JJG 183-2017 标准电容器-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量检定规程J J G1 8 32 0 1 7标准电容器S t a n d a r dC a p a c i t o r s 2 0 1 7-0 9-2 6发布2 0 1 8-0 3-2 6实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布标准电容器检定规程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 dC a p a c i t o r sJ J G1 8 32 0 1 7代替J J G1 8 31 9 9 2 归 口 单 位:全国电磁计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:成都开谱电子科技有限公司北京无线电计量测试研究所 本规程委托全国电磁计量技术委员会负责解释J J G1 8 32 0 1 7本规程主要起草人:戴冬雪(中国计量科学研究院)王 维(中国计量科学研究院)参加起草人:金 攀(成都开谱电子科技有限公司)李 莉(北京无线电计量测试研究所)J J G1 8 32 0 1 7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 电容(1)3.2 电容器损耗因数(1)4 概述(1)5 计量性能要求(2)5.1 示值误差(2)5.2 年稳定性(2)5.3 偏差(3)5.4 准确度等级(3)5.5 电容器损耗因数(4)6 通用技术要求(4)7 计量器具控制(4)7.1 检定条件(4)7.2 计量器具及主要配套设备的技术条件(5)7.3 检定项目(6)7.4 检定方法(6)7.5 检定结果的处理(8)7.6 检定周期(8)附录A 标准电容器频率特性的测量方法(9)附录B 测量1 0F以上标准电容器需注意的问题(1 0)附录C 检定原始记录格式(1 2)附录D 检定证书/检定结果通知书内页格式(第2页)(1 4)附录E 检定证书/检定结果通知书检定结果页式样(第3页)(1 5)J J G1 8 32 0 1 7引 言 本规程依据J J F1 0 0 12 0 1 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 0 22 0 1 0 国家计量检定规程编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示编制。本规程是对J J G1 8 31 9 9 2 标准电容器的修订。与J J G1 8 31 9 9 2相比,除编辑性修改外,本规程主要技术变化如下:增加按等别划分标准电容器准确度等级;删除某些不必要的检定项目,如温度系数、绝缘电阻等;电容器检定频率范围扩展至1MH z。本规程的历次版本发布情况为:J J G1 8 31 9 7 8;J J G1 8 31 9 9 2。J J G1 8 32 0 1 7标准电容器检定规程1 范围本规程适用于电容范围0.0 0 1p F1 0m F、频率范围2 0H z 1MH z的标准电容器的首次检定、后续检定和使用中检查。2 引用文件本规程引用了下列文件:J J F1 0 2 31 9 9 1 常用电学计量名词术语(试行)G B9 0 9 01 9 8 8 标准电容器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 电容 c a p a c i t a n c e两导体所带电荷为等量异号时,电荷的量值与该两导体间电位差的比值。在国际单位制S I中,电容的单位是法拉,F。注:1.电容的大小,既与两电极的几何形状、尺寸和相互位置有关,也与其间的电介质的电容率有关。