《地电场仪校准规范》

国I1J尸

中华人民共和国国家计量技术规范

JJFXXXX—XXXX

地电场仪校准规范

CalibrationSpecificationforGeoeIectricaIfieldMeter

（征求意见稿）

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

国家市场监督管理总局发布

JJFXXXX-XXXX

地电场仪校准规范

JJFXXXX-XXXX

CaIibrationSpecificationfor

GeoeIectricaIfiedMeter

归口单位：全国地震专用计量测试技术委员会

主要起草单位：中国地震局地震预测研究所

中国船舶重工集团有限公司第七一。研究所

参加起草单位：江苏省地震局

甘肃省地震局

本规范委托全国地震专用计量测试技术委员会负责解释

JJFXXXX-XXXX

本规范主要起草人：

XXX(起草人所在单位名称)

XXX()

XXX()

参加起草人：

XXX()

XXX()

XXX()

JJFXXXX-XXXX

引言

JJF1071《国家计量校准规范编写规则》、JJF1(X)1《通用计量术语及定义)〉和JJF1059.1《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系列规范。

本规范参考了IJF1001-2011《通用计量术语及定义》、GBAT18207.2—2005《防震减灾术语第

2部分：专业术语》、GB/T6587-2012《电广测量仪器通用规范》、DB/T2I-2007《地震观测仪器进网

技术要求常用技术参数表述与测试方法》和DB/T29.2-2008《地震观测仪器进网技术要求地也观

测仪第2部分：地电场仪》的相关定义和技术内容。

本规范为首次发布。

II

地电场仪校准规范

1范围

本规范适用于地震观测用地电场仪的校准。

2引用文件

本规范引用了下列文件：

DB/T29.2-2008地震观测仪器进网技术要求地电观测仪第1部分：地电场仪

凡是注日期的引用文件，仅注R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术语和计量单位

3.1术语

3.1.1地电场geoeleclricalfield

由固体地球内部和外部的各种非人工电流系统与地球介质相互作用产生的分布于地

表的电场。地电场可分为大地电场和自然电场。

[DB/T29.2-2008,定义3.1]

3.1.2地电场仪meterforgcoclcctricalfield

在地表测量地电场强度的专•用仪器。

[DB/T29.2-2008,术语和定义3.2]

