JJG-338-1997.pdf

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1、中华人 民共和 国国家计量检定规程 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 电 荷 放 大 器 C h a r g e A mp l i f i e r 1 9 9 7 一0 9 一0 1 发布1 9 9 8 一0 3 一0 1 实施 国 家 技 术 监 督 局发布 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 .勺.心.。.令-心.心.令.护 电荷放大器检定规程 ，. ， . ， . ，. ， . ，. ， . ，. ， . ， . ， . ， . ， . ， . 见 V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n o f J J G 3 3 8 -

2、 1 9 9 7 代替 J J G 3 3 8 -1 9 8 3 、. 0 . o . o . o . o . o . o . o . 0 . 0 . 0 . o . 0 . 0 C h a r g e Amp l i f i e r 本检定规程经国家技术监督局于 1 9 9 7 年 0 9 月 0 1日 批准， 并 自1 9 9 8 年 0 3月 0 1日起施行。 归口单位 : 中国计量科学研究院 起草单位 : 中国计量科学研究院 中国航空工业总公司三O 四研究所 本规程技术条文 由起草单位负责解释 .T .T G 3 3 5 - 1 9 9 7 本规程主要起草人 : 李文龙 于梅 参加起草

3、人 : 于仲敏 杨素 贞 ( 中国计量科学研究院) ( 中国计量科学研究院) ( 中国计量科学研究院) ( 中国航空工业总公司三0四研究所) J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 目录 一概述 ( 1) 二技术要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 ) 三检定条件 . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . : ( 3 ) 四检定项目和检定方法 ( 5) 五检定结果的处理和检定周期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . ( 1 2 ) 附录 1 电荷放大器各旋钮的辨认 。 。 。 ( 1 3 ) 附录2 公式的举例说明及推导 ( 1 4 ) 附录3 低于 2 H z 的失真度测量方法介绍 ( 1 6 ) 附录4 检定记录、检定证书背面格式 。 ( 1 8 ) J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 电荷 放大 器 检定 规 程 本规程适用于新制造 、使用中和修理后的二级和三级电荷放大器的检定。 一概述 电荷放大器是接压电传感器的一种前置放大器，它的输出电压正比于输人电荷。电 荷放大器广泛地应用于振动、力、压力 、声学等非电量电测技术中。 电荷放大器的核

6、心电荷转换级是一种特殊形式的运算放大器，如图 1 所示。电 容 C ; 是传感器的等效电容，C ， 是电荷转换级的反馈电容器。 图1 电荷转换级的电原理图 根据运算放大器的理论，开环增益和输人阻抗很高的放大器A的输出电压。 。 与输 人电动势 。 ; 的关系为: Ci-Cf 一 - 1 9 w cf 1 i ( U C; ( 1 ) 图 1中习点的电位几乎为零，是所谓虚地点，因此电容器 C ; 极板上的电荷 Q i 为 Q. =C ; e ;( 2 ) 将 ( 2 )式代人 ( 1 )式得 e 。 一 1 Q 七 f ( 3 ) ( 3 )式表明:电荷转换级的输出电压正比于输人电荷，比例系数就

7、是反馈电容的 倒数。上述电荷转换级在电荷放大器中是第一级，其后往往还有滤波器、积分器、归一 化放大器以及输出放大器等，典型的电荷放大器方框图如图 2 a J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 图 2典 型的电荷放大器方 框图 技术要求 环境特性 电荷放大器的工作环境应符合温度 0 - - 4 0;湿度 ( 4 0 时)2 0 %-9 0 % R H的要 电荷放大器的分级 电荷放大器按准确度分级，按下限频率又分为 A类和 B类。电荷放大器分级分类 1求2 情况详见表 t o 衰 1 准确度等级 准确度 ( 2 0 士5 ) C % 下限频率 ( 3 d B) Hz 上限频率 ( 0. 5

8、d B) k Hz 失真度 % 输人等效 噪声电荷 P C 二级 A类 2 5x1 0一 61 010. 5 B类20 . 33 01 0. 1 三 级 A类 3 1 0一 51 021 B类30. 31 020 . 5 参数指标 电荷放大器准确度。由 衰减挡误差8 , 、 归一化误差S : 和线性误差S ; 按 ( 4 ) 式合 勺J八 。 = , / 8 21 + S z + S 3 ( 4 ) 电荷放大器线性误差的测量范围，应从本衰减挡的满量程到相邻的灵敏度高一挡的 满量程。 在线性误差测量范围内，等间隔地测量 1 0 个输出电压值，并计算相应的传输系数， z J J G 3 3 8 -