2.工程上经常使用的电容单位有微法 拉F或皮法 拉p F。3.2 电容器损耗因数 d i s s i p a t i o nf a c t o r f o rc a p a c i t o r s电容器损耗因数即电容器的损耗角正切t a n。在交流电场中,电容器损耗功率与其贮存功率的比值为损耗因数,用来判断电容器及介质的品质。4 概述标准电容器是检定各等级电容计量器具的实物量具。根据介质材料的不同,分为气体介质和固体介质标准电容器,常用的气体介质有空气、氮气、氩气等,固体介质有石英、云母,陶瓷、有机介质材料等;根据测量引出端的不同,分为单端口同轴、三端、四端对和五端标准电容器。标准电容器的结构分为同轴型、平板型、卷绕型和多层型。常用的同轴型和平板型电容器示意图如图1所示。其中:图1(a)中,l是电极长度,d1和d2是内外电极的直径;图1(b)中,d是极板间距离。1J J G1 8 32 0 1 7(a)同轴型标准电容器(b)平板型标准电容器图1 同轴型和平板型标准电容器结构示意图标准电容器的等效电路如图2所示。其中:R是引线、支柱及电极的等效电阻;L是引线及电极的电感;C是电极间的电容及支承结构的电容之和;G是绝缘支承结构的损耗、电极间的介质损耗及直流泄漏的等效电导。图2 标准电容器的等效电路图5 计量性能要求5.1 示值误差标准电容器的示值绝对误差等于电容器标称值与实际值之差,表示为=CN-CX(1)式中:标准电容器的示值绝对误差,F;CN 标准电容器的电容标称值,F;CX 标准电容器的电容实际值,F。标准电容器的示值相对误差表示为=CX=CN-CXCX1 0 0%(2)式中:标准电容器的示值相对误差。5.2 年稳定性标准电容器的稳定性是指电容值随时间恒定的能力。在1年内,电容值发生的变化为年稳定性。通过下式计算标准电容器的年稳定性。=CX-CXCX1 0 0%(3)式中:标准电容器的年稳定性;2J J G1 8 32 0 1 7CX 本次检定电容器的电容实际值,F;CX 上次周期检定电容器的电容实际值,F。5.3 偏差标准电容器的偏差为电容实际值减去标称值,其大小等于负的示值绝对误差。标准电容器的相对偏差表示为=CX-CNCN1 0 0%(4)式中:标准电容器的相对偏差。5.4 准确度等级通过考察示值相对误差和年稳定性使用的标准电容器,用级别划分其准确度等级,主要技术指标如表1所示。表1 标准电容器定级的主要技术指标准确度级别最大允许误差年稳定性极限0.0 0 1级0.0 0 1%0.0 0 1%0.0 0 2级0.0 0 2%0.0 0 2%0.0 0 5级0.0 0 5%0.0 0 5%0.0 1级0.0 1%0.0 1%0.0 2级0.0 2%0.0 2%0.0 5级0.0 5%0.0 5%0.1级0.1%0.1%0.2级0.2%0.2%0.5级0.5%0.5%1级1%1%通过考察年稳定性使用的标准电容器,用等别划分其准确度等级,主要技术指标如表2所示。表2 标准电容器定等的主要技术指标准确度等别测量不确定度Ur e l(k=2)年稳定性极限最大允许偏差0.0 0 00 5等0.0 0 01等0.0 0 02等0.0 0 05等年稳定性极限绝对值的1/20.0 0 00 5%0.0 0 2%0.0 0 01%0.0 0 2%0.0 0 02%0.0 0 5%0.0 0 05%0.0 1%3J J G1 8 32 0 1 7表2(续)准确度等别测量不确定度Ur e l(k=2)年稳定性极限最大允许偏差0.0 0 1等0.0 0 2等0.0 0 5等0.0 1等0.0 2等0.0 5等0.1等年稳定性极限绝对值的1/30.0 0 1%0.0 1%0.0 0 2%0.0 2%0.0 0 5%0.0 5%0.0 1%0.1%0.0 2%0.2%0.0 5%0.5%0.1%1%5.5 电容器损耗因数标准电容器损耗因数范围应符合表3的规定。