CN101344581B - 低频小电压标准面平移定标法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种标准小电压标准面平移定标法，其方法如下：第一步，使用高准确度的低频电压表作为标准表，对由低频电压源、衰减器和通过式负载组成的测试系统进行校准；第二步，根据第一步的校准结果来推导要得到1mV以下标准电压值U′₀时低频电压源应输出的电压值U′₁；第三步，对被测低频电压表的1000μV～10μV电压测量范围进行定标。通过此方法，由低频电压源提供要求的电压信号，经衰减器衰减，再经过通过式负载，使用高准确度的低频电压表来进行测量，使低频小电压标准值平移至通过式负载端面，从而对1000μV～10μV范围内的低频小电压测量仪器进行定标。

Description

低频小电压标准面平移定标法

技术领域

本发明涉及一种无线电、电磁计量测试领域的电压标准面定标法，特别是一种低频小电压标准面平移定标法。

背景技术

目前，我国无线电、电磁计量测试领域低频电压的量值传递频率范围一般是10Hz～1MHz，电压传递范围是1000V～1mV。低频电压检定校准方法是由低频标准电压源提供一个标准电压信号，直接检定校准被测低频电压表。这种方法原理简单，技术成熟，但是对于1mV以下的低频小电压测量，通常采用10mV以上的低频电压量值直接由衰减器进行分压得到，这种方法无法准确给衰减器定标，无法在其输出面得到标准电压值，无法合理给出分压后标准电压值绝对量的不确定度，无法提供准确的1000μV～10μV低频小电压标准信号，实现该范围内低频小电压测量仪器的定标。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种标准小电压标准面定标法。本发明利用现有的仪器设备，通过巧妙的组合实现低频小电压标准面平移定标，确定得到1000μV～10μV之间低频小电压标准值的定标方法，解决1mV以下低频小电压测量仪器准确定标的难题。该方法主要由稳定性好、分辨率高的低频电压源提供要求的电压信号U₀₁，经衰减器衰减至要求的衰减倍数，再经过满足要求的通过式负载，使用高准确度的低频电压表来进行测量校准，调整低频电压源的输出，使低频电压表的示值U₀为准确的要求电压值，这样使要求电压值的标准电压值平移至通过式负载端面，记下此时低频电压源的实际输出值U₁。由校准所得值U₁进行推导计算，根据推导计算的结果来设置所需的1000μV～10μV低频电压源的输出电压值，从而在通过式负载输出端面得到1000μV～10μV的标准电压值。在通过式负载端面连接被测低频电压表，可以实现对电压范围1000μV～10μV的低频小电压测量仪器进行定标。

本方法的优点在于利用现有的仪器，通过巧妙的组合和合理、准确的推导计算，将低频小电压的标准电压值平移至通过式负载端面，实现了电压范围1000μV～10μV低频小电压测量仪器的定标，解决了1mV以下低频小电压测量仪器准确定标的难题，大大提高了我国低频小电压测量技术的水平，具有很好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1低频小电压标准面平移示意图；

图2低频小电压定标连接图。

图号说明

1、低频电压源

a)频率范围：10Hz～1MHz；

b)电压范围：1mV～10V；

c)分辨力：6位半以上。

2、衰减器

a)频率范围：10Hz～1MHz；

b)衰减范围：0dB～80dB。

3、高准确度的低频电压表

a)频率范围：10Hz～1MHz；

b)电压范围：1mV～10V；

c)分辨力：6位半以上；

d)不确定度：0.01％～1.5％

4、通过式负载

25Ω～75Ω。

5、平移后的标准面

6、被测低频电压表

具体实施方式

本发明利用现有的仪器设备，通过巧妙的组合解决了上述难题：由低频电压源提供要求的电压信号，经衰减器衰减，再经过通过式负载，使用高准确度的低频电压表来进行测量，使低频小电压标准值平移至通过式负载端面。再经过合理、准确的推导计算，可以提供准确的1000μV～10μV低频小电压标准信号，实现该范围内低频小电压测量仪器的定标。。

低频小电压标准面平移定标法的目的在于确定得1000μV～10μV之间低频小电压标准值的定标方法，解决1mV以下低频小电压测量仪器准确定标的难题。

该方案主要由稳定性好、分辨率高的低频电压源提供要求的电压信号U₀₁，经衰减器衰减至要求的衰减倍数，再经过满足要求的通过式负载，使用高准确度的低频电压表来进行测量校准，调整低频电压源的输出，使低频电压表的示值U₀为准确的要求电压值，这样使要求电压值的标准电压值平移至通过式负载端面，记下此时低频电压源的实际输出值U₁。由校准所得值U₁进行推导计算，根据推导计算的结果来设置所需的1000μV～10μV低频电压源的输出电压值，从而在通过式负载输出端面得到1000μV～10μV的标准电压值。在通过式负载端面连接被测低频电压表，可以实现对电压范围1000μV～10μV的低频小电压测量仪器进行定标。