9、1 9 9 7 再求出9 个传输系数相对于满量程传输系数的相对误差 ，取 9 个相对误差中最大的 1 个 作为电荷放大器的线性误差。 3 . 2 电荷放大器的下限频率，是指电荷放大器在低频的传输系数比 1 6 0 H z 下降 3 d B 的频率。 3 . 3 电荷放大器的上限频率，是指电荷放大器在高频段的传输系数比1 6 0 H : 下降 0 . 5 d B的频率。在电荷放大器的通频带内，传输系数的频率响应波动不得超过 0 . 5 f 0 3 . 4 电荷放大器的输人噪声是用一个 ( 1 0 0 0 士5 ) p F电容接到电荷放大器的输人端与 地之间，电荷放大器归一化置于 1 一0 一 0

10、 。高通滤波器置于最低挡，低通滤波器置于最 高挡，在电荷放大器最高灵敏度挡位侧量输出噪声，再折算为电荷放大器输人端的等效 噪声电荷量。 4 低通滤波器的特性 4 . 1 电荷放大器必须具备一个或多个低通滤波器。推荐的截止频率系列是 1 0 0 k H z , 3 0 k H z , 1 0 k H z , 3 k H z . . . 等，也可以用一个可连续调谐的 低通滤波器。 4 . 2 低通滤波器的截止频率是指传输系数下降 3 d B的频率，在滤波器的通频带内，传 输系数上下波动不得超过 0 . 5 d B ;在通频带外，应以每倍频程不小于 1 2 d B的斜率衰减 ( 专用的例外) 。 4

11、 . 3 滤波器截止频率误差由 ( 5 )给出 0 . 9 f 标毛 f 实镇 1 . 2 斥( 5 ) 式中 f + x 电荷放大器面板上标出的 截止频率; f 实际测得的截止频率。 对连续可调的滤波器，可参考第 4 . 1 款选一个频率测量。 5 对负载能力的要求 5 . 1 电荷放大器作电流输出时，应规定最大输出电流 ( 峰值) 。在最大输出电流时，电 荷放大器的输出电压不得低于 1 . 5 V ( 峰值) 。输出波形不得失真 ，失真度也应符合要 求。 6接插 件 电荷放大器的输人、输出插座只能从 Q 9 和 M5 二种中选取。 三检定条件 7 检定时环境条件 7 . 1 电荷放大器的检

12、定应在 ( 2 0 15 ) 和相对湿度小于 8 5 %的室内进行。 7 . 2 室内应无强的电磁场干扰和腐蚀性气体。 8 检定用仪器 8 . 1 作信号源的低频振荡器应包括从 0 . 1 H z 到 1 0 0 k H z 的频率范围。可N使用一个或 几个振荡器，振荡器的内阻、输 出电流、输出电压、输出电压幅度稳定性、频率误差、 J J G 3 3 8 一 1 9 9 7 失真度等规定如表 2 。 表 2 频段 ( Hz ) 0. 1一 1 0 0 1 0 0一1 0 31 0 3 一1 0 41 0 斗 一2义1 0 4 I Omln幅度稳定性% 20 . 10. 20 . 2 内阻 n

13、3 , . . . 9 ) 1，2 ( 6 )式算出的 1 0 个电压值 。 漏近似相等，并记为 e. ,9 ) ,f 使电荷放大器的输 出分别与 ( 7 )式算出 9个误 差值 : 。 。 一 ( e oe .me , o e; , 一 ) x 1 0 0 % ( 7 ) ( m =1 , 2 , 3 , - - - 9 ) 式中。 i o 使电荷放大器输出电压 。 山 近似等于最大输出电压 E 。 时振荡器的输出电 压 。 9 个误差值中最大的一个即为电荷放大器的线性误差 S a o 1 2 下限频率 ( 或等效下限频率)的检定 A类和B类电荷放大器下限频率的测定使用不 同的方法。对于 A