3.1.3测量误差measurementerror

地电场仪的显示示值与对应输入的参考量值之差。

3.1.4电压测量分辨力resolutionofvoltagemeasurement

地电场仪电压测量量程范围内，引起相应电压显示示值产生可产觉变化的最小输入

增量。

3.2计量单位

地电场仪所测量的地电场使用的计量的单位为mV/km0

△概述

地电场仪是在地表测量地电场强度的专用仪器，在地表在两个以上正交方向々设测

道，埋设一对电极（电极A和电极B）形成一个测道，测量两个电极（点）之间的电位

差，除以两电极之间距离计算地电场平均强度。

图1地电场观测原理示意图

5计量特性

电压测量误差：不超过士（0.1%读数+0.02%满度）V；

6校准条件

6.1环境条件

6.1.1环境温度：18℃-23℃：

6.1.2相对湿度：＜80%；

6.1.3电源要求：电源电压（220±22）V,电源频率（50±1）Hz；

6.2测量标准及其他设备

测量标准设备见表1。

表1参考测量标准设备

序号设备名称主要技术要求用途备注

1直流电压标准电压输出范围:覆盖地电场仪电作为校准电压测量

源压测量范围：误差时的直流电压

电压准确度：不低于0.01级：标准源

电压分辨力:不大于UiV；

7校准项目和校准方法

7.1检查和校准项目

地电场仪检查和校准项目见表1。

表1校准项目一览表

项目名称类型规范条款备注

外观检查7.2.1

电压测量分辨力检查7.2.2

电压测量误差校准7.2.3

7.2检查方法

7.2.1外观及通电检查

a）被校地电场仪外形结构完好，无影响正常工作的机械损伤，外表无裂纹、无涂敷层

剥落现象，按键、开关接触良好。

b）被校地电场仪产品名称、制造厂家、仪器型号和编号均应有明确标记；

c）通电检查被校地电场仪各测量功能正常，显示完整。

7.2.2电压测量分辨力检查

7.2.2.1技术要求

电压测量分辨力不大于0.01mV。

7.222检查方法

a）按图2连接，直流电压标准源的输出信号与被校准地电场仪的电压测量端连接，

校准电压测量分辨力。

图2标准源法

b）校准点的选择：对被校仪器进行电压分辨力校准时，校准点应覆盖被校仪器的电

压测量范围，选取10%量程值，60%量程值和满量程值，至少3个校准点；

O根据校准点设定直流电压标准源的输出值均，以被校仪器电压分辨力6为步进

量，读取被校地电场仪在校准点的10次测量值的平均值叼］和增加6后10次测量值的平均

值［匕+11，填入原始记录表；

d）按公式（1）订算必一%+i|与6的比值：

（1）

式中：

校准点编号；

%—实测电压变化量与步进电压量的比值；

%、匕+1—步进电压变化后被校仪器多次电压测量值的算术平均值，V；

6—步进电压量，V。

注：5的值也可以根据被校仪器的我术指标或客户要求选择。

e）若所有卬的值均在0.5〜1.5之间，则可以确定被校仪器的电压分辨力为6；

0对具有多个电压测量通道的被校仪器，每个通道分别重复c）-e）的过程。

7.3校准方法

7.3.1校准前准备

按照图2连接仪器，直流电压标准源的输出信号与被校地电场仪的电压测量端连接，

按仪器技术说明书规定时间或15min以上时间进行预热。预热完成后，首先调整被校仪器

的电气零点和满度。

7.3.2电压测量误差校准

a）校准点的选择：对被校仪器进行电压测量误差校准时，校准点应覆盖被校仪器的

电压测量范围，在正、反量程内各均匀选取校准点，应包括零点、电压量程满度值的

0.1%,1%,10%和90%点（或满量程值），至少9个校准点；

b）根据校准点设定直流电压标准源的输出值VN,记录被校地电场仪的示值。对每一

个校准点，被校仪器进行1（）次电压测量，每次测量值为％,计算所有测量值的算术平均值

P作为标准电压的测得值，填入原始记录表；

c）按照公式（2）计算被校仪器的电压测量误差：

△V=0-1/N（2）

式中：

△V—各校准点上，被校仪器的电压测量误差值，V；

力一直流电压标准源输出的电压标准值，V；

各校准点上，多次电压测量值的算术平均值，Vo

d）对具有多个电压测量通道的被校仪器，每个通道分别重复c）-d）的校准过程。

8校准结果

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R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R期；

