高精度數(shù)字多用表直流電壓的校準(zhǔn)

 目前的高精度數(shù)字多用表，其直流電壓已達到百萬分之幾的測量不確定度，如FLUKE 8508A、AGILENT 3458A的1V直流電壓測量年相對不確定度在4×10-6左右，如何對這些高精度數(shù)字多用表的直流電壓進行校準(zhǔn)？通常我們校準(zhǔn)數(shù)字多用表使用的計量標(biāo)準(zhǔn)器是多功能校準(zhǔn)源，如FLUKE5520A、5700A、5720A等，但多功能校準(zhǔn)源中即使目前準(zhǔn)確度等級最高的FLUKE5720A，其1V直流電壓年相對不確定度為7×10-6，比FLUKE8508A和AGILENT 3458A的不確定度要大，因此不可能用多功能校準(zhǔn)源直接校準(zhǔn)高精度數(shù)字多用表的直流電壓，本文以校準(zhǔn)FLUKE8508A為例介紹如何使用直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)、多功能校準(zhǔn)源、直流分壓器和八位半數(shù)字多用表校準(zhǔn)高精度數(shù)字多用表的直流電壓。
1 校準(zhǔn)方法
1.1 當(dāng)校準(zhǔn)電壓Ux<2V時，按圖1連接儀器。
式中：r ——標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表顯示的前后面板輸入電壓之比；Ux——校準(zhǔn)點電壓期望值；U0——電壓參考標(biāo)準(zhǔn)證書值；k——分壓器分壓比（10或100）。
被校數(shù)字多用表置相應(yīng)的量程，讀取其顯示值。
1.2 當(dāng)校準(zhǔn)電壓2V≤Ux<20V時，按圖2連接儀器。
被校數(shù)字多用表置相應(yīng)的量程，讀取其顯示值。
1.3 當(dāng)校準(zhǔn)電壓Ux≥20V時，按圖3連接儀器。
被校數(shù)字多用表置相應(yīng)的量程，讀取其顯示值。
2 測量結(jié)果的不確定度評定
下面以校準(zhǔn)數(shù)字多用表200mV量程的100mV測量點為例，對測量結(jié)果的不確定度進行評定（k=100，r≈1）。
式中：Δ——被校數(shù)字多用表示值誤差；Um——被校數(shù)字多用表指示值；U0——10V直流參考電壓出證值；k——直流分壓器分壓比；r——標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表比例測量示值。
②FLUKE734A直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)中國計量院校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果為10.000073V，測量不確定度為5×10-7，k=2，溯源引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
③直流參考電壓引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
2.5 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表引入的不確定度
測量時固定量程200mV，采用比率測量，校準(zhǔn)值為100mV時，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表示值r≈1，應(yīng)用20分鐘傳遞測量不確定度（0.4×10-6Reading+0.3×10-6Range），k=2。比率測量引入的相對不確定度為：
2.6 電壓分壓器引入的不確定度
2.7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
2.8 擴展不確定度
取包含因子k=2
擴展不確定度U=kuc=2×7.72×10-8V≈0.00016mV。
2.9 測量結(jié)果報告
測量結(jié)果為：（100.00006±0.00016）mV，k=2。
3 結(jié)束語
本文介紹了采用直流電壓參考標(biāo)準(zhǔn)，通過標(biāo)準(zhǔn)分壓器和數(shù)字多用表的比例測量功能校準(zhǔn)高精度數(shù)字多用表。通過100mV校準(zhǔn)點測量不確定度的分析，其測量不確定度為0.00016mV，8508A數(shù)字多用表在該點的最大允許誤差為±0.00055mV，滿足1/3倍關(guān)系的要求。