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摘 要 论述了低频信号源检定标准装置的检定原理,主要讨论检定过程的数学模型,不确定度分析、重复性与稳定性验证等过程.并通过实验数据分析了低频信号源计量标准装置的性能.
关 键 词 低频信号源；不确定度；重复性；稳定性
中图分类号TN8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）93-0042-02
低频信号源是指频率为1Hz～1MHz,一般由文氏振荡器、放大器、指示器、功率放大器、衰减器及电源等部分组成,广泛应用于电子设备、电子线路等的测试与维修.为满足科研生产和电子设备使用的需要,统一计量器具（无线电类）的量值,确保科研产品、电子设备等测试数据准确可靠以及使用安全,特制定此标准,以确保低频信号源量值的准确传递.
1.测量标准的组成与工作原理
根据G602-1996《低频信号发生器检定规程》的原则,此项标准主要由SC-7201型频率计、BSIA失真度仪、JH811毫伏表组成,检定方法采用直接测量法进行各项指标的检定.
2.测量标准不确定度的评定
根据G602-1996《低频信号发生器检定规程》的技术指标可知：其主要检定项目为：频率准确度、频率稳定度、幅频特性、输出信号失真度、衰减器误差、电压指示表检定等,主要对SC-7201型频率计、BSIA失真度仪、JH811毫伏表示值误差进行分析即可.
数学模型如下：
δ等于Yi-Ys
式中：Yi-被测信号源量值；Ys-标准仪器显示值；δ-示值误差.
标准不确定度uc的评定根据数学模型,被测仪器基本误差的不确定度将取决于输入量Yi和Ys的不确定度.
2.1 频率计
输入量Yi的不确定度主要是来源于标准器的测量重复性,通过连续测量得到.
对信号源1kHz频率点,连续测量6次,测量数据如下：1.0132、1.0112、1.0125、1.0116、1.0147、1.0122根据贝塞尔公式,计算实验标准偏差为：
输入量Ys的不确定度,可根据技术说明书和检定证书,采用B类方法进行评定.
根据技术说明书,SC-7201型频率计的准确度为：±1.0×10-8Hz.在测量1kHz时e等于（±1.0×10-8×10-3×1）kHz等于1.0×10-11kHz,半宽度a等于1.0×10-11kHz,在区间内可认为服从均匀分布,包含因子,则标准不确定度ug 等于a/k等于1.0×10-11/kHz等于5.8×10-9Hz.
合成标准不确定度：
uc等于等于kHz等于0.51Hz
扩展不确定度：k等于2
频率计：U等于 kuc 等于2×5.1×10-4kHz 等于1.0Hz
相对1kHz时扩展不确定度：1.0 Hz/1kHz×100%等于0.1%
2.2失真度仪
输入量Yi的不确定度主要是来源于标准器的测量重复性,可通过连续测量得到.
对同一台被测仪器以1%失真度进行测试,在相同的条件下,连续测量10次,测量数据如下：0.990、0.992、0.992、0.990、0.990、0.992、0.990、0.998、0.990、0.992.根据公式计算得出：
us等于0.0008%
输入量Ys的不确定度,可根据技术说明书和检定证书,采用B类方法进行评定.
根据技术说明书,失真度仪的准确度为：±10%,在失真度仪输出1%时,e等于10%×1%等于0.1×1%等于0.1%,半宽度a等于0.1%,在区间内可认为服从均匀分布,包含因子k等于,则标准不确定度uz等于a/k等于0.1/%等于0.06%.
合成标准不确定度：
uc等于%等于0.06%
扩展不确定度： k等于2
失真度仪 ：U等于 kuc 等于2×0.06%等于0.12%
相对1%扩展不确定度为：0.12%/1%×100%等于12%
2.3 毫伏表
输入量Yi的不确定度主要是来源于标准器的测量重复性,可通过连续测量得到.
对同一台被测仪器以1V点进行测试,在相同的条件下,连续测量10次,测量数据如下：1.05、1.01、1.00、1.03、1.02、1.04、1.01、1.03、1.02、1.02.根据公式计算得出：
uh等于 4.7×10-3V
其中还可以在用B类方法评定其不确定度,在评定过程中需要严格技术检定证书和技术说明书内容.
