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一、引言
在直流低頻電學校準實驗室，多產品校準器發揮著重要作用，例如福祿克的5500系列多產品校準器。這種校準器一臺就是一個小型的校準實驗室，幫助工程技術人員檢定各類儀表，例如數字多用表，記錄儀，功率表，歐姆表，板表，鉗形表，示波器，熱工二次儀表等等。對于校準器本身的性能，也需要定期檢查和校準，以保障日常工作的可信度。 本文闡述了福祿克55XX系列校準器溯源問題，尤其是一直受困擾的電流溯源問題。
二、現狀
福祿克校準器在國內有數千臺，服務于各級計量校準實驗室以及研究機構，對于校準器本身的量值溯源，一直是個比較復雜的問題。目前我們國家還沒有出臺校準器相應的檢定規程或校準規范，校準器的檢定/校準有些實驗室依據原廠說明書進行，有些參考類似儀器例如過程校驗儀的校準規范。校準水平參差不齊。
隨著校準實驗室能力的提高和技術水平的不斷改進，以及更高等級新儀器新設備開發面世，校準器本身的溯源要求更加規范和嚴格。要求逐點報告測量不確定度，顯然一臺儀器設備不一定滿足所有測試點的校準要求，需要多臺設備組成的校準系統來幫助完成。
ISO 17025 明確要求報告校準不確定度。校準實驗室或測試實驗室做所有校準測量時，應該擁有并使用固定的程序來評估測量的不確定度。中國國家實驗室認可委員會 CNAS 最近要求確實執行 ISO17025，在校準結果中正確報告校準不確定度，目的是說明本實驗室的校準能力是否達到 TUR比率≥3的要求。
如下是某實驗室校準8508A的校準證書：
以上看出，每個校準項目只給出了一個典型點的測量不確定度，送檢單位無法判斷這是測量系統最優點的不確定度，還是最差點的不確定度。無法確信每個測試點是否都滿足準確度的要求。
目前，中國計量院等國家級標準計量機構已經開始在校準證書中逐點報告測量不確定度了，并且此活動已經展開幾年。由此來看，對整個測量活動的要求更加嚴格，對標準器等級要求更高更嚴謹了。滿足逐點報告測量不確定度需要提升設備能力，不能期望用一臺高精度儀器滿足所有校準的要求。
三、校準器溯源
我們以使用量最大的FLUKE?5500A和5520A校準器舉例，來看一下具體的校準項目和實施過程。?5500A/5520A最主要的校準項目有如下幾項。
? 直流電壓
? 交流電壓
? 直流電流
? 交流電流
? 電阻
以往，很多實驗室校準5500A/5520A用最簡單的方法，就是使用8508A八位半高精度數字多用表直接測量。操作雖然簡單，但實際計算每個校準點的測量不確定度，我們會發現有些參數，尤其是電流測量不能滿足對標準器的準確度要求。
下面，我們逐一闡述一下五大項目的校準方法。
1. 直流電壓（以5500A為例）
5500A直流電壓輸出從330mV量程至1050V，8508A的直流電壓測量功能可滿足3倍的準確度關系，可以直接測量。
| 5500A校準點（V） | 5500A年指標 | 8508A年指標 | TUR |
| 3 | 0.0052% | 0.00043% | 11.9 |
| -3 | 0.0048% | 0.00043% | 11.1 |
| 0.3 | 0.0070% | 0.00433% | 16.1 |
| 30 | 0.0052% | 0.00058% | 8.8 |
| 300 | 0.0057% | 0.00062% | 9.1 |
| 1000 | 0.0057% | 0.00050% | 11.4 |
表1 8508A校準5500A 的直流電壓
校準之前，儀器按照要求預熱足夠的時間，8508A和5500A都要進行校零工作，清除零點對測量結果的影響。一般校準5500A輸出 3V 以內的小電壓時，建議使用低熱電勢測試導線，以消除接觸點熱電勢不平衡對測量結果帶來的測量誤差，從而進一步提高測量準確度。
另外校準5500A的-1000V輸出接線時，8508A輸入高低端不可以反接。這是由于8508A的電壓輸入低端最高承受電壓為920V，壞。超過此電壓輸入可能會對電路造成不同程度的損壞。
2. 交流電壓（以5500A為例）
5500A交流電壓輸出指標采用8508A不能滿足指標要求，幾個主要校準點以表2舉例說明。例如：5500A輸出0.3V，100Hz的交流電壓年指標為：0.017%，而8508A年指標為0.013%，TUR比率僅為1.3，不能滿足3倍以上的準確度要求。校準5500A交流電壓可以使用準確度更高的5790A。5790A是一個高準確度的交流電壓測量標準，它既有熱電轉換標準的優異準確度，又有數字多用表易于使用的特點。
| 5500A校準點（V） | 頻率 | 5500A年指標 | 8508A年指標 | TUR |
| 0.03 | 100Hz | 0.035% | 0.011% | 3.13 |
| 0.3 | 100Hz | 0.017% | 0.013% | 1.30 |
| 0.3 | 500kHz | 0.223% | 7.667% | 0.03 |
| 3.2999 | 100Hz | 0.017% | 0.013% | 1.34 |