表3 标准电容器损耗因数范围介质材料标称值频率范围损耗因数气体介质1 0n F1 0k H z11 0-4固体介质1 0F1k H z21 0-3固体介质1 0F1m F1 0 0H z51 0-3固体介质1 0m F1 0 0H z0.3 注:1 0m F标准电容器的损耗因数包含了测量引线的影响。6 通用技术要求被检标准电容器的外壳上或说明书中应有下列信息:a)产品名称及生产厂家;b)型号及出厂编号;c)标称值及最大允许误差;d)损耗因数范围;e)电位端、电流端和屏蔽端;f)极限电压。7 计量器具控制计量器具控制可包括首次检定、后续检定和使用中检查。7.1 检定条件被检标准电容器的检定条件如表4所示。首次送检或处于定等、定级考察期间的标准电容器,其检定环境条件应满足所评定目标等级的规定。在检定之前,被检标准电容4J J G1 8 32 0 1 7器须放置的时间为:0.0 5级及以上、0.0 5等及以上的被检标准电容器在实验室放置时间不少于2 4h;其余等级的标准电容器放置时间不少于8h。表4 标准电容器的检定环境条件准确度级别准确度等别温度相对湿度/%检定频率0.0 1级及以上0.0 1等及以上(2 01)5 01 00.0 2级0.0 2等(2 02)5 01 00.0 5级;0.1级0.0 5等;0.1等(2 02)5 02 00.2级及以下(2 05)5 02 01.推荐频率:(10 0 01 0)H z;1 0F时(1 0 02)H z;2.指定频率7.2 计量器具及主要配套设备的技术条件检定用计量器具主要包括标准电容器、电容电桥或阻抗测量仪。其技术性能应满足以下要求。7.2.1 电容的扩展不确定度由检定装置、方法、环境,频率、电压、稳定性等因素引起的测量不确定度符合表5中的规定。表5 电容实际值的测量不确定度准确度级别准确度等别电容实际值的测量不确定度Ur e l(k=2)0.0 0 00 5等0.0 0 01等0.0 0 02等0.0 0 05等年稳定性极限绝对值的1/20.0 0 1级0.0 0 1等0.0 0 2级0.0 0 2等0.0 0 5级0.0 0 5等0.0 1级0.0 1等0.0 2级0.0 2等0.0 5级0.0 5等0.1级0.1等0.2级0.5级1级年稳定性极限绝对值的1/3 采用替代测量法检定标准电容器时,选择的标准电容器等级、替代测量装置(电容电桥或阻抗测量仪)的分辨力、短期稳定性等因素还要满足表6的规定。5J J G1 8 32 0 1 77.2.2 损耗因数的扩展不确定度电容器损耗因数的测量不确定度应优于损耗因数最大允许值的1/3。7.3 检定项目检定项目如表7所示。7.4 检定方法7.4.1 外观检查外观检查应符合6的要求。表6 替代测量法检定电容器的规定准确度级别准确度等别标准电容器等级替代装置的分辨力和短期稳定性0.0 0 01等0.0 0 02等0.0 0 05等0.0 0 1级0.0 0 1等0.0 0 2级0.0 0 2等0.0 0 5级0.0 0 5等0.0 1级0.0 1等0.0 2级0.0 2等0.0 5级0.0 5等 比被检电容器高1个准确度等级 比被检电容器高2个准确度等级 引入的不确定度分量小于等于被检电容器年稳定性极限绝对值的1/1 0表7 检定项目序号检定项目首次检定后续检定使用中检查1外观检查+2示值误差/偏差+3年稳定性-+-4损耗因数+-注:符号“+”表示需要检定,符号“-”表示不需检定。7.4.2 电容和损耗因数实际值的检定7.4.2.1 直接测量法a)检定装置通电预热根据使用说明书中的规定,对检定装置进行通电预热,确保其工作在最佳的测量状态下。b)设置等效电路模型、积分时间和测量次数等参数根据被检标准电容器的阻抗值大小,高阻抗值的电容器选择并联电路模型,低阻抗6J J G1 8 32 0 1 7值的电容器选择串联电路模型进行读数。