14、类 电荷放大器， 测量等效下限频率;对于 B类电荷放大器，用逐点法测量频率响应确定下限频率。 1 2 . 1 A类电荷放大器接线如图4所示。 c电池组 图4 A类电荷放大器等效下限频率的检定接线图 1 2 . 1 . 1 电荷放大器归一化旋钮置于 1 0 - 0 - 0 ，高通滤波器置于最低频率挡。调整电荷放 大器的衰减挡， 使电荷放大器总的传输系数为l o l p c / V 。有积分功能的电荷放大器置于 加速度挡。 1 2 . 1 . 2 图4 中电 池 ( 或直流稳压电源)电 动势 。 与电 容器的容量C的 乘积Q ; = E C应 能使电荷放大器的 输出电压。 a m = 1 O AE

15、 o ， 为此可用 ( 8 )式计算电动势 。 和电容器C 的数值 : ( 8 ) V 1一C + 0 . I E o G J .I G 3 3 8 - 1 9 9 7 式中E 电荷放大器最大输出电压，V; Z 电 荷放大器总的 传输系数为l O S p c / v时的衰减挡数值， V / 单 位; G归一化数值，1 0 . 0 0 p c / 单位; C 电 容器的电容量、， p F o 电荷放大器的输出电压 。 on l ，正值一个，负值一个，共两个 ，等效下限频率必须在 这两个输出电压下测定 ，以最高的一个作为电荷放大器的等效下限频率。 1 2 . 1 . 3 将开 关 K ， 置于位置

16、 1 ， 使电容器充电，过数秒后把K : 转向 位置2 ，约i s 后 再转回到位置 1 ，这时电荷放大器的输出电压大约为算出的 。 om。此时，可以看到数字 电 压 表 读 数 会 逐步 变 化， 看 准 一 个读 数E ， 后 及时 欺动 秒表， 大 约等1 8 0 s 后 再 记下 数 字 电 压 表 的 读 数E ,z ， 同 时 关闭 秒 表。 秒 表 记录 时间 间 隔t 与 等 效 下 限 频 率介的 关 系 为 : f F 一: E t 一 E , 一 2 7 C t ( 9 ) 1 2 . 1 . 4 对于另一个。 om 值重复 1 2 . 1 . 3 项测量， 共计算出 两

17、个等效下限频率介 ，以 最 高的一个作为电荷放大器的等效下限频率。 1 2 . 2 B类电荷放大器的接线图如图 3 所示 ( 可以用误差小于 5 %的低频电压表代替示 波器测量电压) 。示波器应放在 D C挡。 1 2 . 2 . 1 选用 1 0 0 0 p F的测试电容器，电荷放大器归一化旋钮置于 1 0 - 0 - 0处。振荡器 频率调至 1 6 0 H z 。有积分功能的电荷放大器置于加速度挡。 1 2 . 2 . 2 反复拨动开关 K于位置 1 和 2 ，同时控制振荡器输出电压和调整电荷放大器的 衰减挡，使电荷放大器的输出电压与振荡器的输出电压近似相等。可微调归一化旋钮 ， 使其尽量

18、相等。增加振荡器的 输出到 。 ，电荷放大器的输出。 。 约等于电 荷放大器的 最 大输出电 压 E o 。 调节示波器Y放大器的倍率， 使电荷放大器的输出电 压 。 。 正 好能使示 波器满偏转 ，即波形占满全部刻度。转换开关 K在 1 , 2 位置时，示波器屏幕上的波形 应一样大。逐步降低振荡器的频率 ，示波器的扫描速率也作相应的改变。当开关在2 处 的波形高度只有 1 处的 7 0 %时，读取振荡器的频率，就是该电荷放大器的下限频率。 应测量 3 次 ，取平均值。 1 3 0 . 5 d B上限频率的检定 1 3 . 1 按图 3接线，使电荷放大器归一化旋钮置于 1 0 - 0 - 0位

19、置，低通波器置于最高频 率挡，高 通滤波器置于0 . 3 H z 挡， 选用1 0 0 0 0 p F 的测试电 容器。有积分功能的电 荷放 大器置于加速度挡。 1 3 . 2 振荡器频率调至 1 6 0 H z ，调整电荷放大器的衰减挡 ，使其输出电压与振荡器的 输出电压近似相等 ( 拨动开关 K，观察数字电压表) 。调节振荡器的输出电压，使电荷 放大器的输出电 压为最大输出电压E o 。微调归一化旋钮，尽量使振荡器的输出电压 。 1 与 电 荷 放 大 器的 输出 电 压。 。 相 等。 并 记下比 值R 一 e o ， 逐步 升 高振 荡 器 频率， 同 时 保 J J G 3 3 8

