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冲击测量用数字记录仪的校准研究

郭彬彬 王晓飞

郭彬彬,王晓飞. 冲击测量用数字记录仪的校准研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(8): 61-68 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0203
引用本文: 郭彬彬,王晓飞. 冲击测量用数字记录仪的校准研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(8): 61-68 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0203
GUO Binbin, WANG Xiaofei. Calibration Research of Digital Recorders for Impulse Measurements[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(8): 61-68. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0203
Citation: GUO Binbin, WANG Xiaofei. Calibration Research of Digital Recorders for Impulse Measurements[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(8): 61-68. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0203

冲击测量用数字记录仪的校准研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0203
基金项目: 北京市自然科学基金面上项目(4192024)。
详细信息
    作者简介:

    郭彬彬(1999-),北京信息科技大学在读研究生,研究方向:大电流技术,邮箱:guobinbin2021@163.com

    通讯作者:

    王晓飞(1965-),北京信息科技大学教授,研究方向:生物医学检测技术及仪器,邮箱:wangxiaofei@bistu.edu.cn

  • 中图分类号: TB973

Calibration Research of Digital Recorders for Impulse Measurements

  • 摘要: 为保障冲击电压和冲击电流测量系统的准确可靠,探究和量化冲击用数字记录仪对于冲击测量结果的影响,数字记录仪量程的选择对于测量结果产生的影响以及系统的评价数字记录仪性能。介绍了冲击用数字记录仪的校准方法和校准步骤,阐述了冲击用数字记录仪的校准原理,论证了校准装置的技术指标和校准可行性。提出量程选择对数字记录仪影响的试验方案,并在此基础上展开了实验论证。以商用高精度数字记录仪PXI-5124、PXIe-5164和PXIe-5172进行试验,试验结果表明,量程对于测量误差的影响呈现规律性。对于同一电压,数字记录仪使用的量程越大,其峰值误差越大,时间参数误差越小。分析并给出了三台数字记录仪在峰值和时间参数测量中,表现较好的量程。给出了数字记录仪的不确定度计算方法,在0.84/60波形下,对PXIe-5164的10V量程进行不确定度评定,其中Ut的扩展不确定度(k=2)为0.15%;T1的扩展不确定度(k=2)为2.1%;T2的扩展不确定度(k=2)为0.51%。实质性地评价了数字记录仪的性能和测量特性,对冲击测量系统中数字记录仪的不确定度值贡献成分进行了评定,完善了冲击测量系统理论与应用需求。
  • 图  1  脉冲发生器的典型等效电路和校准器头

    Figure  1.  Typical equivalent circuit and calibrator heads of pulse generator

    图  2  冲击测量软件的设置和采集界面

    Figure  2.  Setup and acquisition interface for impulse measurement software

    图  3  校准系统的组成框图和实物图

    Figure  3.  Block diagram and physical layout of the calibration system

    图  4  10V量程下不同试验电压测试结果

    Figure  4.  Test results at different voltages under a 10V range

    图  5  相同试验电压下不同量程测试结果

    Figure  5.  Test results of different ranges under

    图  6  数字记录仪测试结果

    Figure  6.  Test results of digital recorders

    表  1  各数字记录仪参数

    Table  1.   Parameters of each digital recorder

    参数型号 PXI-5124 PXIe-5164 PXIe-5172
    d/MHz 150 400 100
    ƒs/(MS/S) 200 1000 250
    N/bit 12 14 14
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    表  2  各数字记录仪峰值误差

    Table  2.   Peak error of each digital recorder %

    极性 波形 PXI-5124 PXIe-5164 PXIe-5172
    1.56/60 0.03 −0.02 −0.08
    0.84/60 0.11 −0.15 −0.11
    1.56/60 0.08 −0.10 −0.04
    0.84/60 0.04 −0.26 −0.16
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    表  3  各数字记录仪时间误差

    Table  3.   Time error of each digital recorder %

    极性 波形 PXI-5124 PXIe-5164 PXIe-5172
    T1 T2 T1 T2 T1 T2
    1.56/60 −0.46 0.17 −0.61 −0.27 −0.32 −0.21
    0.84/60 −0.73 −0.13 −0.92 −0.34 −0.83 −0.32
    1.56/60 −0.25 0.05 −0.52 −0.17 −0.34 −0.25
    0.84/60 −0.89 −0.18 −0.94 −0.22 −0.72 −0.36
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    表  4  输入范围和垂直偏移范围

    Table  4.   Input range and vertical offset range V

    PXI-5124PXIe-5164PXIe-5172
    Input Range (V p-p ) / Vertical Offset Range (V)
    0.2±0.10.25±50.2±0.5
    0.4±0.20.5±50.7±0.5
    1±0.51±51.4±0.5
    2±12.5±105±4.5
    4±25±1010±4.5
    10±510±1040±20
    20/25± 50800
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    表  5  峰值误差多次测量结果

    Table  5.   Multiple measurement results of peak error

    测量序号 校准仪峰值/V 记录仪峰值/V 测量误差/V
    1 9.9846 9.9602 0.2446
    2 9.9846 9.9660 0.1871
    3 9.9846 9.9755 0.0909
    4 9.9846 9.9656 0.1906
    5 9.9846 9.9744 0.1025
    6 9.9846 9.9660 0.1870
    7 9.9846 9.9679 0.1679
    8 9.9846 9.9736 0.1101
    9 9.9846 9.9769 0.0769
    10 9.9846 9.9725 0.1214
    平均值 9.9846 9.9709 0.1372
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    表  6  测量不确定度分量

    Table  6.   Components of measurement uncertainty

    不确定度分量 T1/μs T2/μs
    u1 0.00025 0.011
    u2 0.0003 0.003
    u3 0.0084 0.15
    u4 0.00042 0.03
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-10
  • 录用日期:  2023-09-21
  • 修回日期:  2023-10-11
  • 网络出版日期:  2023-10-31
  • 刊出日期:  2023-08-18

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