根据技术说明书,毫伏表的准确度为：±5%,在输出电压1V时,e 等于5%×1V等于0.05V,半宽度a等于0.05V,在区间内可认为服从均匀分布,包含因子k等于,则标准不确定度uf等于a/k等于0.05/V等于2.9×10-2V .
合成标准不确定度：
uc等于V等于2.9×10-2V
扩展不确定度：k等于2
毫伏表：U等于 kuc 等于2×2.9×10-2 V 等于5.8×10-2V
相对1V时扩展不确定度为：5.8×10-2V/1V×100%等于5.8%
3.测量标准重复性和稳定性
测量标准的重复性应小于合成标准不确定度的三分之二.
3.1 频率计测量重复性
在装置正常工作条件下,用高稳频率标准对频率计10kHz频率点连续测量10次,测量数据如下：10.0002、10.0002、10.0003、10.0004、10.0003、10.0003、10.0004、10.0003、10.0003、10.0003.
根据S等于0.07Hz S<2/3 uc标准装置重复性符合要求.
3.2 失真度仪测量重复性
在装置正常工作条件下,以1%挡对同一台示值稳定的信号源连续测量10次,测量数据如下：0.990、0.992、0.990、0.994、0.993、0.992、0.992、0.994、0.992、0.993.
根据S等于0.001%
S<2/3 uc标准装置重复性符合要求.
3.3 毫伏表测量重复性
在装置正常工作条件下,以0.3V点对同一台示值稳定的信号源连续测量10次,测量数据如下：0.3010、0.3015、0.3015、0.3015、0.3020、0.3025、0.3020、0.3020、0.3025、0.3020.
根据S等于 等于4.7×10-4V
S<2/3 uC标准装置重复性符合要求.
4.测量标准稳定性
4.1 频率计稳定性
在装置正常工作条件下,用同一台示值稳定的信号源对1kHz频率点作稳定性实验,每隔一个月测量一次,测量数据如下：1.00126、1.00112、1.00138、1.00119.
根据Sm等于0.1Hz
其中：一次观测时,n个测量值的算术平均值.
m次观测结果的算术平均值.
Sm 4.2 失真度仪稳定性 在装置正常工作条件下,用同一台示值稳定的信号源在频率为200Hz,失真为3%挡作稳定性实验,每隔一个月测量一次,测量数据如下：2.68、2.67、2.67、2.69. 根据Sm等于等于0.01% 其中：—— 一次观测时,n个测量值的算术平均值. —— m次观测结果的算术平均值. Sm 4.3 毫伏表稳定性 在装置正常工作条件下,用同一台示值稳定的信号源在0.3V点作稳定性实验,每隔一个月测量一次,测量数据如下：0.3010、0.3015、0.3015、0.3015 根据Sm等于2.5×10-4V 其中： —— 一次观测时,n个测量值的算术平均值. —— m次观测结果的算术平均值. Sm 5.测量标准不确定度的验证 5.1 频率计 对同一台XFD-7A信号源（取1kHz频率点）用本装置检定,结果为y等于1.0976kHz,送上级计量科学研究院检定,结果为y0等于1.0975 kHz,采用检定法. 要求|y-y0|≤2 uc,|y-y0|等于0.1×10-3 kHz<2uc符合要求. 5.2 失真度仪 对同一台XFD-7A信号源（取400Hz频率点）用本装置检定结果为y等于0.83%,送上级计量科学研究院检定,结果为y0等于0.82%,采用检定法. 要求|y-y0|≤2 uc,|y-y0|等于0.01%<2uc符合要求. 5.3 毫伏表 对同一台XFD-7A信号源（取1kHz频率点）用本装置检定结果为y等于0.39V,送上级计量站检定,结果为y0等于0.38V,采用检定法. 要求|y-y0|≤2uc,|y-y0|等于0.01V<2uc符合要求. 即标准装置的总不确定度得到了验证. 6.结论 本装置的不确定度频率计1.0×10-3kHz,失真度仪不确定度为0.12%,毫伏表不确定度为5.8×10-2V.根据结合显示本装置测试的结果符合检验要求,且具有稳定性和重复性,本次测试的检定人员均是专业过检人员,且持有有效.整个测试中所有设备配套齐全,工作人员各方面资料齐全,检验环境也符合检验要求.同时,还符合检定规程G602-96《低频信号发生器检定规程》的要求,可开展低频信号源的检定.