h）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；

i）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

j）校准环境的描述；

k）校准结果及其测量不确定度的说明；

1）对校准规范的偏离的说明；

m）校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识；

n）校准结果仅对被校对象有效的声明；

o）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A,校准证书（报告）内页格式见附录B。

9复校时间间隔

建议复校时间间隔为1年。由于地电场仪为台站连续测试设备，可根据使用需求自主

决定复校时间，使用中可以按照校准规范进行在线检查。

附录A校准原始记录格式

地电场仪校准原始记录

证书编号：

送校仪器信息：

委托单号送校单位

名称制造单位

型号/规格出厂编号

校准环境条件及地点：

温度地点

相对湿度%其它

校准所依据的技术文件（代号、名称）：

JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示

校准所使用的主:要测量标准：

不确定度/

证书有效期至

名称测量范围准确度等级/最证书编号

（YYYY-MM-DD）

大允许误差

A.1电压测量原始记录（单通道）

标准电压值VN/V

测量次数

FS10%FS1%FS0.1%FS0-0.1%FS-1%FS-10%FS-FS

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值V

/V

测量误差

△1//V

A.2电压分辨力测量原始记录（单通道）

标准电压八，

测量次数

10%FS10%FS+S60%/S60%FS+6FSFS+d

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值％/v

If+1|/v

a_!VM

注：

1.%%+i—增加步进量电压后多次电压测量值的算术平均值，V；

2.6—分辨力变化量，V；

3.卬一回一%+/与5的比值。

校准员:核验员:校准日期:年月日

附录B校准证书内页格式

证书编号：xxxxxx—XXXX

校准机构授权说明

校准环境条件及地点

温度C地点

相对湿度%其他

校准所依据的技术文件（代号、名称）：

校准所使用的主要测量标准

不确定度/准确度等级/最

具名称测量范围证书编号证书有效期至

大允许误差

注：

LXXXXXK仅对加盖“XXXXXX校准专用章”的完整证书负责。

2.本证书的校准结果仅对所校准的对象有效。

3.未经实验室书面批准，不得部分曳印证书。

证书编号xxxxxx—XXXX

校准结果

1.电压测量误差

标准值测得值测量误差不确定度，k=2

通道

(V)(V)(V)(V)

1

2

3

4

5

6

2.电压分辨力:

通道电压分辨力(口V)

1

2

3

4

5

6

校准结果不确定度的评估和表述均符合JJF1059.1要求。

校准员:核验员:

附录C电压测量误差不确定度评定示例

C.1概述

C.1.1被校准仪器

地电场仪,分辨力10勿V,量程为JOOOOOOuV至1000000UV。

C.1.2测量标准

FU1KE5720A多功能校准源。

C.1.3测量方法

依据本校准规范7.2.2中电压测量误差的校准方法，用U1KE5720A多功能校准源作

为直流电压标准源输出直流电压10000001.iV,记录被校地电场仪示值。

C.1.4测量环境

温度：186~23℃,相对湿度：＜80%o

C.2测量模型

设外为多功能校准源输出标准值，被校仪器对标准电压多次测量值的算术平均值。为

电压最终的测得值。由使用说明书可知，对于FU1KE5720A多功能校准源和地电场仪，

在标准条件下，温度、湿度等带来的影响可忽略，由此可得到：

t^/=V-VN(C.l)

考虑到被校仪器的电压测量分辨力对测量数据的影响，则最终的测量模型为：

=V-VN+6V(C.2)

式中：

A，一被校仪器的电压测量误差；

「一被校仪器多次电压测量值的算术平均值；

九一多功能校准源输出的直流电压标准值。

5，一被校仪器的电压测量分辨力对测量结果的影响。

C.3标准不确定度评定

C.3.1由测量重复性引入的标准不确定度%(。)

FULKE5720A多功能校注源输出直流电压%=100。。0。八\在相同环境条件下，重

复测量10次，获得测量数据见表A.1。

表A.1电压重复测量数据

测量次数测量值匕/四

11000016

21000017

31000017

41000016

51000017

61000017

71000017

81000017

91000017

101000017

测量数据的算术平均值八至/匕«1000017PVo

单次测量数据的实验标准偏差：

sM=J%W)2=0.47pV(C.3)

式中:

s(V)一被校仪器单次测量值的实验标准偏差，卜W

匕一被校仪器第i次的电压测量值，pV；

V—被校仪器多次电压测量值的算术平均值，NV；

〃一重复测量的次数，此处〃=10。

校准时取多次测量数据的平均值作为最终的电压测得值，故由测量重复性引入的标

准不确定度为：

二哭在).1514V(C.4)

式中：

s(V)一被校仪器单次测量值的实验标准偏差，pV

〃一重复测量的次数，此处〃=10。

C.3.2由多功能校准源引入的标准不确定度的(%)