20、- 1 9 9 7 持振荡器输出电压 。 为定值， 当电 荷放大器的输出电压。 。 满足下面二等式之一时， 读 取振荡器的频率，即是电荷放大器的0 . 5 d B上限频率。 e、 =0. 9 4 4 Re e 、 二1 . 0 6尺e ; ( 1 0 ) 1 4 失真度的检定 推荐使用失真度测量仪测量失真度，也可以用频谱分析仪测量失真度。频谱分析仪 的测量带宽应大于所测失真频率的5 倍 ，动态范围和信噪比应大于 6 0 d B . 1 4 . 1 按图3 连接检定用仪器和被检定电 荷放大器。图中 C 选有1 0 0 0 p F的测试电容 器。有积分功能的电荷放大器置于加速度挡。电荷放大器的高通

21、滤波器置于最低频率 挡，低通滤波器置于最高频率挡，归一化旋钮置于 1 - 0 - 0 处。 1 4 . 2 把振荡器的频率调至测失真度的频率上。反复拨动开关 K于位置 1 和 2 ，同时控 制振荡器的输出电压和调整电荷放大器的衰减挡，使电荷放大器的输出电压与振荡器的 输出 电压近似相等。增加振荡器的输出到 。 1 ， 使电荷放大器的输出电压 。 。 达到最大输 出电压 E o 。此时，示波器显示的波形应无明显的失真，用失真度测量仪测量电荷放大 器输出电压 。 。 的失真度。 1 4 . 3 在 1 6 0 H z , 2 H z 、电荷放大器说 明书规定 的 0 . 5 d B上限频率 ( 如

22、没有规定 0 . 5 d B 上限频率，可用 3 d B上限频率的三分之一代替)与第 1 3条实测的0 . 5 d B上限频 率中的一个较低频率上，分别重复第 1 4 . 2 款步骤。 1 4 . 4 检定人员认为有必要时，可在电荷放大器通频带之内增加测量失真度的频率点， 取测得各失真度中最大的一个作为检定结果填人检定证书。 1 5 输人等效噪声电荷的检定 用屏蔽良好的 ( 1 0 0 0 士5 ) p F电容器短接电荷放大器的输人端 ，如图 5 所示。对 于有几个 输人端 的电荷 放大器应将 其他 的输人 端用屏蔽 帽盖上 。 图5 检定输人等效噪声电荷的方框图 电荷放大器归一化旋钮置于 1

23、 - 0 - 0 位置，高通滤波器置于最低挡，低通滤波器置于 最高挡，有积分功能的电荷放大器积分旋钮置于加速度挡，调节电荷放大器的衰减挡到 最高灵敏度挡，即输出噪声电压最大。用频带宽度不窄于 2 H z - - 1 0 0 k H z 的真有效值电 压表或失真度测量仪。测量电荷放大器输出端的电噪声有效值电压 。 n 。 ， 按 ( 1 1 )式折 8 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 算为输人端等效噪声电荷 Q Q n 一 e G (P C )z ( 1 1 ) 式中。 no 电荷放大器输出端的噪声有效值电压 ， V; 二 衰减挡的读数，v/ 单位。 1 6 衰减挡误差的检定 1 6

24、 . 1 按图 3 接线 ，将电荷放大器归一化旋钮置于 1 - 0 - 0位置，低通滤波器置于最高频 率挡，高通滤波器置于 0 . 3 H z 挡。有积分功能的电荷放大器置于加速度挡。 1 6 . 2 把振荡器频率调至 1 6 0 H z ，根据衰减挡的位置，用公式 ( 1 2 )选择测试电容器 的容量 C和振荡器的输出电 压。 1 ， 算出的。 : 不得小于0 . 1 V 。 否则必须更换容量小一 些的测试电容器。 Eo G1 e ; 一 厂 万 ( 1 2 ) 对某些灵敏度高的电荷放大器，在用 1 0 0 p F测试电容时，振荡器的输出电压仍低 于0 . 1 V时，可以将归一化改调在 1

