JJG 482-2017实验室标准传声器(自由场互易法)-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G4 8 22 0 1 7实验室标准传声器(自由场互易法)L a b o r a t o r yS t a n d a r dM i c r o p h o n e s(F r e e-f i e l dR e c i p r o c i t yM e t h o d)2 0 1 7-1 1-2 0发布2 0 1 8-0 5-2 0实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局实验室标准传声器(自由场互易法)检定规程V e r i f i c a t i o nR e g u l a t i o no fL a b o r a t o r yS t a n d a r dM i c r o p h o n e s(F r e e-f i e l dR e c i p r o c i t yM e t h o d)J J G4 8 22 0 1 7代替J J G4 8 22 0 0 5 归 口 单 位:全国声学计量技术委员会 起 草 单 位:中国测试技术研究院中国计量科学研究院深圳市计量质量检测研究院 本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局本规程起草人:鄂治群(中国测试技术研究院)何龙标(中国计量科学研究院)牛 锋(中国计量科学研究院)蒲志强(中国测试技术研究院)张国庆(深圳市计量质量检测研究院)J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语和计量单位(1)3.1 实验室标准传声器(1)3.2 互易传声器(1)3.3 传声器声中心(1)3.4 电转移阻抗(2)3.5 声转移阻抗(2)4 概述(2)5 计量性能要求(2)5.1 自由场灵敏度级的频率响应(2)6 通用技术要求(3)6.1 标志(3)6.2 校准资料(3)7 计量器具控制(3)7.1 检定条件(3)7.2 检定项目(4)7.3 检定方法(4)7.4 检定结果的处理(7)7.5 检定周期(7)附录A 传声器的声中心位置的数据(8)附录B 空气衰减系数(9)附录C 检定证书和检定结果通知书的内页格式(1 0)J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局引 言本规程依据J J F1 0 0 22 0 1 0 国家计量检定规程编写规则给出的规则编制。本规程依据国家标准G B/T2 0 4 4 1.12 0 1 0 电声学 测量传声器 第1部分:实验室标准传声器规范和G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0 电声学 测量传声器 第3部分:采用互易技术对实验室标准传声器的自由场校准的原级方法对J J G4 8 22 0 0 5 实验室标准传声器(自由场互易法)进行修订。与J J G4 8 22 0 0 5相比,除编辑性修改外主要技术变化如下:修改了规程的适用范围,增加了L S 2型实验室标准传声器;修改了自由场灵敏度级的检定方法和操作步骤。本规程的历次版本发布情况:J J G4 8 22 0 0 5;J J G4 8 21 9 8 7。J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局实验室标准传声器(自由场互易法)检定规程1 范围本规程适用于满足G B/T2 0 4 4 1.12 0 1 0规定的L S 1型和L S 2型实验室标准传声器的首次检定、后续检定和使用中检查。2 引用文件本规程引用下列文件:J J G1 7 52 0 1 5 工作标准传声器(静电激励器法)J J G4 4 92 0 1 4 倍频程和分数倍频程滤波器J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义J J F1 0 3 42 0 0 5 声学计量名词术语及定义G B/T3 1 0 2.7 声学的量和单位G B/T3 9 4 7 声学名词术语G B/T2 0 4 4 1.12 0 1 0 电声学 测量传声器 第1部分:实验室标准传声器规范G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0 电声学 测量传声器 第3部分:采用互易技术对实验室标准传声器的自由场校准的原级方法凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规程;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。