校准中使用的FULKE5720A多功能校准源，经上级计量机构计量传递合格，查阅其

说明书，在输出直流电压为1000000|4V时的测量不确定度U,V=3RV,包含因子42,在区

间范围内。因此，由多功能校准源引入的标准不确定度为：

的(%)=&=L5MV

C.3.3由被校仪器的电压测量分辨力引入的标准不确定度小（徵0

山说明书已知被校仪器的电压测量分辨力6=10NV。

记分为电压测量分辨力的区间半宽度，则与=^=5.00/V,在区间范围内认为其服

从均匀分布，取包含因子々二75。因此，由电压测量分辨力引入的标准不确定度为：

〃3（W）=”2.9nV

K

C.4合成标准不确定度

不确定度分量的汇总见表C.2,灵敏度系数由公式（C.1）和（C.2）计算得到

表C.2电压测量误差校准不确定度分量表

不确定度分量不确定度来源评定方法分布类型灵敏系数标准不确定度值41V

电压测量重复性引入A类正态分布10.15

W2(KV)多功能校准源引入B类均匀分布-11.5

电压测量分辨力引入B类均匀分布12.9

考虑到被测地电场仪的重复性和分辨力存在重复，在合成标准不确定度是将二者中

较小值舍去，因此，合成标准不确定度为：

〃c（AU）=J%""+[%（6V）]2=J（I.5）2+（2.9）2«3.3PV

C.5扩展不确定度

选取包含因子上2,则当标准电压力=1.0V时，被校地电场仪电压测量误差的扩展

不确定度为:

U(AV)=kx幺(AV)=2x3.3«7pV

地电场仪校准规范

编写说明

《地电场仪校准规范》编写组

2024年9月

目录

一、任务来源....................................................1

二、编写的必要性................................................1

1编写背景..................................................1

2编写的目的和意义..........................................2

三、编写过程....................................................2

L编写原则..................................................2

2.-..........••..............•••.................•••.........2

四、主要技术内容的说明..........................................5

1.适用范围...............................................5

2.地电场仪原理和用途....................................5

3.计量特性.................................................5

4.校准条件.................................................5

5.校准项目和校准方法......................................6

6.校准结果表达.............................................7

7.复校时间间隔.............................................7

五、实验验证....................................................7

六、与其他相近计量技术规范的对比分析...........................7

七、参考资料....................................................8

八、其他情况说明................................................8

地电场仪校准规范

编写说明

一、任务来源

经全国地震专用计量测试技术委员会申报，2022年9月国家计量技术规范制

修订项目立项，归口于全国地震专用计量测试技术委员会。该规范木标准的编写工

作由中国地震局地震预测研究所牵头，甘肃省地震局、江苏省地震局和中国船舶重

工集团有限公司第七一O研究所共同参与研究编写。

二、编写的必要性

1编写背景

地电场是重要的地球物理场之一，希脂、法国、R本、俄罗斯等多个国家在

早起开展的地电场观测工作中，获得了与地震活动有关的地电场变化。我国在二

卜世纪六十年代末期就开始了地电场观测，经历了模拟大地电流场观测、模拟自

然电位观测、群测群防“土地点”观测和数字化、网络化地电场观测等几个发展

阶段，在50多年的地震监测预报工作中发挥了重要而积极的作用，积累了一些

经典震例，在地球科学研究和地震监测工作中发挥着重要的作用。

对于地震监测预测和科学研究来说，连续、可靠、稳定的资料积累至关重

要，需要通过规程规范来保证观测资料的可靠和观测系统的稳定。国外利用地电

场观测开展地震相关研究的专家学者很多，但由于观测目的多为科学研究，其观

测规模有限，观测仪器多为服务于科研项目的自研设备，也没有相关规范对技术

指标和检测方法进行规定。

为了保证地电场观测资料的科学性和准确性，中国地震局在2006-2009年颁

布了一系列指导地电场观测的行业标准和规范，包括台站建设、仪器入网、观测

环境和观测方法等。其中，行业标准《地震地电观测方法地电场观测》(DB/T

34-2009)规定了地电场观测方法、观测对象及要求、现测原理.、观测系统、观测

环境和观测数据，《地震观测仪器进网技术要求地也观测仪第2部分：地电场

仪》(DB/T29.2-2008)规定了地电场仪进网的技术要求和测试方法。但是，FI前

I

为止没有对地震专用地电场观测仪器的计量检测规程或校准规范，缺乏对测试环

境、设备条件、校准项目、校准流程和不确定度评定的统一要求。

因此，需要制定地电场仪的校准方法，从而来公正地评价仪器的各项性能指

标，确保测量结果的准确、可靠和统一，并具有溯源性.