25、0 - 0 - 0 状态测量衰减挡误差。但应将 1 0 - 0 - 0 状态的 归一化误差作为系统误差从该衰减挡的测试结果中扣除。 控制 振荡器的 输出电 压。 1 ， 使 电荷放大器的输出电压 。 0 -E . ，则该衰减挡的误差为 。 卜 ( G. e 0 一 ， ) x 1 0 0 2 u e , ( 1 3 ) 1 6 . 3 换另一衰减挡重复第 1 6 . 2款，电荷放大器的所有衰减挡都必须测量。在测量的 诸误差中取最大的 一个作为电 荷放大器的衰 减挡误差8 1 0 1 7 归一化误差的检定 1 7 . 1 按图 3 接线，把电荷放大器归一化旋钮置于 1 - 0 - 0 位置，低通

26、滤波器置于最高频 率挡， 高通滤波器置于0 . 3 H z 挡，测试电容器选用1 0 0 0 p F 。 有积分功能的电 荷放大 器置于加速度挡。 1 7 . 2 振荡器频率调至 1 6 0 H z ，调节电荷放大器的衰减挡，使其输出电压约为振荡器 输出电压的 1 0倍，调节振荡器的输出电压，使电荷放大器的输出电压 。 。 略低于说明书 规定的最大输出电压 E , 。保持振荡器的 输出 不变， 依次改变归一化旋钮为表3 所列的 2 8 个 状态， 并 测量 每 个 状 态时 电 荷 放 大器 的 输出电 压。 二( 各 状 态电 荷 放 大 器 正 确 的 输 出电压E 表3 中已给出) 。每

27、个状态的归一化误差由下式计算: 8二 eo 一Eo X 七- 1 1 0 0 ( 1 4 ) 2 8 ) J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 在所有 S 中 选最大者作为电 荷放大器的 归一化误差 6 2 ， 本条适用于3 个归一化旋钮的 电荷放大器 。 表 3不同归一化状态 时正 确输出电压 1 7 . 3 4 个归一化旋钮的电荷放大器可参考 1 7 . 2 款的方法测量归一化误差，4个旋钮应 组成3 7 个状态，每个状态时电荷放大器正确的输出电压E 二 可由该状态时的归一化读数 G ; 算出: ( 1 5 ) 生q ( j 每个状态时的归一化误差由 ( 1 6 ) . . . 3

28、7 ) S ; e . , G , eo一 小1 0 0 46 ( 1 6 ) ( 少 2, 33 7 ) 1 0 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 式中 。 。 归一化为1 - 0 - 0 时电荷放大器的 输出电压; e o n 归 一 化为G ; 时 电 荷 放大 器 的 输 出电 压。 1 7 . 4 如果电荷放大器的归一化旋钮是一个多圈电位器，则用本款代替 1 7 . 3款。保持 振荡器的输出不变 ， 依次改变归一化旋钮为下列 4 7个 ( 对二级电荷放大器)或 2 4个 ( 对三级电荷放大器)状态时， 测量电荷放大器的 输出电 压 e , i ， 二级电荷放大器全部都 测量

29、，三级电荷放大器不测量括号中的状态。各状态的误差 S 可由1 7 . 3 款中公式 ( 1 6 ) 算出 ( 7 分 别 为2 - - 4 7 或2 - 2 4 ) 。 从 诸S 。 中 找出 最大 者 重 新 测 量 一 次， 取 平 均 值 作为归一化误差 6 2 o 00500070402000 nUn曰门n”nUC”八曰nU 内一460了2气0气 ( 1. 0 5 ) ( 1 . 1 5 ) ( 1 . 2 5 ) ( 1. 3 5 ) ( 1. 5 0 ) ( 1 . 7 0 ) ( 1. 9 0 ) ( 2. 1 0 ) ( 2. 3 0) ( 2. 5 0) ( 2. 7 0)

30、( 3 . 0 0 ) ( 3. 3 5 ) ( 3. 7 0) ( 4. 2 0 ) ( 4. 7 0 ) ( 5 . 2 0 ) ( 5 . 7 0 ) ( 6 . 3 0 ) ( 7. 0 0 ) ( 7. 8 0 ) ( 8. 6 0 ) ( 9. 5 0 ) nUnUnUC们们门nUCU nl五气乙八、4Un巴0 1 8 积分电路的检定 1 8 . 1 按图 3 接线，将电荷放大器归一化旋钮置于 1 - 0 - 0 位置，低通滤波器置于最高频 率挡，高通滤波器置于0 . 3 H z 挡，开关 K置于位置 2 。振荡器频率调至电荷放大器位 移的下限频率处，此时应用频率计读取频率 ( 或