3 术语和计量单位本规程采用G B/T3 1 0 2.7中规定的量和单位。J J F1 0 0 12 0 1 1、J J F1 0 3 42 0 0 5和G B/T3 9 4 7界定的以及下列术语和定义适用于本规程。3.1 实验室标准传声器 l a b o r a t o r ys t a n d a r dm i c r o p h o n e可用原级校准方法,如密闭耦合腔互易法,校准到很高准确度的电容传声器。考虑随时间的稳定性和对环境条件的依赖性,其机械尺寸和电声特性要满足严格的要求。G B/T2 0 4 4 1.12 0 1 0,定义3.23.2 互易传声器 r e c i p r o c a lm i c r o p h o n e线性无源的传声器,其开路的正向和逆向转移阻抗在幅值上是相等的。G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0,定义3.13.3 传声器声中心 a c o u s t i cc e n t r eo f am i c r o p h o n e对于发送传声器,给定频率的正弦信号和规定的方向和距离上的一个点,围绕这个点在小范围内观察,从这个点呈现一个发射的近似的球形波阵面。G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0,定义3.31J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局3.4 电转移阻抗 e l e c t r i c a l t r a n s f e r i m p e d a n c e对于2只声耦合传声器的系统,用作接收的传声器的开路电压与用作发送的传声器的电端的输入电流之比。注:单位为欧姆()。G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0,定义3.53.5 声转移阻抗 a c o u s t i c a l t r a n s f e r i m p e d a n c e对于2只声耦合传声器的系统,作用于接收传声器膜片上的声压与用作发送的传声器所产生的短路体积速度之比。注:单位为帕秒每立方米(P as/m3)G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0,定义3.64 概述实验室标准传声器(以下简称传声器)是一种基于电容量变化实现声电转换的换能器,是声学计量中重要的标准器。传声器的自由场互易校准是指在自由声场中利用三只传声器,其中至少两只为互易传声器,通过对它们两两配对的接收灵敏度与发射灵敏度之比的测量,实现传声器自由场灵敏度的校准,非互易传声器只能用作声接收器。5 计量性能要求5.1 自由场灵敏度级的频率响应 对于L S 1 P型传声器(在10 0 0H z 80 0 0H z频率范围)和L S 2 P型传声器(在31 5 0H z 2 00 0 0H z频率范围),自由场灵敏度级与相应频率点处修正因子(见表1)之差的不均匀度(最大和最小灵敏度级的差值)不大于2d B。L S 2 F型传声器(在31 5 0H z 2 00 0 0H z频率范围内)的不均匀度不大于2d B。表1 传声器0 入射自由场与压力场灵敏度级修正因子频率/H z修正因子/d BL S 1 PL S 2 P10 0 00.2 6 12 5 00.4 1 16 0 00.6 5 20 0 00.9 9 25 0 01.5 1 31 5 02.3 20.6 740 0 03.5 51.0 650 0 05.0 91.6 163 0 06.9 42.4 62J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局表1(续)频率/H z修正因子/d BL S 1 PL S 2 P80 0 08.6 23.7 31 00 0 0 5.3 11 25 0 0 7.0 91 60 0 0 8.6 82 00 0 0 9.1 46 通用技术要求6.1 标志传声器应具有以下清晰耐久的标志:1)制造商的名称或商标;2)产品的型号;3)产品的序列号。6.2 校准资料每只传声器应附有单独的出厂校准资料。出厂校准资料应包括该传声器的灵敏度级、正常工作需要的极化电压、参考频率。如需做气压、温度和相对湿度的修正,则应给出相应的修正系数。7 计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中检查。