JJF 2296-2025 纳伏电压表校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2296—2025纳伏电压表校准规范CalibrationSpecificationforNanovoltmeters2025-09-08发布2025-03-08实施国家市场监督管理总局发布JJF2296—2025纳伏电压表校准规范CalibrationSpecificationforNanovoltmeters→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→JJF2296—2025→→→→→→→→→→→→→归口单位:全国电磁计量技术委员会主要起草单位:湖南省计量检测研究院山东省计量科学研究院参加起草单位:长沙天恒测控技术有限公司中国计量科学研究院北京无线电计量测试研究所本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:徐昱(湖南省计量检测研究院)陈桂英(湖南省计量检测研究院)马雪锋(山东省计量科学研究院)参加起草人:周新华(长沙天恒测控技术有限公司)刘钺(中国计量科学研究院)李红晖(中国计量科学研究院)朱珠(北京无线电计量测试研究所)JJF2296—2025Ⅰ引言 1范围 (1)2引用文件 (1)3术语 (1)4概述 (1)5计量特性 (2)5.1直流电压示值误差 (2)6校准条件 (2)6.1环境条件 (2)6.2测量标准及其他设备 (2)7校准项目和校准方法 (3)7.1校准前的准备 (3)7.2直流电压示值误差 (4)8校准结果表达 (7)9复校时间间隔 (8)附录A直流电压示值误差校准不确定度评定示例(标准源法) (9)附录B直流电压示值误差校准不确定度评定示例(标准分压器法) (12)附录C校准原始记录格式 (16)附录D校准证书内页格式 (18)JJF2296—2025ⅡJJF1001《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作的基础性文件。本规范为首次发布。JJF2296—20251纳伏电压表校准规范1范围本规范适用于纳伏电压表直流电压、直流数字电压表(或数字多用表直流电压功能)10mV及以下量程的校准。注:纳伏电压表直流电压、直流数字电压表(或数字多用表直流电压)10mV以上量程的校准可依据JJF1587数字多用表校准规范。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1587数字多用表校准规范GB/T13978数字多用表凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3术语3.1零位漂移zerodrift测量零值信号(输入端短路)时,仪器读数随时间的变化。注:通常这种变化是缓慢的、连续的。4概述纳伏电压表(以下简称“纳伏表”)是一种噪声低、灵敏度高、直流电压测量分辨力达纳伏级的仪表,通常用于热工、传感器等领域低噪声、低电压信号的测量。纳伏表主要由信号调理及放大、A/D转换器、微处理器、显示单元等组成。小电压信号经过前置放大器进行放大,然后通过A/D转换器将模拟信号变换为数字信号,在微处理器的控制下,在显示单元进行显示,也可通过数据接口进行远程传输。其工作原理框图如图1所示。JJF2296—20252图1纳伏表的工作原理框图5计量特性5.1直流电压示值误差直流电压示值误差见表1。表1直流电压示值误差量程最大允许误差1mV±25nV~±70nV10mV±80nV~±530nV或±90nV~±540nV纳伏表的直流电压示值误差用公式(1)表示:ΔV=VX-VN(1)式中:ΔV—纳伏表直流电压示值误差,mV;VX—纳伏表示值,mV;VN—直流电压参考值(标准值),mV。6校准条件6.1环境条件环境温度:(20±2)℃,校准过程中环境温度变化不宜超过1℃;相对湿度:≤75%;供电电源:(220±22)V,(50±0.5)Hz;纳伏表和标准器周围的物体保持相对静止以减少扰动;周围无明显影响测量的电磁干扰和机械振动。6.2测量标准及其他设备四种校准方法所需的测量标准设备及要求见表2,可根据实际需求选择。3表2测量标准及要求校准方法测量标准要求量子电压法量子电压标准输出的电压应覆盖校准所需的范围标准源法直流低电压标准源输出的电压应覆盖校准所需的范围,输出电压的短期稳定度(每分钟)应优于纳伏表的相对最大允许误差绝对值的1/10标准分压器法直流电压源输出电压的短期稳定度(每分钟)应优于纳伏表的相对最大允1/10通过分压器输出的电压应覆盖校准所需的范围直流标准电压表输入阻抗应不小于1GΩ分压器额定电压应不小于校准时使用的电压,并考虑其温度系数对分压比的影响电流电压转换法直流恒流源输出电流的短期稳定度(每分钟)应优于纳伏表的相对最大允1/10需的范围直流标准电阻器额定电流应不小于校准时使用的电流,并考虑其温度系数对阻值的影响直流标准电压表输入阻抗应不小于1GΩ测量标准的扩展不确定度(k=校准装置应具有良好的屏蔽和接地。