31、周期)值，因为频率的误差将直接带来 位移和速度的误差。 1 8 . 2 电 荷放大器的 积分开关置于 位移挡， 调节振荡器的 输出电压到。 1 ， 使电 荷放大器 的输出接近最大输出电压 E o ,测量输出电压记为 。 。 ;积分开关转换到速度挡，测量输 出电压，记为。 v : 再转换到加速度挡， 测量输出电 压，记为 。 ， 。 在测量e D , e v 和 。 a 时 振荡器的 输出电压 。 1 保持不变。e D , e v 和 。 a 三个电压中任何一个都不得大于电荷放大 器的最大输出电压 E ， 并且没有限幅失真。否则应重新调整 。 ， 并测量3 个电压e D , e v 和 。 。

32、。为此， 低频时从位移挡开始测量，高 频时应从加速度挡开始测量。 1 8 . 3 改变振荡器的频率至下限频率的二倍处，重复 1 8 . 2款的测量。以后振荡器的频 率 ( 用频率计监测)以倍频程的间隔改变。重复 1 8 . 2 款的测量 ，测量频率为:下限频 率;2 倍下限频率;4 倍下限频率 ; 8倍下限频率;1 6倍下限频率;。大约测量 1 0 - - 1 5 个频率下的1 0 -1 5 组 e D , e v , e a ， 一直到 e D , e v 都很小， 找出公式 ( 1 7 )和 ( 1 8 )算出的S v , S 。 都超过1 0 % 为止。在频率的高 端应适当 减小测量 频

33、率的间 隔。 1 8 . 4 用公式 ( 1 7 )和公式 ( 1 8 ) 计算速度测量误差S v 和位移 测量误 差 8 D 1 1 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 S V 2 s f e v KV e,一 小10 0 0.6 ( 1 7 ) 8 D ( 2 7 c f ) z e D K p e ,一 小10 0 96 ( 1 8 ) 上 两式中 :6 V , 6 D 分别为 速度和位移测量误差， %; 产一 - 测 量 频 率， H z ; e V , e o -频率为f ,输出 。 不变时，相应的加速度、速度和位移三个挡位 时的输出电压，V; KV 无量纲系数，等于以 m/

34、 s 为单位的速度值 ; K , 无量纲系数，等于以m为单位的位移值。 KV二 Kn = 电荷放大器面板上的速度单位 1 m/ s ( 1 9 ) 电荷放大器面板上的位移单位 1 m ( 2 0 ) 1 9 准确度的计算 根据第 3 . 1 款中公式 ( 4 )以及 1 1条、1 6条、1 7 条的测量数据，算出电荷放大器 的准确度 。 五检定结果的处理和检定周期 2 0 经检定符合本规程各项要求的电荷放大器，按表 1 分级分类填发检定证书。凡有一 项不合格者，发给检定结果通知书。 2 1 电荷放大器的检定周期为 1 年。 .T J G 3 3 8 - 1 9 9 7 附录 电荷放大器各旋钮的

35、辨认 1 归一化旋钮在仪器面板上常用下列标志:( 1 )传感器灵敏度P C / 单位;( 2 )灵敏度 P C / 单位 ;( 3 )灵敏度 P C / g ;。 2 衰减挡在仪器面板上常用的表示方法有: ( 1 )输出电压 V/ 单位; ( 2 )输出电压 V / g ; ( 3 )输出单位/ V ; ( 4 )量程 ( 单位) ， 1 0 单位， 1 0 0 单位， 1 0 0 0 单位。 本规 程正文公式中用的衰减档数值指的是前两种表示法，后二种表示法必须换算成前两种才 能代人公式中计算。 第 ( 3 )种表示法的换算是求其倒数，如下式换算: 衰减挡数值 Z ( V / 单位)=仪器输出