7.1 检定条件7.1.1 参考环境条件空气温度:2 3.0;相对湿度:5 0%;静压:1 0 1.3 2 5k P a。7.1.2 环境条件空气温度:(1 82 8);相对湿度:(2 58 5)%;静压:(9 01 0 5)k P a。7.1.3 计量标准及主要配套设备在本规程规定的工作频率内,计量标准及主要配套设备的功能、性能要求如下:1)参考传声器:作为检定中的参考传声器,应符合G B/T2 0 4 4 1.12 0 1 0对实验室标准传声器的要求。3J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局2)声频信号发生器:在测量频率范围内,频率示值误差不超过0.1%,谐波失真小于0.5%,相对于参考频率(通常选取40 0 0H z)的幅频特性优于0.1d B。3)声校准器:能产生参考频率(通常选取2 5 0H z)的正弦声压信号,准确度等级为L S级。4)互易校准仪:在检定的频率范围内,频率响应应优于0.1d B,总谐波失真小于0.0 1%,极化电压为(2 0 00.0 5)V,检定期间极化电压的稳定度优于1 0mV。5)前置放大器:具有插入电压校准功能,频率响应在所需要的频率范围内优于0.2d B,输入端短路噪声低于3V(A计权)。6)测量放大器:频率响应在所需要的频率范围内优于0.2d B。7)数字电压表:最大允许误差不应超过0.1%,输入阻抗不应小于1M;8)带通滤波器:在检定的频率范围内,满足J J G4 4 92 0 1 4对1级1/3倍频程滤波器的要求。9)自由声场:在1k H z 2 0k H z频率范围内,工作区内自由声场偏离应小于0.1d B。信噪比应大于3 0d B。1 0)气压表:在检定环境条件内,最大允许误差不应超过0.2k P a。1 1)温度计:在检定环境条件内,最大允许误差不应超过0.2。1 2)湿度计:在检定环境条件内,最大允许误差不应超过4%。1 3)游标卡尺:在(05 0 0)mm测量范围内的最大允许误差为0.2mm。7.2 检定项目传声器的首次检定、后续检定和使用中检查项目见表2。表2 传声器的首次检定、后续检定和使用中检查项目一览表检定项目首次检定后续检定使用中检查外观检查+自由场灵敏度级的频率响应+-注:“+”表示需检定项目,“-”表示不需检定项目。7.3 检定方法7.3.1 外观检查目视检查传声器的标志,应符合6.1的要求。7.3.2 校准资料校准资料应符合6.2的要求。7.3.3 自由场灵敏度级频率响应在自由场灵敏度级的检定之前,依据J J G1 7 52 0 1 5中7.3.2规定的方法对传声器的声压灵敏度级进行初步检查。7.3.3.1 自由场灵敏度测量原理4J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局图1 三只互易传声器自由场互易校准原理图本方法将三只互易传声器(其中至少有一只自由场灵敏度已知的实验室标准传声器用作参考传声器)按图1所示两两交替置于自由声场中进行声耦合,根据互易原理和公式推导,传声器的平面自由场灵敏度为:Mf,1=2fd1 2d3 1d2 3Ze,1 2Ze,3 1Ze,2 3e d1 2+d3 1-d2 3()1/2(1)Mf,2=2fd1 2d2 3d3 1Ze,1 2Ze,2 3Ze,3 1e d1 2+d2 3-d3 1()1/2(2)Mf,3=2fd2 3d3 1d1 2Ze,2 3Ze,3 1Ze,1 2e d2 3+d3 1-d1 2()1/2(3)其中:Ze,1 2=U2/I1;Ze,2 3=U3/I2;Ze,3 1=U1/I3为电转移阻抗。式中:空气密度,k g/m3;f 频率,H z;d1 2,d2 3,d3 1 两传声器声中心间距,m;空气衰减系数;I1、I2、I3 传声器1、2、3作发送时的电流,A;U1、U2、U3 传声器1、2、3作接收时的开路输出电压,V。传声器的自由场灵敏度可通过测量以上公式中的参量后计算得到。利用电压比和插入电压技术,测量其电转移阻抗,或直接测量电压电流比等参数后,计算出传声器的自由场灵敏度级。7.3.3.2 电转移阻抗的测量5J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局图2 自由场灵敏度级检定装置框图检定装置按规定时间预热,以保证极化电压充分稳定。调节支架系统在水平和垂直方向的偏离,使其小于3mm。具体测量步骤如下:接收传声器的开路电压采用插入电压技术进行测量。a.三只传声器记为:1、2、3,将作发送和接收的传声器1和2分别连接发射部分和接收部分的前置放大器后安装在支架上,精确测量两传声器的声中心距离,传声器的声中心值可以查阅图表(见附录A)。b.