c)设置检定频率和电压根据推荐频率或客户指定的频率,设置检定装置的测量频率;根据被检标准电容器工作电压范围选择测量电压。d)选择测量引线将被检标准电容器接入检定装置时,选择的测量引线应保证其屏蔽方式与检定装置一致。e)开路短路校准进行开路和短路校准(包括测量引线部分),消除分布参数对测量结果的影响。有些检定装置有专用测试线,其开路和短路参数已内置于装置内部,可省略此步骤。f)接线读数用测量引线将被检标准电容器接入检定装置(电容电桥或阻抗测量仪)。如用三端电容电桥检定三端电容器时,用两根绞绕的同轴电缆分别将电桥与电容器高端、低端相连,如图3所示。图3 直接测量法接线示意图等示值稳定后,在检定装置上读取被检标准电容器的电容和损耗因数实际值。CX=C(5)式中:C 检定装置的电容示值,F;CX 被检标准电容器的电容实际值,F。DX=D(6)式中:D 检定装置的损耗因数示值;DX 被检标准电容器的损耗因数实际值。g)计算示值误差/偏差和年稳定性获得电容实际值后,代入公式(2)、公式(4)和公式(3)计算出被检标准电容器的示值相对误差(或相对偏差)和年稳定性。再根据计算结果为被检标准电容器定等级。7.4.2.2 替代测量法a)e)按照7.4.2.1的a)e)操作。f)接线读数7J J G1 8 32 0 1 7依次将作为标准用的标准电容器和被检标准电容器接入替代装置进行测量,如图4所示(为减少回路的面积,两根同轴电缆最好绞绕)。(a)接标准电容器(b)接被检电容器图4 替代测量法接线示意图待示值稳定,读取替代装置上的电容示值,再按下列公式算出被检标准电容器的电容实际值。CX=CS+(Cb-Ca)(7)式中:CS 标准电容器的电容实际值,F;CX 被检标准电容器的电容实际值,F;Ca 标准电容器的示值,F;Cb 被检标准电容器的示值,F。g)计算示值误差/偏差和年稳定性获得电容实际值后,代入公式(2)、公式(4)和公式(3)计算出被检标准电容器的示值相对误差(或相对偏差)和年稳定性。再根据计算结果为被检标准电容器定等级。7.5 检定结果的处理7.5.1 数据处理根据数据修约规则和测量不确定度对检定数据进行处理。判断被检标准电容器是否合格,以处理后的测量结果为依据。7.5.2 检定证书和检定结果通知书7.5.2.1 依据本规程的项目进行检定,满足全部技术指标要求,且连续三次周期检定后的标准电容器给予定准确度等级。7.5.2.2 标准电容器的各项技术指标经过连续三次以上周期检定,均符合所定准确度等级的要求时,判定该标准电容器为合格,发给检定证书。7.5.2.3 检定不合格的标准电容器,发给检定结果通知书,并注明不合格项目。不合格的标准电容器,允许降等级使用,但必须满足所定等级的全部技术指标要求。7.6 检定周期标准电容器检定周期一般不超过1年。8J J G1 8 32 0 1 7附录A标准电容器频率特性的测量方法A.1 测量串联等效电感法在某一频率范围内,标准电容器(如有些同轴或平板结构的气体电容器)的串联等效电感是固定值时,可采用网络分析法或谐振法测量其电感值,在远小于谐振频率的情况下,按以下公式计算各频率下的电容实际值:CX=C1k H z(1+2L C1k H z)(A.1)式中:L 标准电容器的串联等效电感值,H;C1k H z 1k H z时标准电容器的电容实际值,F;CX 不同频率下标准电容器的电容实际值,F。A.2 直接测量法在选定的频率下,用检定过的宽频电容电桥或阻抗测量仪直接测量被检标准电容器的频率特性。A.3 替代测量法用已知频率特性的标准电容器与被检标准电容器相比较,从而确定被检标准电容器的频率特性,所用替代测量装置应满足频率范围、短期稳定性、分辨力等要求。9J J G1 8 32 0 1 7附录B测量1 0F以上标准电容器需注意的问题 1 0F以上的标准电容器(简称高值电容器)分为两种:实物电容器和模拟电容器。