36、挡位值( 单位 / V ) 第 ( 4 )种表示法的换算方法是用仪器的最大输出电压 E 。 除以量程，如下式: 衰减挡数值 Z ( V/ 单位)二最大输出电压E o ( V ) 3 高通滤波器在仪器面板上常用:( 1 )低频下限; 量程( 单位数) ( 2 )下限频率;表示。 J J C 3 3 8 - 1 9 9 7 附 录 2 公式的举例说明及推导 1 举例说明第 1 2 . 1 . 2 项中公式 ( 8 ) 某电荷放大器最大输出电压 E o =1 0 V，归一化旋钮置于 1 0 - 0 - 0位置时对应的读数 是1 0 P C / 单位， 那么衰减挡置于0 . 1 m V / 单位时仪器

37、总的传输系数为: 1 0 P C / O . 1 M V二l O S P C / v 则公 式 中的 Z 就 是 0 . 1 mV / 单 位，上 述 各 量代 人 公 式 ( 9 )中并 设 测试 电容 C=1 0 O O O p F . _上 0 . 1 x1 0Vx1 0P C / 单位 _一一一 一二 一一 一二 一二一二一一一一一，二一 二飞 下一一下下 下一一 一一一 一一一 一 一0. 0 00 1 V/早 位 1 0 0 0 0 p F 二士1 0 P C 币F = 士 1 0 V 2 举例说明 1 6 . 2 款公式 ( 1 3 ) 某电 荷放大器归一化旋钮位于1 . 0 0

38、 P C / 单位， 衰减挡在 1 0 m V / 单位;测试电容器 C 二 1 0 0 6 p F ;当 输出为有效值7 . 0 7 0 V时 输入为0 . 6 9 9 3 V 。 则该挡衰减的误差可由公 式 ( 1 4 )算出: 一 二 1 ;. 0 0 P C / * , ft一 、 1 0 m Vi 早 1 笙 入1 0 0 0 p r 7. 0 70 V 0. 6 9 9 3 V一 小10 0 % _/ 1 . 0 0 P C、 一 1 丁石 6 p C人 7. 0 7 0 V 0. 6 9 9 3 V一 小10 0 % =( 1 . 0 0 4 9 8一1 ) =0. 4 9 8%

39、 第 1 2 . 1 . 3 项中公式 ( 9 )的推导 t I 时 刻 输 出 电 压E 二 E 。 一 !/ r ， x 1 0 0% t 2 时 刻 输出 电 压E t 一 E e _ z 2/ , o E是 充电 完 毕后 某 时刻的输出电压，r 是电路的时间常数，r =R C。对比值: 玉_ , v , ( ,: 一 ，1) E t E 求 自然对数得 I n r 乙1 ,一 告 ( t 2 一 ，1) ， 又 知 下 限 频 率 与 电 路 的 时 间 常 数 的 关 系 为 、 - 井 ， 因 而 得 : 冗 r J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 f F / E tln

40、 ( E , ) 2 a ( t : 一t ) ln ( E t1 j E tz ) t at 4 第 1 1 . 2 款中公式 ( 7 )的推导 仪 器和 测 试 电 容器C组 成的系 统， 在满 输出 时 的 传输 系数 为e .o 输出 为e 二时的 传 输 系 数为 e o m ， 则 输出 为e . - 时的线性误差是 : ,5 m e . . , e o e i m 卫x1 0 0% e jo 一 e f0?om 一 1 ) x 10 0 % 第 1 7 . 3 款公式 ( 1 5 )的推导 第7 个归一化状态数值G 与正确的输出电压E 二 之间的关系应为: 生q - oJ E e

41、 。 是第一个归一化状态，即归一化旋钮位于1 - 0 - 0 - 。 位置时仪器的输出电压值， 则第 个归一化状 态的误差是 : 8 ; =e , j 一Eo 1 E o j x 1 0 0%x 1 0 0 x 1 0 0% J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 附 录 3 低于 2 H z 的失真度测且方法介绍 由于失真度测量仪最低只能测量 2 H z 的失真度，所以对低于2 H z 的信号必须变换 时间尺度，将其频率变换到2 H z以上才能测量失真度。用磁带记录仪可以很方便地进 行这种变换，此处仅介绍用瞬态信号记录仪改变频率来测量失真度的方法。 1 首先心须测定瞬态记录仪的失真度。为