7校准项目和校准方法7.1校准前的准备7.1.1外观检查目测或手动操作,检查纳伏表是否符合以下要求:a)外观结构完好,无影响正常工作的机械损伤;JJF2296—20254b)外露部件(面板、按钮和接线端子等)无松动;c)标志清晰、正确;d)低热电势测试线完好。7.1.2通电检查和预热a)通电后显示字符段完整,各测量功能、量程切换正常;b)按照纳伏表的技术手册(或说明书)的要求进行预热;c)如有要求,按技术手册(或说明书)的要求进行自校。7.1.3接线校准应使用低热电势测试线(建议使用纳伏表随机附带的测试线)进行可靠连接。5min。7.1.4零位漂移测量用低热电势短路器将纳伏表的电压输入端短接。选择纳伏表的量程(一般选取最小量程),根据技术手册(或说明书)对纳伏表的测量状态进行配置,记录规定时间(若无要求,可选60s)内纳伏表读数的最大值和最小值。零位漂移按公式(2)计算。Vd=Vmax-Vmin(2)式中:Vd—纳伏表的零位漂移,mV;Vmax—纳伏表读数的最大值,mV;Vmin—纳伏表读数的最小值,mV。7.2直流电压示值误差7.2.1校准点的选取原则校准点应覆盖所有量程并兼顾各量程之间的覆盖性和均匀性。如无特殊要求,一般最小量程选取3~5个校准点,其他量程选取2~3个校准点,至少应覆盖量程值的10%点和量程值点。各量程负极性可选取量程值1个校准点。7.2.2校准方法a)量子电压法校准接线图如图2所示。图2量子电压法校准接线图选择纳伏表的通道、量程,并对纳伏表的测量状态(如滤波器、积分时间等)进行配置。确定量子电压标准输出准确可靠。待纳伏表预热完成后,如图2所示连接量子电压JJF2296—20255标准,等待纳伏表读数稳定后开始测量。设置量子电压标准输出0V,待纳伏表读数稳定后清零或者进行零位测量。根据校准点设置量子电压标准的输出。参考技术手册(或说明书)对纳伏表的测量状态进行配置。记录量子电压的输出值VN、纳伏表的示值VX。纳伏表的直流电压示值误差按公式(1)计算。b)标准源法校准接线路图如图3所示。图3标准源法校准接线图选择纳伏表的通道、量程,并对纳伏表的测量状态(如滤波器、积分时间等)进行配置。待纳伏表预热完成后,如图3所示连接直流低电压标准源输出端,等待纳伏表读数稳定后开始测量。设置直流低电压标准源输出0V,待纳伏表读数稳定后清零。根据校准点设置直流低电压标准源的输出,记录直流低电压标准源的输出值VN、纳伏表的示值VX。纳伏表的直流电压示值误差按公式(1)计算。c)标准分压器法校准时直流电压源的设置以及分压器的选择见表3。表3直流电压源的设置以及分压器的选择分压器端直流电压输出直流电压源的设置分压比1mV~10mV1V~10V0.1mV~1mV100mV~1V校准接线图如图4所示。JJF2296—20256图4标准分压器法校准接线图选择纳伏表的通道、量程和直流电压源的量程,并对纳伏表的测量状态(如滤波器、积分时间等)进行配置。待纳伏表预热完成后,连接分压器输出端,等待纳伏表读数稳定后开始测量。调节直流电压源输出0V,待纳伏表读数稳定后清零。根据校准点设置直流电压源的输出。记录直流标准电压表的示值V0,纳伏表的示值VX。分压器的输出电压VN按公式(3)计算。(3)式中:V0—直流标准电压表的示值,V;K—分压器的分压比。纳伏表的直流电压示值误差按公式(1)计算。d)电流电压转换法校准时直流恒流源的设置以及直流标准电阻器的选择见表4。表4直流恒流源的设置以及直流标准电阻器的选择直流电压范围直流恒流源的设置直流标准电阻器的选择R0R11mV~10mV1mA~10mA100Ω1Ω0.1mV~1mV0.1mA~1mA1000Ω1Ω校准接线图如图5所示。JJF2296—20257图5电流电压转换法校准接线图选择纳伏表的通道、量程和直流恒流源的量程。并对纳伏表的测量状态(如滤波器、积分时间等)进行配置。待纳伏表预热完成后,连接直流标准电阻器R1输出端,等待纳伏表读数稳定后开始测量。调节直流恒流源的输出电流为零,待纳伏表读数稳定后清零。根据校准点设置直流恒流源的输出,记录直流标准电压表的示值V0,纳伏表的电压示值VX。直流低电压的标准值VN按公式(4)计算。(4)式中:I—直流恒流源输出的实际值,A;R1—直流标准电阻器R1的阻值,Ω;R0—直流标准电阻器R0的阻值,Ω。纳伏表的直流电压示值误差按公式(1)计算。