2编写的目的和意义

本规范作为地震地电场仪校准规范，在认真调研并总结我国开展地电场观测

以来的经验与观测技术发展历程的基础上，依据《地震观测仪器进网技术要求地

电观测仪第2部分：地电场仪》(DB/T29.2-2008)中地电场仪器入网技术要求,

参考了相应的国家技术规范、国家标准、其它行业仪器检测标准规范以及国内相关

仪器检测规程，充分考虑地电观测仪器的实际使用要求，编写《地电场仪校准规

范》，以有效规范地电场仪器的测试，从测试环境、测试设备、测试方法、测试流

程以及测试结果分析等方面严格约束，从而保证测试结果的准确性、科学性和客观

性。并为今后地电场观测仪器的研制、生产、运行维护等环节的测试提供规范的测

试流程和测试方法。

三、编写过程

1.编写原则

依据编写组的工作职责，制定了工作计划。编写组确定了《规范》的结构框架

和如卜编写原则：

a)适用性，规范内容应便于实施；

b)正确性，文字简练，描述科学、准确。

2.各阶段主要工作

(1)2022年9月：成立编写组

成立编写组，进行了任务分工、明确编写组人员分工任务，确定了规范编写编

写原则，制定工作进度计划。

(2)2022年10月月：调研、资料收集

开展地电场仪生产厂家、使用单位和计量机构调研，以及相关设备技术规范、

国家标准、行业标准规范资料收集和学习，初步确定本规范具体的校准项目、校准

2

条件和方法。

(3)2022年12月-2023年3月：测试试验、初稿编写

开展地震地电场仪电压测量误差、电压分辨力、输入电阻、零电流、抗干扰能

力及安全性能等仪器特性正行测试，开展校准规范初稿编写工作。

(4)2023年4月-5月：不确定度评定

根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的要求，对地电场仪校准

规范中不确定度内容进行J'分析研究，进行/地电场仪电压测量误差不确定度的

分析和评定。编写组内部讨论基修改。

(5)2023年5月：研讨与征求意见

2023年5月，编写组组织征求意见会，对该规范编写内容征求意见，邀请预

测所赵家骚研究员、地球所滕云田研究员、甘肃局谭大诚研究员和江苏局张秀霞高

工到会，对《地电场仪校准规范》初稿内容征求意见。建议对初稿中以下方面进行

了修改：

a)地电场校准计量特性、校准条件、校准项目和方法进行了规定，符合计量

规范校准编写要求；

b)补充完善编写说明和实验报告；

c)开展更多测试试验，完善不确定度评定。

(6)2023年6月-10月：完成征求意见稿

针对专家意见进行修改该校准规范。

(7)2023年11月：召开专家咨询会

2023年11月14日编写组邀请预测所赵家疆研究员、薛兵研究员和张世中副

研究员、江苏局冯志生研究员、台网中心李正媛研究员、周克昌研究员，甘肃局陈

建军高工参会，编写组介绍了《地电场仪校准规范》编写情况，专家对第二版《地

电场仪校准规范》初稿提出修改意见。专家意见如下：

a)根据地电场仪技术指标要求和计量特性，保留“电压测量误差”、“电压分辨

力''两项计量特性作为校准项目；

b)已开展了实验验证，编写了实验报告，验证了校准方法的可行性；

c)由于地电场仪应用于台站长期连续观测，建议复校间隔不严格要求，可根

3

据使用需求自主决定复校时间，使用中可以按照校准规范进行在线检查；

d）建议校准项目表完善，增加外观及通电检查。

（7）2024年1月：按照专家意见修改完善，形成《地电场仪校准规范》征求

意见稿，提交全国地震专用计量测试技术委员会。

（8）2024年3月-6月：将《地电场仪校准规范》征求意见稿送至中电十四所

杨忠研究员和甘肃省地震局谭大诚研究员咨询意见。根据两位专家返回的咨询意

见，对征求意见稿以下方面进行了修改：

a）术语部分，测量误差和分辨力改为电压测量误差和电压分辨力，引用其他

规范和标准核对一致性；