实物电容器通常是由多只云母、聚碳酸脂、聚苯硫醚或陶瓷等介质材料的电容器并联而成,按本规程予以定等定级;模拟高值电容器是由感应分压器或多只电阻电容元件组合而成的等效高值电容,容量可达1 F,可参照本规程进行校准,不适合定等定级。高值电容器的电容实际值与使用频率、工作电压有关,受引线阻抗、引线间互感影响较大。因此,在检定中必须注意以下几个方面。B.1 检定和使用频率的规定检定频率应与使用频率一致。B.2 测试电压高值电容的量值与使用电压有关,应在规定的电压下检定和使用。B.3 四端或四端对的测量方法为了减小引线阻抗和引线间互感影响,应采用四端测量或四端对的测量方法,还要消除引线间的互感耦合,推荐的测量方法如下。B.3.1 用成直角的两对绞合线连接,如图B.1所示。图B.1 用成直角的两对绞合线连接B.3.2 用无定向同轴电缆连接(两端口),如图B.2所示。B.3.3 四端对连接目前,低阻抗的最佳测量方法是按四端对阻抗的定义进行测量。用四端对方法测量时,连接电容器的四根同轴电缆,其芯、皮电流大小相等且方向相反,可有效消除互感耦合的影响。对于四端对结构的电容器,直接接到四端对测量仪器上进行测量;对于五端结构的电容器,为近似保证按四端对阻抗定义进行测量,要在靠近电容器侧,用导线把屏蔽短接为一点后接CX的外壳,如图B.3所示。01J J G1 8 32 0 1 7图B.2 用无定向结构连接图B.3 四端对阻抗测量仪测量五端电容器B.4 关于模拟高值电容的校准方法模拟高值电容并不是传统的四端结构,其高电位引线与高电流引线不能有短接点,如图B.4所示。因此,对模拟高值电容不能用电阻比例器的经典电桥测量,需要用电压回路与电流回路分离的测量线路测量。(a)四端结构的实物高值电容(b)用I V D实现的模拟高值电容图B.4 实物高值电容与模拟高值电容的结构示意11J J G1 8 32 0 1 7附录C检定原始记录格式标准电容器检定原始记录格式(直接测量法)送检单位:温度:相对湿度:仪器名称:生产厂:型号:出厂编号:技术指标:标准装置名称:标准装置的扩展不确定度:检定依据:检定结论:直接测量法检定数据电容标称值损耗范围电容实际值损耗实际值示值误差或偏差年稳定性 检定频率:检定日期:年月日有效期至:年月日检定员:核验员:21J J G1 8 32 0 1 7标准电容器检定原始记录格式(替代测量法)送检单位:温度:相对湿度:仪器名称:生产厂:型号:出厂编号:技术指标:标准装置名称:标准装置的扩展不确定度:检定依据:检定结论:替代法检定数据电容标称值损耗因数范围标准电容器被测电容器电容实际值电容示值电容示值损耗因数示值电容实际值损耗因数实际值示值误差或偏差年稳定性 检定频率:检定日期:年月日有效期至:年月日检定员:核验员:31J J G1 8 32 0 1 7附录D检定证书/检定结果通知书内页格式(第2页)证书编号-检定机构授权说明检定环境条件及地点:温度地 点相对湿度%其 他检定使用的计量(基)标准装置名 称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差计量(基)标准证书编号有效期至检定使用的标准器名 称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差检定/校准证书编号有效期至第页 共页41J J G1 8 32 0 1 7附录E检定证书/检定结果通知书检定结果页式样(第3页)E.1 检定证书第3页证书编号 -检 定 结 果表1电容标称值电容实际值损耗实际值示值误差或偏差年稳定性符合等级 检定频率:。以下空白第页 共页51J J G1 8 32 0 1 7E.2 检定结果通知书第3页证书编号 -检 定 结 果表1电容标称值电容实际值损耗实际值示值误差或偏差年稳定性 检定频率:不符合项:以下空白第页 共页61J J G1 8 32 0 1 7