将开关k1、k2置于图中所示位置,在待校准频率由声频信号发生器供给发送传声器一定电压(使传声器发送信号的失真度小于1%)时,读取发射端取样电容两端的电压Uc,1 2(已知取样电容的阻值,即可得到发送电流i)和接收传声器在数字电压表上的示值U。c.将开关k1、k2置于图中所示相反位置,由声频信号发生器在接收端插入电阻上施加一个插入电压UR,1 2,调节插入电压UR,1 2,使得接收端数字电压表的示值等于U,此时,插入电压即为接收传声器的开路电压。得到电转移阻抗Ze,1 2为:Ze,1 2=UR,1 2i=UR,1 2Uc,1 2Zc(4)式中:UR,1 2 声频信号发生器施加的插入电压,V;i 发射端发送电流,A;Uc,1 2 发射端取样电容两端的电压,V;Zc 发射端取样电容的阻抗,。交换传声器,重复以上步骤可得:Ze,3 1=UR,3 1Uc,3 1Zc(5)6J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局Ze,2 3=UR,2 3Uc,2 3Zc(6)7.3.3.3 自由场灵敏度级的计算测出三个电转移阻抗后,在d2 3=d3 1=d1 2=d的条件下,可按下面公式计算三只传声器在频率为f时的自由场开路灵敏度级:Lf,1=1 0 l g2df+1 0 l gZe,1 2+1 0 l gZe,3 1-1 0 l gZe,2 3+12Ad(7)Lf,2=1 0 l g2df+1 0 l gZe,2 3+1 0 l gZe,1 2-1 0 l gZe,3 1+12Ad(8)Lf,3=1 0 l g2df+1 0 l gZe,3 1+1 0 l gZe,2 3-1 0 l gZe,1 2+12Ad(9)A=8.6 8 6是空气衰减系数,可直接查表得出(见附录B)。查验引入的参考传声器灵敏度级的计算结果与标准值之差应小于等于其测量结果不确定度0.2d B,若满足,测量数据有效;否则测量数据无效,需重新测量。同时应考虑被检传声器是否完全具备互易特性。7.3.3.4 自由场灵敏度级频率响应改变频率,按7.3.3.2和7.3.3.3依次测量并计算:L S 1型传 声 器 在1k H z、1.2 5k H z、1.6k H z、2k H z、2.5k H z、3.1 5k H z、4k H z、5k H z、6.3k H z、8k H z、1 0 k H z、1 2.5k H z、1 6k H z、2 0k H z频率点的自由场灵敏度级,由此得到传声器的自由场灵敏度级频率响应。自由场灵敏度级频率响应符合5.1的规定。L S 2型传声器在3.1 5k H z、4k H z、5k H z、6.3k H z、8k H z、1 0k H z、1 2.5k H z、1 6k H z、2 0k H z频率点的自由场灵敏度级,由此得到传声器的自由场灵敏度级频率响应。自由场灵敏度级频率响应符合5.1的规定。7.4 检定结果的处理7.4.1 所有数据应先计算,后修约,出具检定结果的数据应修约至小数点后两位。7.4.2 应对被检传声器作出合格与否的结论。经检定合格的传声器发给检定证书;检定不合格的传声器发给检定结果通知书,并注明不合格的项目。7.4.3 检定证书和检定结果通知书的内页应包括检定条件、检定项目、检定结果等内容,格式见附录C中的C.1、C.2。7.5 检定周期传声器的检定周期一般不超过2年。7J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局附录A传声器的声中心位置的数据根据定义,传声器声中心位置取决于取向、频率以及观测点到换能器的距离。对于足够远的观测点,声中心位置对校准不确定度的影响将减小,膜片的中心可以取作为声中心。一般互易校准在1 5 0mm6 0 0mm的距离范围进行,可以应用表A.1中数据。这些声中心位置的数据是参照主轴并且是相对于膜片的表面给出的,它是频率的函数,适用于L S 1 P和L S 2 P传声器。正的数据表明声中心是在膜片的前方。在表中的数据的不确定度在传声器共振频率以下时小于2mm。表A.1 L S 1 P和L S 2 P传声器在垂直入射时相对于膜片的声中心位置的评估值频率k H z0.6 30.81.01.2 51.62.02.53.1 5L S 1 Pmm9.08.98.78.48.07.57.06.4L S 2 Pmm5.04.94.84.74.44.2频率k H z4.05.06.38.01 0.01 2.51 6.02 0.0L S 1 Pmm5.75.04.23.32.20.9-0.4-1.9L S 2 Pmm3.93.63.22.82.31.81.20.58J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局附录B空气衰减系数G B/T2 0 4 4 1.32 0 1 0附录B提供了作为频率、温度、气压和相对湿度的函数的空气衰减系数的计算方法。