8校准结果表达校准结果应在校准证书(报告)上反映,校准证书(报告)应至少包括以下信息:a)标题,如“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)证书或报告的唯一性标识(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或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;8j)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)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。校准原始记录格式见附录C,校准证书(报告)内页格式见附录D。9复校时间间隔建议复校时间间隔为12个月。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。JJF2296—20259附录A直流电压示值误差校准不确定度评定示例(标准源法)A.1测量方法在规范规定的条件下,以某型号纳伏表通道1(1mV量程)的满量程点为例,采用标准源法,用纳伏表直接测量直流低电压标准源的输出,介绍测量不确定度评定程序和方法。A.2测量模型ΔV=VX-VN(A.1)式中:ΔV—纳伏表直流电压示值误差,mV;VX—纳伏表示值,mV;VN—直流电压参考值(标准值),mV。A.3合成方差及灵敏系数假设各输入量之间不相关,合成方差为:灵敏系数为:A.4标准不确定度分量的评定A.4.1不确定度来源在规范规定的条件下进行测量,温度变化控制在1℃以内。测量回路中的热电势、温度变化引入的不确定度分量已含在测量重复性内。标准不确定度主要有以下几项:a)被校纳伏表测量重复性引入的标准不确定度;b)被校纳伏表分辨力引入的标准不确定度;c)零位漂移引入的标准不确定度;d)直流低电压标准源准确度引入的标准不确定度;e)直流低电压标准源的输出稳定度引入的标准不确定度。A.4.2纳伏表测量重复性引入的标准不确定度u1(VX)直流低电压源输出电压1mV,选用纳伏表合适的量程,在相同的环境条件下,纳伏表重复测量10次的数据如表A.1所示。表A.1重复性测量数据次数xi/mV10.999990620.9999917JJF2296—202510表A.1(续)次数xi/mV30.999993940.999994650.999994960.999994970.999994680.999993890.9999931100.9999915平均值0.99999336s(xi)1.57nVu1(VX)=1.57nVA.4.3纳伏表分辨力引入的标准不确定度u2(VX)纳伏表在直流电压1mV点的分辨力为0.1nV,其半宽为0.05nV,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则纳伏表分辨力引入的标准不确定度为A.4.4零位漂移引入的标准不确定度u3(VX)经实际测量,纳伏表在60s内的零位漂移为4nV,其半宽为4nV,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则零位漂移引入的标准不确定度为A.4.5直流低电压标准源准确度引入的标准不确定度u1(VN).准,标,为服从均匀分布,包含因子,则A.4.6直流低电压标准源的输出稳定度引入的标准不确定度u2(VN)11源的输出稳定度引入的标准不确定度为0.0003%/min,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子k=3,则直流低电压标准源的输出稳定度引入的标准不确定度为A.5合成标准不确定度标准源法校准纳伏表1mV的不确定度分量汇总见表A.2。表A.2标准源法校准纳伏表1mV的不确定度分量汇总表评定类别不确定度分量不确定度来源概率分布灵敏系数ci标准不确定度u(xi)不确定度分量|ci|u(xi)Au1(VX)纳伏表的测量重复性正态11.57nV1.57nVBu2(VX)纳伏表分辨力均匀0.0289nV0.0289nVBu3(VX)零位漂移均匀2.31nV2.31nVBu1(VN)直流低电压标准源均匀-16.93nV6.93nVBu2(VN)直流低电压标准源的输出稳定度均匀1.73nV1.73nV由于纳伏表分辨力引入的标准不确定度远小于纳伏表测量重复性引入的标准不确定度,因此,分辨力引入的标准不确定度可以忽略不计。由于各不确定度分量互不相关,则有则合成标准不确定度为则合成标准不确定度为A.6A.6扩展不确定度取k=2,则扩展不uc=2×7.67nV≈16nVJJF2296—202512附录B直流电压示值误差校准不确定度评定示例(标准分压器法)B.1测量方法在规范规定的条件下,以某型号数字纳伏表通道1(1mV)量程的满量程点为例,采用标准分压器法,用直流电压源、分压器(分压器由阻值为1kΩ和1Ω的电阻串联组成)、直流标准电压表建立标准装置,介绍测量结果的不确定度评定程序和方法。