| 30 | 100Hz | 0.017% | 0.013% | 1.29 |
表2 8508A直接校準5500A 的交流電壓
校準5500A的交流電壓時，測試導線可使用普通的導線，高頻時測試導線越短越好，以減少信號的衰減。
同樣在校準前，也應注意對5500A進行正確的校零。
3. 電阻功能（以5500A為例）
5500A校準器可以輸出連續可調電阻0-330MΩ，校準時可采用8508A，滿足準確度的要求。
一般輸出100kΩ以下的小電阻時，建議使用四線電阻的測量方式進行校準。 這是由于兩線電阻測量時，測試引線電阻和接觸電阻會帶來一定的附加誤差。對于小電阻測量時，不能忽略。采用四線電阻測量方式，將電流激勵回路和被測電阻上電壓測量分開，測量到的電壓為真正的被測電阻兩端電壓。從而消除了測試引線及接觸電阻帶來的測量誤差。
采用8508A作為標準器校準時，另外應注意應使用8508A的 Ω 測量功能，不要使用HiVΩ ，防止測試電壓過高對校準器造成損壞。
另外校準5500A的電阻功能時，8508A應根據測試點使用電阻測量功能的手動量程，避免反復進行量程切換而無法得到正確測量結果。
4. 電流功能（以5520A為例）
校準器電流溯源問題一直是個難題。
利用高精度數字多用表電流測量功能直接檢定，方法簡單，是一般電流源的常規校準方法。數字多用表的電流測量功能，一般是內置分流器，被測電流流過已知分流器，通過監測分流器兩端電壓，從而測得輸入電流。 而一般數字多用表體積有限，內置分流器一般都做的比較小，一是準確度不是很高，二是空間有限，散熱效果比較差，溫度系數比較大。因此數字表測電流的準確度都不是很好。
我們以Fluke5520A校準器舉例來說。電流輸出的準確度指標比較高。直接用數字多用表校準，我們知道8508A標準數字多用表的電流量程是200uA，2mA，20mA，直至20A量程，和5520A的電流校準點不是很匹配，誤差較大，不能滿足3倍以上準確度要求，因此測量不確定度比較大，我們以表3舉例說明。
8508A直接測量5520A交流電流TUR，如表3所示：
| 5520A校準點 | 頻率 | 5520A年指標 | 8508A年指標 | TUR |
| 0.3mA | 1kHz | 0.158% | 0.117% | 1.3 |
| 3 mA | 1kHz | 0.105% | 0.117% | 0.9 |
| 30 mA | 1kHz | 0.0467% | 0.116% | 0.4 |
| 300 mA | 1kHz | 0.0467% | 0.153% | 0.3 |
| 2.9A | 1kHz | 0.129% | 0.175% | 0.7 |
表3 8508A直接校準5520A 交流電流
我們再用A40B+8508A做電流測量標準，來看看達到的效果，以下表說明。TUR比率可以實現3:1甚至更高，測量結果的不確定度大大降低，實現了可靠的校準。
A40B+8508A校準5520A交流電流達到的TUR比率，如表4所示：
| 5520A校準點 | 5520A年指標 | A40B+8508A | TUR |
| 300uA，1kHz | 0.158% | 0.0158% | 10 |
| 3mA，1kHz | 0.105% | 0.0151% | 7 |
| 30mA，1kHz | 0.0467% | 0.0124% | 3.7 |
| 300mA，1kHz | 0.0467% | 0.0125% | 3.7 |
| 2.9A，1kHz | 0.129% | 0.0112% | 11 |
表4 A40B+8508A校準5520A 交流電流
A40B配合5790A交流電壓測量標準可以實現更好的性能，TUR比率如表5所示：
A40B+5790A校準5520A交流電流實現TUR，以表5所示：
| 5520A校準點 | 5520A年指標 | A40B+5790A（ppm） | TUR |
| 300uA，1kHz | 0.158% | 64 | 24 |
| 3mA，1kHz | 0.105% | 42 | 25 |
| 30mA，1kHz | 0.047% | 41 | 11 |
| 300mA，1kHz | 0.047% | 43 | 11 |
| 2.9A，1kHz | 0.129% | 45 | 29 |
表5 A40B+5790A校準5520A 交流電流
由上述可知，Fluke A40B配合 高精度電壓測量裝置8508A或5790A是實現校準器電流溯源的理想解決方案。
四、 總結
任何一個規范的校準過程，測量不確定度非常重要，他代表了本次測量結果的可信度如何，是考察一個校準實驗室能力的重要指標。ISO17025明確提出校準過程要逐點報告測量不確定度。因此，為了對5500A/5520A等校準器實現規范的校準，需用一系列標準器來完成，例如：8508A，A40B，5790A等。單獨一臺儀器是無法保證每項參數校準的不確定度要求的。
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