表B.1给出了计算所得的实验室一般环境条件下自由场互易校准的声压空气衰减系数。表中数据为A,用d B/m表示,即为8.6 8 6。表B.1 声压空气衰减数据d B/mf/k H zt=2 1,ps=1 0 1.3 2 5k P at=2 3,ps=1 0 1.3 2 5k P at=2 5,ps=1 0 1.3 2 5k P aH=2 5%H=5 0%H=8 0%H=2 5%H=5 0%H=8 0%H=2 5%H=5 0%H=8 0%1.01.2 51.62.02.53.1 54.05.06.38.01 0.01 2.51 6.02 0.00.0 0 540.0 0 750.0 1 110.0 1 620.0 2 400.0 3 650.0 5 650.0 8 460.1 2 670.1 8 820.2 6 430.3 5 780.4 7 710.5 9 290.0 0 480.0 0 590.0 0 750.0 0 990.0 1 340.0 1 920.0 2 870.0 4 260.0 6 490.1 0 100.1 5 270.2 2 920.3 5 410.5 1 390.0 0 540.0 0 630.0 0 770.0 0 930.0 1 160.0 1 530.0 2 120.0 2 990.0 4 410.0 6 730.1 0 130.1 5 350.2 4 350.3 6 820.0 0 540.0 0 720.0 1 040.0 1 490.0 2 200.0 3 320.0 5 140.0 7 730.1 1 700.1 7 670.2 5 390.3 5 370.4 8 850.6 2 660.0 0 520.0 0 620.0 0 780.0 0 990.0 1 320.0 1 840.0 2 710.0 3 970.0 6 010.0 9 330.1 4 110.2 1 310.3 3 270.4 9 010.0 0 590.0 0 690.0 0 830.0 0 990.0 1 210.0 1 550.0 2 100.0 2 910.0 4 210.0 6 350.0 9 490.1 4 340.2 2 750.3 4 520.0 0 540.0 0 700.0 0 990.0 1 400.0 2 030.0 3 040.0 4 690.0 7 060.1 0 760.1 6 450.2 4 050.3 4 290.4 8 890.6 4 680.0 0 570.0 0 670.0 0 820.0 1 020.0 1 320.0 1 800.0 2 590.0 3 740.0 5 610.0 8 660.1 3 080.1 9 800.3 1 150.4 6 410.0 0 630.0 0 760.0 0 910.0 1 070.0 1 290.0 1 610.0 2 120.0 2 870.0 4 070.0 6 050.0 8 960.1 3 470.2 1 320.3 2 409J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局附录C检定证书和检定结果通知书的内页格式C.1 检定证书内页格式检定结果共 页 第 页一、外观检查:二、自由场灵敏度级的频率响应:频率H z自由场灵敏度级d B测量不确定度d B10 0 012 5 016 0 020 0 025 0 031 5 040 0 050 0 063 0 080 0 01 00 0 01 25 0 01 60 0 02 00 0 0灵敏度级的不均匀度为 d B。检定环境条件:极化电压:V温 度:相对湿度:%静 压:k P a使用的标准装置名称:说明:01J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局C.2 检定结果通知书内页格式检定结果共 页 第 页一、外观检查:二、自由场灵敏度级的频率响应:频率H z自由场灵敏度级d B测量不确定度d B10 0 012 5 016 0 020 0 025 0 031 5 040 0 050 0 063 0 080 0 01 00 0 01 25 0 01 60 0 02 00 0 0灵敏度级的不均匀度为 d B。检定环境条件:极化电压:V温 度:相对湿度:%静 压:k P a使用的标准装置名称:对检定结果不合格项及不能继续进行检定项目的说明:说明:检定结果通知书内页格式的栏目与检定证书内页格式相同,但在检定结果通知书中应标明检定不合格的项目,对不能再检定的项目应加以说明。11J J G4 8 22 0 1 7市场监管总局市场监管总局