數字源表（源功能）校準結果的不確定度評定

【摘 要】 本文介紹了數字源表（源功能）校準結果的不確定度評定，并以校準KEITHLEY2400數字源表為例，論述了數字源表（源功能）測量結果的不確定度評定過程。

【關鍵詞】 數字源表 合成不確定度評定 擴展不確定度評定 標準不確定度評定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.05.009

引言

數字源表（SourceMeter）是一種能輸出直流電壓、直流電流，能測量直流電壓、直流電流和電阻，并具有掃描能力（可生成I-V曲線）的電子儀器。以校準KEITHLEY2400數字源表為例，敘述數字源表（源功能）測量結果的不確定度評定過程。標準器選FLUKE8508A數字多用表。

2400數字源表的技術指標見表1，8508A數字多用表的技術指標見表2。

1 直流電壓輸出示值誤差校準結果的不確定度

1.1 不確定度來源和測量模型

源表直流電壓輸出示值誤差的測量模型可用公式（1）表示。測量結果不確定度來源包括測量重復性、數字多用表測量不準、讀數分辨率等。

（1）

式中：——源表直流電壓輸出示值誤差；

——源表輸出電壓示值；

——數字多用表測得電壓值。

1.2 標準不確定度的評定

1.2.1 測量重復性引入的標準不確定度

源表輸出1.00000V直流電壓，用數字多用表直流電壓功能進行測量。在重復性條件下，進行10次測量，結果見表3。

=1.00010V

單次試驗標準差=1.7×10-5V

測量重復性引入的標準不確定度=1.7×10-5V

1.2.2 數字多用表引入的標準不確定度

8508型數字多用表，DC2V量程測量1V的最大允許誤差為±（4.0ppm×Read+0.25ppm×Rang）=±4.5×10-6V，按均勻分布計算，由數字多用表測量不準引入的標準不確定度分量：

1.2.3 讀數分辨率引入的標準不確定度

該校準過程中，數字多用表的讀數分辨率為1×10-5V，按均勻分布計算，由讀數分辨率引入的標準不確定度分量：

分辨率引入的不確定度小于重復性引入的不確定度，忽略。

1.3 合成不確定度的評定

1.3.1 靈敏度系數

根據源表直流電壓示輸出值誤差的校準方法，以及測量模型公式（1）可得靈敏度系數：

1.3.2 標準不確定度分量匯總表

表2 源表輸出直流電壓標準不確定度匯總表

1.4 計算合成標準不確定度

由于各項標準不確定度分量之間相互獨立，所以合成標準不確定度為：

=1.8×10-5V

1.5 擴展不確定度的評定

取，則擴展不確定度=4×10-5V

2 直流電流輸出示值誤差校準結果的不確定度

2.1 不確定度來源和測量模型

源表直流電流輸出示值誤差的測量模型可用公式（2）表示。測量結果不確定度來源包括測量重復性、數字多用表測量不準、讀數分辨率等。

（2）

式中：——源表直流電流輸出示值誤差；

——源表輸出電流示值；

——數字多用表測得電流值。

2.2 標準不確定度的評定

2.2.1 測量重復性引入的標準不確定度

源表輸出1.00000mA直流電流，用數字多用表直流電流功能進行測量。在重復性條件下，進行10次測量，結果見表4。

表4 源表輸出直流電流測量結果

=1.00020mA

單次試驗標準差=3.6×10-5mA

測量重復性引入的標準不確定度=3.6×10-5mA

2.2.2 數字多用表引入的標準不確定度

8508型數字多用表，DC2mA量程測量1mA電流的最大允許誤差為±（15ppm×Read+2.0ppm×Rang）=±19×10-6mA，按均勻分布計算，由數字多用表測量不準引入的標準不確定度分量：

2.2.3 讀數分辨率引入的標準不確定度

該校準過程中，數字多用表的讀數分辨率為1×10-5mA，按均勻分布計算，由讀數分辨率引入的標準不確定度分量：

分辨率引入的不確定度小于測量重復性引入的不確定度，忽略。

2.3 合成不確定度的評定

2.3.1 靈敏度系數

根據源表直流電流輸出示值誤差的校準方法，以及測量模型公式（2）可得靈敏度系數：

2.3.2 標準不確定度分量匯總表

2.4 計算合成標準不確定度

由于各項標準不確定度分量之間相互獨立，所以合成標準不確定度為：

=3.8×10-5mA

2.5 擴展不確定度的評定

取，則擴展不確定度=1.0×10-4mA。