实现上述技术方案推导计算的原理如下：

假设希望在通过式负载端面得到U₀的标准电压值，当衰减器衰减倍数为A时，理想情况下，低频电压源应输出的电压值为：

U₀₁＝U₀×10^A/20    (1)

实际上，由于衰减器、低频电压源和通过式负载准确度及其他测量因素的影响，低频电压源的实际输出与理想值存在一定的偏差。这里使用高准确度的低频电压表(标准表)对其进行校准，调节低频电压源输出的电压幅度，使得低频电压表测得的电压值为U₀(U₀≥1mV)，此时低频电压源实际输出的电压值为U₁，由此可推导出经低频电压表校准后的校准因子Δ为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{U_1-U_{01}}{U_{01}}\×100\%---\left(2\right)$

在相同的频率下，衰减器设置和测量装置连接状态相同时，校准因子Δ是一定的，因此，若想得到标准电压值U′₀时，由式(1)可计算出理想情况下电压源应输出电压U′₀₁，再根据式(2)所得到的校准因子Δ，可推导出低频电压源实际上应输出的电压值U′₁为：

U′₁＝U′₀₁+Δ×U′₀₁＝U′₀₁×(1+Δ)    (3)

即：得到标准电压值为U′₀时，低频电压源实际输出电压值为U′₁。

综上所述，经过高准确度的低频电压表的测量校准，由式(2)可得到校准因子Δ，进而可由式(3)推导出要得到的不同频率点的U′₀(10μV≤U′₀≤1000μV)的标准电压值时，低频电压源都有一个对应的实际输出电压值U′₁。这样，设定通过校准得到的低频电压源输出的要求电压值U′₁，就可以在通过式负载输出端面得到一个相对应的标准电压值U′₀。通过此方法，将低频电压源标准输出端面平移至通过式负载输出端面，从而在通过式负载输出端面得到(1000μV～10μV)低频小电压的标准值。

本方案的具体实施是使用准确度高的低频电压表作为标准，由稳定性好、分辨率高的低频电压源、衰减器和通过式负载组成测量系统，对被测低频电压表的电压测量范围1000μV～10μV进行定标。其实施过程分为以下三步：

第一步，使用高准确度的低频电压表作为标准表，对由低频电压源、衰减器和通过式负载组成的测试系统进行校准。

a)如图1所示，使用BNC电缆将低频电压表、低频电压源、衰减器和通过式负载进行连接；

b)在某一频率下，选取电压值U₀(U₀≥1mV)作为要求校准的标准电压值，将衰减器的衰减倍数设定为A，由式(1)可得到理想状态下低频电压源的输出幅度U₀₁；然后调节低频电压源的输出幅度，使得低频电压表的示值为U₀，记下此时低频电压源的实际输出电压U₁；

c)将上步得到的U₀₁、U₁带入式(2)，可得到校准因子Δ。同理，如果想在其他频率或衰减倍数下进行校准，只要改变低频电压源的频率或衰减器的衰减倍数为求要的值，再重复以上步骤即可。

校准结果实例见表1。

表1衰减器设置为80dB时对标准面校准结果

频率	U0(μV)	U1(V)	Δ(％)
				10Hz	1000	10.088	0.88
40Hz	1000	10.088	0.88
				400Hz	1000	10.088	0.88
800Hz	1000	10.088	0.88
				2kHz	1000	10.088	0.88
20kHz	1000	10.116	1.16
				40kHz	1000	10.159	1.59

第二步，根据第一步的校准结果来推导要得到1mV以下标准电压值U′₀时低频电压源应输出的电压值U′₁。

经过高准确度的低频电压表的测量校准，由式(2)可得到校准因子Δ，进而可由式(3)推导出要得到的不同频率点的U′₀(10μV≤U′₀≤1000μV)的标准电压值时，低频电压源都有一个对应的实际输出电压值U′₁。这样，设定通过校准得到的低频电压源输出的要求电压值U′₁，设置衰减器的要求衰减倍数，就可以在通过式负载输出端面得到一个相对应的标准电压值U′₀。通过此方法，将低频电压源标准输出端面平移至通过式负载输出端面，从而在通过式负载输出端面得到(10μV≤U′₀≤1000μV)低频小电压的标准值U′₀。

其中210μV≤U′₀≤30μV低频小电压的标准值U′₀推导结果实例见表2。

表2U′₀与U′₁对照表

频率	U′1(V)	U′0(μV)	U′1(V)	U′0(μV)	U′1(V)	U′0(μV)
							10Hz	2.118	210	1.513	150	0.3026	30
40Hz	2.118	210	1.513	150	0.3026	30