B.2测量模型(B.1)式中:ΔV—纳伏表直流电压示值误差,mV;VX—纳伏表示值,mV;VN—直流电压参考值(标准值),mV;V0—直流标准电压表的示值,mV;B.3合成方差及灵敏系数K—分压器的分压比,由电桥测得K=1001.002B.3合成方差及灵敏系数假设各输入量之间不相关,合成方差为其合成标准不确定度计算公式如下:式中灵敏系数为B.4不确定度分量的评定B.4.1不确定度来源在规范规定的条件下进行测量,温度变化控制在1℃以内。测量回路中的热电势、温度变化引入的不确定度已含在测量重复性内。标准不确定度主要有以下几项:a)被校纳伏表测量重复性引入的标准不确定度;b)被校纳伏表分辨力引入的标准不确定度;c)零位漂移引入的标准不确定度;d)导线热电势引入的标准不确定度;e)直流电压源引入的标准不确定度;f)直流标准电压表引入的标准不确定度;g)分压器引入的标准不确定度。B.4.2被校纳伏表测量重复性引入的标准不确定度u1(VX)JJF2296—202513在校准的环境条件下,以直流电压源输出1V电压为例,在重复性条件下,纳伏表测量10次的数据如表B.1所示。表B.1重复性测量数据次数xi/mV10.998980120.998982130.998978640.998980750.998977960.998977470.998979280.998981390.9989787100.9989794平均值0.99897954s(xi)1.43nV单次测量值的实验标准偏差B.4.3被校纳伏表分辨1引()的.度-6V(.43nV纳伏表在不同的通道、不同的量限,其分辨力不同。型号为34420A的纳伏表在通道1电压1mV量程挡,其读数的分辨力为0.1nV,其半宽为0.05nV,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则纳伏表分辨力引入标准不确定度为B.4.4零位漂移引入的标准不确定度u3(VX)经实际测量,纳伏表在60s内的零位漂移为4nV,其半宽为4nV,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则零位漂移引入的标准不确定度为B.4.5导线热电势引入的标准不确定度u4(VX)将纳伏电压表清零,测量导线短接,测得导线热电势为4nV,其半宽为4nV,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则导线热电势引入的标准不确定度为14B.4.6直流电压源引入的标准不确定度u1(V0)经实际测量,直流电压源1V电压输出10min的稳定度优于1.2×10-7V,其半,为在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则直流电压源引B.4.7直流标准电压表引入的标准不确定度u2(V0)技.-标准不确定度为3.1μV,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则直流标准电压表引入的标准不确定度为B.4.8分压器引入的标准不确定度u1(VK)分压器由1kΩ和1Ω两支电阻组成,因此分压器引入的标准不确定度主要由两支电阻引入。由于1Ω电阻引入的标准不确定度相对于1kΩ电阻引入的标准不确定度可以忽略不计;因此,分压器引入的标准不确定度主要由1kΩ电阻引入。根据溯源信息可知,1kΩ标准电阻的年变化为±2×10-6,其半宽为2×10-6,在此区间内认为服从均匀分布,包含因子,则分压器引入的标准不确定度为B.5合成标准不确定度标准分压器法校准纳伏表1mV的不确定度分量汇总见表B.2。表B.2标准分压器法校准纳伏表1mV的不确定度分量汇总表评定类别不确定度分量不确定度来源概率分布灵敏系数|ci|标准不确定度ui不确定度分量|ci|u(xi)Au1(VX)纳伏表测量重复性正态分布11.43nV1.43nVBu2(VX)纳伏表的分辨力均匀分布0.029nV0.029nVBu3(VX)零位漂移均匀分布2.31nV2.31nVBu4(VX)导线热电势均匀分布2.31nV2.31nVBu1(V0)直流电压源均匀分布1×1-369.3nV0.07nVBu2(V0)直流标准电压表均匀分布1.79nV1.79nVBu1(VK)分压器均匀分布0.998μV1.16×10-31.16nV由于纳伏表分辨力引入的标准不确定度远小于纳伏表测量重复性引入的标准不确定JJF2296—202515度,因此,分辨力引入的标准不确定度可以忽略不计。由于各不确定度分量互不相关,则有则合成标准不B.6扩展不确定度uc=c(VX)u2(VX)+c(V0)u2(V0)+c(K)u2(K)≈4.16B.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩c.16nV≈8.4nVJJF2296—202516附录C校准原始记录格式纳伏电压表校准原始记录委托单位:委托单位地址:器具名称:型号规格:制造单位:出厂编号:证书编号:校准依据: