JJG 1185-2022 瓦级标准超声功率源检定规程-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G1 1 8 52 0 2 2瓦级标准超声功率源S t a n d a r dU l t r a s o n i cS o u r c e s f o rW a t t-l e v e l 2 0 2 2-0 4-2 9发布2 0 2 2-1 0-2 9实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布瓦级标准超声功率源检定规程V e r i f i c a t i o nR e g u l a t i o no fS t a n d a r dU l t r a s o n i cS o u r c e s f o rW a t t-l e v e lJ J G1 1 8 52 0 2 2 归 口 单 位:全国声学计量技术委员会 主要起草单位:广东省计量科学研究院陕西师范大学中国计量科学研究院 参加起草单位:河南省计量科学研究院中国测试技术研究院 本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释J J G1 1 8 52 0 2 2 本规程主要起草人:陈沈理(广东省计量科学研究院)李敏毅(广东省计量科学研究院)吴胜举(陕西师范大学)邢广振(中国计量科学研究院)参加起草人:郭广建(广东省计量科学研究院)朱卫民(河南省计量科学研究院)姚小兵(中国测试技术研究院)J J G1 1 8 52 0 2 2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 计量单位(1)3.2 术语及定义(1)4 概述(2)5 计量性能要求(2)5.1 绝缘电阻(2)5.2 工作频率(2)5.3 超声输出功率相对示值误差(2)5.4 线性偏差(2)6 通用技术要求(2)6.1 标志(2)6.2 外观和供电(2)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(6)7.5 检定周期(6)附录A 检定证书内页格式(7)附录B 检定结果通知书内页格式(8)附录C 测量不确定度评定示例(9)J J G1 1 8 52 0 2 2引 言J J F1 0 0 2 国家 计 量 检 定 规 程 编 写 规 则、J J F1 0 0 1 通 用 计 量 术 语 及 定 义、J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示共同构成支撑本规程制定工作的基础性系列文件。本规程为首次发布。J J G1 1 8 52 0 2 2瓦级标准超声功率源检定规程1 范围本规程适用于频率范围为(0.51 0)MH z、超声声功率在(0.52 0)W范围内的瓦级标准超声功率源的首次检定、后续检定和使用中检查。2 引用文件本规程引用了下列文件:J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 0 3 42 0 2 0 声学计量术语及定义J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示G B/T3 1 0 2.7 声学的量和单位G B/T3 9 4 71 9 9 6 声学名词术语G B/T7 9 6 62 0 0 9 声学 超声功率测量 辐射力天平法及性能要求I E C6 1 1 6 1:2 0 1 3 超声 功率测量 辐射力天平法及性能要求(U l t r a s o n i c sP o w e rm e a s u r e m e n tR a d i a t i o nf o r c eb a l a n c e sa n dp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t s)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3.1 计量单位本规程采用G B/T3 1 0 2.7规定的量和单位。3.2 术语及定义J J F1 0 0 1、J J F1 0 3 4和G B/T3 9 4 71 9 9 6界定的及以下术语和定义适用于本规程。3.2.1 超声输出功率 u l t r a s o n i co u t p u tp o w e rP在规定条件下和规定媒介中,超声换能器向近似为自由场中发射的时间平均超声功率。注:1 超声输出功率单位为瓦特(W)。2 规定媒介优选为水。3.2.2 超声换能器 u l t r a s o n i c t r a n s d u c e r超声频率范围内,能实现电能转换成机械能或机械能转换成电能的装置。3.2.3 辐射电导 r a d i a t i o nc o n d u c t a n c eG换能器的声输出功率与其输入电压的有效值(RM S)平方之比。用于表征超声换1J J G1 1 8 52 0 2 2能器电声转换的特性。注:辐射电导单位为西门子(S)。3.2.4 靶 t a r g e t经特殊设计的可以(截取)插入超声场的用来测量辐射力的器件。