400Hz	2.118	210	1.513	150	0.3026	30
							800Hz	2.118	210	1.513	150	0.3026	30
2kHz	2.118	210	1.513	150	0.3026	30
							20kHz	2.124	210	1.517	150	0.3035	30
40kHz	2.133	210	1.524	150	0.3048	30

第三步，对被测低频电压表的(1000μV～10μV)电压测量范围进行定标。

如图2所示，将被测低频电压表连接到通过式负载端面上，根据第二步的推导计算结果设置由第二步得到的要求频率点的低频电压源输出值U′₁，设置衰减器的要求衰减倍数，即可在通过式负载端面得到一个相对应的要求标准电压值U′₀，此时，记下被测低频电压表的示值。重复上述步骤即可完成被测低频电压表1000μV～10μV电压测量范围定标。

其中210μV≤U′₀≤30μV低频电压表定标结果实例见表3。

表3衰减器设置为80dB时对低频电压表的定标结果

频率	标准值	被测电压表示值	标准值	被测电压表示值	标准值	被测电压表示值
							10Hz	210	211	150	151	30	36
40Hz	210	211	150	151	30	36
							400Hz	210	211	150	151	30	36
800Hz	210	211	150	151	30	36
							2kHz	210	211	150	151	30	36
20kHz	210	211	150	152	30	36
							40kHz	210	212	150	152	30	36

本发明主要是采用了标准面平移的思想，通过高准确度的低频电压表对由低频电压源、衰减器和通过式负载组成的测试系统进行测量校准，可以得到一个校准因子Δ，进而推导出要得到的不同频率点的U′₀(10μV≤U′₀≤1000μV)的标准电压值时，低频电压源都有一个对应的实际输出电压值U′₁。这样，设定通过校准得到的低频电压源输出的要求电压值U′₁，设置衰减器的要求衰减倍数，就可以在通过式负载输出端面得到一个相对应的标准电压值U′₀。通过此方法，将低频电压源标准输出端面平移至通过式负载输出端面，从而在通过式负载输出端面得到(10μV≤U′₀≤1000μV)低频小电压的标准值U′₀。

本方法的优点在于利用现有的仪器，通过巧妙的组合和合理、准确的推导计算，将低频小电压的标准电压值平移至通过式负载端面，实现了电压范围1000μV～10μV低频小电压测量仪器的定标，解决了1mV以下低频小电压测量仪器准确定标的难题，大大提高了我国低频小电压测量技术的水平，具有很好的社会效益和经济效益。

Claims (1)

1.一种低频小电压标准面平移定标方法，包括以下三个步骤：

第一步，使用高准确度的低频电压表作为标准表，对由低频电压源、衰减器和通过式负载组成的测试系统进行校准；

第二步，根据第一步的校准结果来推导要得到1mV以下标准电压值U′₀时低频电压源应输出的电压值U＇₁；

第三步，对被测低频电压表的1000μV～10μV电压测量范围进行定标,

所述的第一步包括：

a、使用电缆将低频电压表、低频电压源、衰减器和通过式负载进行连接；

b、在某一频率下，选取电压值U₀，U₀≥1mV，作为要求校准的标准电压值，将衰减器的衰减倍数设定为A，由

U₀₁＝U₀×10^A/20(1)

得到理想状态下低频电压源的输出幅度U₀₁；然后调节低频电压源的输出幅度，使得低频电压表的示值为U₀，此时低频电压源的实际输出电压为U₁；

c、上步得到的U₀₁、U₁带入式(2)得到校准因子Δ；

如果想在其他频率或衰减倍数下进行校准，只要改变低频电压源的频率或衰减器的衰减倍数为要求的值，再重复步骤a、b、c,

所述的第二步包括：

经过高准确度的低频电压表的测量校准，由式(2)可得到校准因子Δ，进而由

U′₁＝U′₀₁+Δ×U′₀₁＝U′₀₁×(1+Δ)(3) 

推导出要得到的不同频率点的U′₀的标准电压值时，其中10μV≤U′₀≤1000μV，低频电压源都有一个对应的实际输出电压值U′₁，设定通过校准得到的低频电压源输出的要求电压值U′₁，设置衰减器的要求衰减倍数，就可以在通过式负载输出端面得到一个相对应的标准电压值U′₀，将低频电压源标准输出端面平移至通过式负载输出端面，从而在通过式负载输出端面得到10μV≤U′₀≤1000μV低频小电压的标准值U′₀,

所述的第三步包括：

将被测低频电压表连接到通过式负载端面上，根据第二步的推导计算结果设置由第二步得到的要求频率点的低频电压源输出值U′₁，设置衰减器的要求衰减倍数，在通过式负载端面得到一个相对应的要求标准电压值U′₀，此时，记下被测低频电压表的示值；重复上述步骤即可完成被测低频电压表1000μV～10μV电压测量范围定标。 

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