b）“规范”中校准点与实验报告校准点保持一致。被校仪器进行电压测量误

差校准时，校准点应覆盖被校仪器的电压测量范围，选取零点、正负极性的10%量

程值和量程值（接近量程值）；

c）由于地电场仪为台站连续测试设备，可根据使用需求自主决定复校时间。

考虑到现场计量需要满足校准环境要求，使用中可以按照校准规范进行在线检查。

d）校准规范附录C3.2中，由多功能校准源引入的标准不确定度u_2,由于不

是采用多功能校准源的校准值作为标准值，不确定度来源由查阅其校准证书改为

查阅说明书中直流电源测量误差。

e）实验报告中，被校仪器主要技术指标仅填写与校准有关的参量，实验条件

和设备中主要设备仅填写与校准项目相关的指标。

（9）2024年7月-8月：针对杨忠和谭大诚两位专家意见，修改完善征求意见

稿，将征求意见稿提交计量委。通过函审的方式将征求意见稿送交地震局预测所赵

家骑研究员，上海市地震局马钦忠研究员，甘肃省地震局安张辉高工和江苏省地震

局张秀霞高工四位系统内专家征求意见。根据四位专家和计量委返回的意见，对征

求意见稿以下方面进行了修改：

a）电压分辨力作为检查项目，修改校准项目一览表

b）测量标准设备以表格的形式体现；

c）明确也压测量误差和电压测量分辨力的校准点数；

d）修改完善附录A校准原始记录格式；

4

e）修改电压测量分辨力测量方法。

（10）2024年9月29日将征求意见稿提交全国地震专用计量测试技术委员

会。

四、主要技术内容的说明

本规范主要技术内容包括：范围、引用文件、术语、概述、计量特性、校准条

件、校准项目和校准力法、校准结果表达、复校时间间隔，并在附录中给出了电压

测量误差不确定评定示例、校准原始记录和校准证书内页格式。

1.适用范围

本规范适用于地震观测仪器中地电场仪的校准。

目前应用于地震地电场监测的地电场仪主要有ZD9A、GEF-II和DCY-I型地

电场仪，三种仪器观测原理相同，均为6通道电压量测量，由电压量计算电场值。

目前在通过中国地震局定型地电场仪型号只有GEF-II和DCY-I型地电场仪，本规

程编写过程中选取这两款仪器设备开展实验。

2.地电场仪原理和用途

介绍了地电场仪测量的物理量和测量原理，为本规范的起草提供了原理性支

撑。

3.计量特性

行业标准DB/T29.1-2008《地震观测仪器进网技术要求地电观测仪第2部

分：地电场仪》中对地电场仪有多项技术指标要求，包布电压测量误差、电压测

量分辨力、电压测量范围、输入电阻、频带范围等。

本规范计量特性和校准项目为电压测量误差和电压测量分辨力。地电场仪是

直接测量两电极间电位差，然后与极距计算得到电场值，因此电压测量误差就是

该设备最主要的计量特性。电压分辨力是衡量地电场仪器能够有效辨别电压的最

小量，也是地电场仪重要的特性之一。

4.校准条件

（1）校准环境

5

主要是参考DB/T29.1-2()()8《地震观测仪器进网技术要求地电观测仪第2

部分：地电场仪》和地电场仪使用说明书给出了对环境温湿度、电源和电磁环境

的要求。

(2)测量标准及其他设备

对于电压测量误差校准的标准设备采用直流电压标准源，直流电压标准源输

出电压范围应覆盖地电场仪电压测量范围，应经计量检定合格或校准，并在有效

期内。由地电场仪电压测量误差计量特性要求不超过士(0.1%读数+0.02%满度)

V,因此选用的直流电压标准源输出电压的精度不应低于0.01级，电压分辨力不大

于1uV。

5.校准项目和校准方法

在兼顾地震监测专用地电场仪实际应用需求和电压测量仪器基本计量特性的

基础上，规定了校准项目为电压测量误差和电压分辨力。

(1)电压测量误差

利用宜流标准电压源在直流地电阻率仪的电压测量正、负量程范围内对其电

压测量误差直接进行校准，对被校仪器进行电压测量误差校准时，校准点应覆盖

被校仪器的电压测量范围，校准点应覆盖被校仪器的电压测量范围，在正、反量

程内各均匀选取校准点，应包括零点