3.2.5 声辐射力 a c o u s t i c r a d i a t i o nf o r c e作用于声场中的物体上不包括声冲流作用的由声场引起的时间平均力;或更为一般的定义是,排除声冲流作用,出现在两个不同声学特性的媒质界面或在一个衰减媒质声场中的时间平均作用力。4 概述瓦级标准超声功率源是一种超声功率传递标准,是已知声功率输出的单频连续波超声源。它能复现一组标准超声功率量值,用于将声功率量值由超声功率基准或副基准传递到超声功率计标准装置。瓦级标准超声功率源可以由信号发生器、功率放大器、标准超声换能器、阻抗匹配器和高频电压测量装置组成,也可以由带闭环控制和匹配的功率信号发生器和标准超声换能器组成。标准超声换能器是由稳定性好的石英或铌酸锂等单晶材料制成的平面圆形活塞超声换能器。5 计量性能要求5.1 绝缘电阻标准超声换能器与使用状态保持一致使部分浸在水中时,10 0 0V测试电压下,其绝缘电阻应大于1 0 0M。5.2 工作频率输出声波频率应在0.5MH z 1 0MH z范围,频率稳定度优于0.0 2%。5.3 超声输出功率相对示值误差超声输出功率示值相对误差应优于5%。5.4 线性偏差在超声输出功率动态范围,超声换能器超声输出功率与激励电压平方的线性偏差应优于5%。6 通用技术要求6.1 标志瓦级标准超声功率源应至少具有以下标志:a)制造厂商的名称或商标;b)产品型号和序列号。6.2 外观和供电6.2.1 瓦级标准超声功率源各操作件及附件应完好有效。6.2.2 标准超声换能器浸水部分在常温下应具有水密性。2J J G1 1 8 52 0 2 26.2.3 瓦级标准超声功率源应采用使用说明书规定的优选电源供电,供电电压应在使用说明书规定的可用电压范围之内。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 检定环境条件瓦级标准超声功率源的检定环境条件如下:空气温度:2 02 6;水温:2 02 6;相对湿度:8 0%;静压:8 0k P a 1 0 8k P a。7.1.2 计量标准及主要配套设备瓦级标准超声功率源检定用计量标准及主要设备的要求如下。瓦级超声功率基准或副基准装置:声功率范围:0.5W2 0W;相对扩展不确定度Ur e l优于3.5%(k=2)。a)电子天平:测量范围:0.0 1m g 1 0 0g;准确度等级:级。b)高频电压测量装置:频率范围覆盖:0.5MH z 1 0MH z;电压测量误差:优于1.5%。c)信号发生器:频率范围覆盖:0.5MH z 1 0MH z;输出电压:1mV1 0V(峰峰值);频率准确度:优于51 0-6;总谐波失真:优于1%。d)功率放大器:频率范围覆盖:0.5MH z 1 0MH z;输出阻抗:5 0;最大线性输出功率:5 0W;总谐波失真:优于2%。e)数字频率计:频率范围覆盖:0.5MH z 1 0MH z;频率准确度:优于11 0-6。f)标准温度计:温度范围:05 0;3J J G1 1 8 52 0 2 2分辨率至少为:0.1最大允许误差:0.2。g)绝缘电阻测量仪:测试电压:5 0 0V;准确度等级:1 0.0;测量范围:1 061 01 5。7.2 检定项目瓦级标准超声功率源的首次检定、后续检定和使用中检查项目见表1。表1 检定项目一览表序号项目名称首次检定后续检定使用中检查1绝缘电阻+2超声输出功率示值误差+3工作频率+-4线性偏差+-注1“+”表示需检定的项目,“-”表示不必检定的项目。2 功率源与换能器不可拆卸时,只检定序号2的项目,其他检定项目不适用。7.3 检定方法7.3.1 通用技术要求目视检查或手动操作,瓦级标准超声功率源:a)面板或铭牌上应具有6.1所要求的标志;b)外观应符合6.2.1和6.2.2的要求;c)电源应符合6.2.3的要求。7.3.2 绝缘电阻用绝缘电阻测量仪直接测量标准超声换能器辐射面在水中的绝缘电阻值,其值应满足5.1的规定。7.3.3 超声输出功率示值误差和工作频率检定装置示意图见图1,检定程序如下。4J J G1 1 8 52 0 2 2图1 检定装置示意图 注:图1中靶可以采用反射靶或吸收靶,采用反射靶时水槽周围应做吸声处理。7.3.3.1 将(2 33)的除气蒸馏水注入消声水槽,消声水槽内壁、吸声材料和靶(反射靶或吸收靶)等表面不应附有气泡。7.3.3.2 测量时标准超声换能器的辐射面应直接与除气蒸馏水耦合,以避免附加耦合层引起的误差。测量前,标准超声换能器辐射面、靶应进行清洁处理,并应在除气蒸馏水中浸泡2h。注意:在标准超声换能器的辐射面浸入除气蒸馏水中前,不得把电压加到换能器上,否则会损坏换能器。7.3.3.3 仪器通电,按说明书规定的预热时间进行预热。7.3.3.4 调节信号发生器的频率达到标准超声换能器规定的谐振频率。7.3.3.5 在0.5W2 0 W超声功率范围内,推荐选取功率为0.5 W,1 W,3 W,5W,7W,1 0W,1 2W,1 5W,1 8W,2 0W(或仪器固有输出功率点)这些点进行检定,记录标准超声功率源的激励电压U1,U2,U3,U1 0和对应超声功率值(由电子天平示值换算得到)P1,P2,P3,P1 0,每个功率点重复测量次数n5。