42、此 ，接线如图 3 -1 所示。 图3 -1 检定瞬态记录仪失真度的接线图 2 振荡器 频率f 调到2 0 0 H z ， 开关K : 置于位置1 , 测量振荡器的失真度 Y 3 - 3 根据瞬 态记录仪的内存容量 M ( 字) 和信号的周期 T =1 汀 ( s )选择适当的采样速 率 S ( s / 字)和最小正整数 n ，使得满足关系式 n T = S M o 4 先使瞬态记录仪记录信号，然后再用模拟输出端读出该信号，从示波器上观察波形 应无间断处或重叠处 ( 示波器屏幕上的波数 N应大于上一条中的 ， ) 。否则可适当调整 振荡器的频率 ，并反复地记录和读出信号 ，直到示波器上的波形为

43、光滑完整的正弦波。 5 开关K : 置于位置2 ， 用失真度仪测量读出信号的 失真度 Y 4 。计算瞬态记录仪的失真 度 Y 5 二 丫对一 污不应大于0 . 5 9 6 0 6 接人电荷放大器和测试电容器 C ， 如图3 -2 所示， 将振荡器频率调到某低频 f, 选择适当的 n , 和 S , ，使 、 1 i f , = S , M , n , 应取最小可能的正整数。 图 3 -2电荷放 大器低频失真度 的检定 接线图 7 开关 K 3 置于位置2时，将信号记人瞬态记录仪，再用模拟输出端读出信号，读出速 率 ( s / 字)应比记录速度 ( s / 字)快，使读出信号的频率比记录信号提高

44、 m倍 ，读出 的信号频率在 2 H z 以上，重复第 4 条的调整。 I 6 J .I G 3 3 8 - 1 9 9 7 8 用失真度仪测量读出信号的失真度 Y 2 o 9 开关K 3 置于位置 1 ，其它不变， 重复第7 条步骤。 1 0 重复第8条步骤测量失真度 Y i ，并计算出电荷放大器失真度。 1 1 第 1 0 条公式中当 Y : 接近于 Y , 时 ， 的相对误 差为 : 丫 Y 1 一Y i ( 3 - 1 ) 算出的失真度 Y的不确定度 Y 是很大的，Y A Y _k A y ,k Y Y l AY , 。*， ， L、 ， 二 ， 二、 。二， 、， 、 _、 二 丁

45、足 大 具度 仪 阴秘 重 块 左1 1 9 0 A 刀 1 07 6 ) r, k是一个系数 ，根据间接测量误差传 递的原理，可以推导出上式中的 k : y一y +一- y一y 这个式子表明 Y : 近于 Y , 时， 应用第 1 0 条中的公式 ( 3 -1 )是不合理的， 下表中列出 k与 Y , . Y 2 的关系，可以直观地说明这个问题。 7 2 / 71 0. 9 5 0. 9 5 2! 4. 5 62. 9 2一2 . 1 3 6 71 . 3 81 . 2 0一 1 . 0 8 1 2 瞬态记录仪还可以测量 B 类电荷放大器的下限频率，双通道的瞬态记录仪更方便 一些，具体方法不

46、再赘述。 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 附 录 4 检定记录、检定证书背面格式 ( 1 )检定记录格式 电荷放大器检定记录 送检单位 型号 ，制造厂 ，出厂编号，检定 证书号 一、低通滤 波器 挡位 频率 ( Hz ) 输出 e 输人 。 e,/e; 二、线性误差满输入 e ;。 二，满输出 。 . o -，e ;p / e w= 输出 。 m 输人“ 二 一 误差 % 输出。 。 。 输人 误 差 % J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 三、下限频率 E , E , z t fF 频率 1 6 0 Hz e . e ; e o / e j 四、上限频率 频率 1 6 0

47、 Hz 巴 o e ; e./e; 五 、失真度 频率 已 o % 六、输入等效噪声电荷 衰减挡，归一化 p C ( R MS ) 。 七 、衰减挡误 差 时，输人等效噪声 电荷为 衰减挡 归一化 测试电容 误差 % J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 八、归一化误差 1 - 0 - 0 - 0时，满输出电压 。 0 0 归一化输 出电压误差 %归一化输出 电压 误 差 % 一 归一 化输出 电压误 差% 1 一 九、积分误 差 频率fe, ev8 ve 一! 频 率 了 己 ae v8 ven8 1 +、准确度 二、 厂一-=%，准予作级类 电荷 放大器用 。 室温，相对湿度 检验员检定员 J J G 3 3 8 - 1 9 9 7 (