)據(jù)，由重復(fù)性數(shù)據(jù)知：

，

自由度v=n-1=9。

4.2多功能校準(zhǔn)源交流電壓引入的不確定度

多功能校準(zhǔn)源經(jīng)上級(jí)計(jì)量機(jī)構(gòu)檢定合格，由技術(shù)指標(biāo)說明書可得，在交流電壓輸出100mV～10V，10Hz～100kHz范圍內(nèi)，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具交流電壓功能的最大允許誤差為±0.000325V，

由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

4.3數(shù)字多用表的分辨力引入的不確定度

由數(shù)字多用表的技術(shù)說明書可知，在1kHz，1V時(shí)電壓測量最大允許誤差為±0.17mV，認(rèn)為服從均勻分布，k=，UB1=0.17x1000÷≈98μV，自由度為∞。

由數(shù)字多用表技術(shù)說明書可知，1V時(shí)分辨力為1μV，認(rèn)為服從均勻分布，取k=，則用B類方法評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：UB2=÷≈0.29μV 。由于重復(fù)性分量包含分辨力引入的不確定度分量，為避免重復(fù)計(jì)算，只計(jì)算最大影響量UB1，舍棄UB2 。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確擴(kuò)展不確定度計(jì)算換算為相對值為0.02%

4.4標(biāo)準(zhǔn)電容引入的不確定度分量

標(biāo)準(zhǔn)電容BR8/1（1000pF）經(jīng)上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定合格，在BR8/1檢定證書上，上級(jí)檢定機(jī)構(gòu)給出的擴(kuò)展不確定度為5x10-4，（k=2）由此引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

5、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以上各不確定度分量互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

6、評定結(jié)果

擴(kuò)展不確定度U

7、應(yīng)用

由本文不確定度來源分量同樣可以算出在電荷放大器檢定過程中增益擋、線性誤差擋及輸入等效電荷噪聲等測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。

8、結(jié)束語

電荷放大器的工作狀態(tài)直接影響傳感器的測試精度 ，為保證測量值的統(tǒng)一、準(zhǔn)確、可靠，電荷放大器測量結(jié)果的不確定度就顯得尤為重要。本文對電荷放大器檢定結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定，以便使用者可以正確的使用其測量數(shù)據(jù)。同時(shí)在同種條件下，用該裝置檢定校準(zhǔn)其他類型電荷放大器時(shí)，可直接使用本文中不確定度的評定結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJG 338-2013 《電荷放大器檢定規(guī)程》;

[2]JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。