注:功率源与换能器不可拆卸时,可忽略记录功率源的激励电压。7.3.3.6 按公式(1)计算各输出超声功率点n次重复检定的平均超声功率值Pi:Pi=Pi1+Pi2+Pi nn(1)7.3.3.7 按公式(2)计算被检定瓦级标准超声功率源的示值相对误差:Pi=Pi-PiPi(2)5J J G1 1 8 52 0 2 2示值相对误差应满足5.3中的规定。7.3.4 工作频率标准超声功率源在功率为1W输出时进行工作频率检定,每隔6 0s记录一次电子数字频率计读数fi,连续记录测量1 1次,其频率在6 0s内的稳定度按公式(3)计算。Sf=2 f(i,i+1)m a xfi+fi+11 0 0%(3)式中:Sf 频率稳定度,%;|f(i,i+1)|m a x 6 0s内频率的最大变量,H z;fi,fi+1 6 0s内频率的最大变量对应的两个频率值,H z。频率稳定度应满足5.2的规定。7.3.5 线性偏差以标准 超 声 功 率 源 激 励 电 压 平 方(U2i)为 横 坐 标,声 功 率(Pi)为 纵 坐 标,7.3.3.5记录的数据按公式(4)估算辐射电导G:G=1 0i=1U2iPi1 0i=1(U2i)2(4)式中Ui按公式(5)计算:Ui=Ui1+Ui2+Ui nn(5)按公式(6)计算测量值与估算值的偏差,取最大偏差作为线性偏差,线性偏差应满足5.4的规定。i=Pi-GU2iGU2i1 0 0%(6)7.4 检定结果的处理7.4.1 经检定合格的瓦级标准超声功率源出具检定证书;检定不合格的瓦级标准超声功率源出具检定结果通知书,并注明不合格的项目。7.4.2 检定证书和检定结果通知书的内页格式分别见附录A和附录B。7.4.3 瓦级标准超声功率源检定中的测量不确定度应按J J F1 0 5 9.12 0 1 2的要求评定。不确定度评定示例见附录C。7.5 检定周期瓦级标准超声功率源的检定周期不应超过1年。6J J G1 1 8 52 0 2 2附录A检定证书内页格式证书编号检 定 结 果第页 共页一、外观:二、绝缘电阻:M三、超声输出功率示值误差:标称值/W实测值/W示值相对误差/%四、工作频率:工作频率:f=MH z,频率稳定度:五、线性度最大偏差:检定环境条件:水温:空气温度:相对湿度:%静压:k P a检定依据:检定使用的计量(基)标准装置:说明:7J J G1 1 8 52 0 2 2附录B检定结果通知书内页格式证书编号检 定 结 果第页 共页一、外观:二、绝缘电阻:M三、超声输出超声功率示值误差:标称值/W实测值/W示值相对误差/%四、工作频率:工作频率:f=MH z,频率稳定度:五、线性度最大偏差:检定环境条件:水温:空气温度:相对湿度:%静压:k P a检定依据:检定使用的计量(基)标准装置:说明:应标明检定不合格的项目,并对不能继续进行检定的项目加以说明。8J J G1 1 8 52 0 2 2附录C测量不确定度评定示例 瓦级标准超声功率源声功率示值误差检定的不确定度主要由瓦级计量基准(副基准)装置和测量重复性引入。C.1 测量模型Pi=Pi-P式中:Pi 被检瓦级标准超声功率源声功率值的误差,W;Pi 被检瓦级标准超声功率源的声功率值,W;P 瓦级计量基准(副基准)装置实测值,W。C.2 合成标准不确定度计算公式各影响量的灵敏系数计算如下:c(Pi)=(Pi)(Pi)=1c(P)=(Pi)(P)=-1各分量的标准不确定度为:u1=|c(Pi)|u(Pi)=u(Pi)u2=|c(P)|u(P)=u(P)由于u1和u2互不相关,因此有:uc(Pi)=u21+u22C.3 分量的标准不确定度评定C.3.1 测量重复性引入的标准不确定度分量u1对仪器进行功率测量时由测量重复性引入的标准不确定度(u1)为A类评定。以1 0W为例,对其进行6次独立测量,测量结果为:9.8 5 W、1 0.1 1 W、1 0.0 1 W、1 0.2 3W、1 0.1 8W、9.9 5W。(1)6次独立测量结果的算术平均值为Pi=1 0.0 6W。(2)6次测量结果的实验标准偏差为s=Pi-Pin-1=0.1 4 4 W,则测量重复性引入的相对标准不确定度为:u1 r e l=sPi=1.4 3%C.3.2 测量标准装置引入的标准不确定度分量u2测 量标准装置引入的标准不确定度分量为B类评定,瓦级计量基准(副基础)装置 的相对扩展不确定度是Ur e l=3.5%,k=2,因此瓦级计量基准(副基准)引入的相J J G1 1 8 52 0 2 2J J G1 1 8 52 0 2 2对标准不确定度为u2 r e l=1.7 5%。C.4 合成标准不确定度影响瓦级标准超声功率源的各不确定度含量互不相关,不确定度来源及相对合成标准不确定度如表C.1所示。表C.1 标准不确定度分量一览表标准不确定度不确定度来源相对标准不确定度/%u1测量重复性1.4 3u2瓦级计量基准(副基准)装置1.7 5合成相对标准不确定度:uc r e l=2.2 6%合成相对标准不确定度计算式为:uc r e l=u21 r e l+u22 r e l=(1.4 3%)2+(1.7 5%)2=2.2 6%C.5 扩展不确定度取包含因子k=2,其相对扩展不确定度为:Ur e l=22.2 6%5%相对扩展不确定度取Ur e l=5%(k=2)。