间接标准电流源法校准数字式静电计直流电流的测量不确定度评定

【摘要】 间接标准电流源法作为JJF 1726-2018《数字式静电计校准规范》中直流电流的校准方法。当直流标准电流源无法满足校准需求时，常用的该校准方法校准直流微弱电流。本文介绍了间接标准电流源法校准数字式静电计直流电流的测量不确定度评定方法与评定实例，为评定数字式静电计直流电流的测量不确定度提供参考。

【关键词】 直流电流;间接标准电流源;不确定度评定

Abstract： The indirect standard current source method is used as the calibration method of DC current in JJF 1726-2018 Calibration Specification for Digital Electrometers. When the DC standard current source cannot meet the calibration requirements，this calibration method is used to calibrate the weak DC current.This paper introduces the measurement uncertainty evaluation method and evaluation example of indirect standard current source method for calibrating DC current of digital electrometers，which provides a reference for evaluating the measurement uncertainty of the DC current of digital electrometers.

Key words： DC current;indirect standard current source;uncertainty

数字式静电计主要由高输入阻抗、低输入偏置电流的静电放大器和不同的反馈网络组成。其中电流测量一般是利用高值反馈电阻，将微电流转换成电压。数字式静电计常用于如光电倍增管和电离室输出的电流以及诸如半导体、质谱仪中的微弱电流测量。本文以Keithley6517B为测量对象，测量2nA量程下的1nA直流电流值，其分辨力达到0.1pA。利用多功能标准源以及标准高值电阻器对其进行不确定度评定。

1 测量原理

1.1 测量依据

JJF 1726-2018《数字式静电计校准规范》。

1.2 测量设备

测量设备由多功能标准源、标准高值电阻器组成。

1.3 环境条件

环境温度：（20±2） ℃;相对湿度：40%～60%;供电电源：电压（220±22） V，频率（50±1） Hz。

1.4 校准方法

校准数字式静电计直流电流1nA测量值采用间接标准电流源，将多功能标准源与标准高值电阻器以及被校数字式静电计利用低噪声同轴线缆按照图1方式接线。

其中标准高值电阻器选取100GΩ，多功能标准源输出100V直流电压值。读取数字式静电计测量的电流值作为显示值。利用多功能标准源输出的直流电压值以及标准高值电阻器阻值换算为间接电流值作为标准值。

2 测量模型及不确定度传播率

2.1 测量模型

被校数字式静电计的示值误差为[ΔIx]可表示为：

3 标准不确定度的评定

3.1 由多功能标准源输出直流电压引入的标准不确定度分量[uUn]

用B类标准不确定度方法评定，由多功能标准源的说明书给出置信概率95%时，直流电压量程220 V，一年绝对不确定度为5×10-6输出值+40 μV，且置信因子k=1.96。因此：

3.2 由標准高值电阻器引入的标准不确定度分量[uRn]

该不确定度分量含3个参数，分别用B类标准不确定度方法评定，为使模型简化，将每个参数分别评定后合成一个不确定度分量。

3.2.1 由标准高值电阻器上级传递引入的标准不确定度分量[uRn1]

标准高值电阻器校准证书给出：100 GΩ的扩展不确定度[UrelRn1=0.050%]，[k=2]。所以标准不确定度分量为：

3.2.2 由标准高值电阻器年稳定度引入的标准不确定度分量[uRn2]

根据每年标准高值电阻器校准证书值可知100 GΩ年稳定度为±5×10-5;假定其满足均匀分布，[k=3]，其标准不确定度分量为：

3.2.3 由标准高值电阻器温度变化引入的标准不确定度分量[uRn3]

标准高值电阻器100 GΩ温度影响系数为50×10-6/℃，认为其满足均匀分布，[k=3]，其标准不确定度分量为：

3.3 由被校数字式静电计引入的标准不确定度[uIx]

3.3.1 由被校数字式静电计的重复性引入的标准不确定度分量[uIx1]

用A类标准不确定度方法评定。由被校数字式静电计测量的电流值数据如表1所示。

3.3.2 由被校数字式静电计的有限分辨力引入的标准不确定度分量[uIx2]

用B类标准不确定度方法评定，被校数字式静电计在示值为1 nA时的分辨率为0.0001 nA，设为均匀分布，包含因子[k=3]，按半宽计算：

4 合成标准不确定度的评定

4.1 主要标准不确定度汇总

主要标准不确定度汇总如表2所示：

6 结语

本文介绍了间接标准电流源法校准数字式静电计直流电流的校准方法和校准过程并以校准1nA直流电流为例给出了测量不确定度的评定过程。满足JJF1726-2018《数字式静电计校准规范》的要求，为数字式静电计直流电流的校准和不确定度的评定提供借鉴。

【参考文献】

[1] 倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国质检出版社，2016.

[2] 数字式静电计校准规范：JJF 1726-2018[S].

[3] 数字多用表校准规范：JJF 1587-2016[S].

[4] 测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].

【作者简介】魏天舒（1988-），男，工程师，硕士，研究方向为电磁学计量。