為了校準5500A、5502A、5520A、5522A等型號多產(chǎn)品校準器的交直流電壓、交直流電流和電阻五項主要功能，使用的標準設(shè)備必須滿足校準不確定度比率的要求，即被校儀器的不確定度與校準標準的不確定度之比率TUR至少大于 4:1 或者 3:1。

本文對這五項校準的測量不確定度的要求進行了討論分析了使用不同標準設(shè)備時的校準不確定度和不確定度比率。分析表明，要完成這五項功能的校準，需要8508A高精度數(shù)字多用表，A40B精密分流器，5790A交流電壓測量標準或者其他類似的標準儀器;在直流電壓和電阻的幾個校準調(diào)整點還需要應(yīng)用校準邊界保證(Guardbanding)技術(shù)或者使用其他的測量儀器。

一、 引言

在直流低頻電學(xué)校準實驗室，多產(chǎn)品校準器發(fā)揮著重要作用，其中，美國福祿克公司的55XX系列多產(chǎn)品校準器是應(yīng)用最廣泛的校準器。計量人員用它們檢定各類儀表，例如數(shù)字多用表，功率表，歐姆表，開關(guān)板表，記錄儀，鉗形表，示波器，熱工儀表等等。使用一臺這種校準器就可以承擔(dān)一個小型的校準實驗室的大部分校準負載。為了保證對量值的溯源性，保證校準質(zhì)量，這些校準器本身也需要定期校準溯源。 這些校準器功能多，量程寬，驅(qū)動能力強，校準溯源要求也比較高。如何可靠地校準這些校準器，保證可靠地量值溯源性，是一項技術(shù)性很強的工作。目前國內(nèi)各有些校準實驗室在校準這些校準器的工作中，還存在一些問題。有時候，其校準不確定度并不能滿足技術(shù)要求。本文對這些問題做了分析，并提出了解決方法。

二、 存在的問題

校準儀器時，有一個最基本的要求，就是要求被校儀器的不確定度遠大于校準標準的不確定度。它們之間的比率稱為不確定度比率TUR。一般要求TUR至少大于 4:1 或者 3:1。達到要求，可以開展校準或檢定;達不到要求，只能進行儀器間的比對測量。

ISO 17025 明確要求校準結(jié)果要報告測量(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(yīng)該擁有并使用固定的程序來評估測量不確定度。中國國家實驗室認可委員會 CNAS-CL07:2011《測量不確定度的要求》，要求切實執(zhí)行 ISO17025，在校準結(jié)果中逐點正確報告校準不確定度。報告不確定度就是要說明在各項校準工作中，實驗室的校準能力是否達到要求，保證校準質(zhì)量。

福祿克55XX系列校準器，包括5500A，5502A, 5520A, 5522A等多產(chǎn)品校準器，在國內(nèi)已有近兩千臺，服務(wù)于各級計量校準實驗室以及研究機構(gòu)。對于多產(chǎn)品校準器本身的量值溯源，一直是個比較困難的問題。由于目前我們國家還沒有出臺這些校準器的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，國內(nèi)各校準實驗室在校準這些校準器時，校準的方法不同，使用的標準儀器也不同，校準的水平也相差很大。

例如，下面是某校準實驗室校準5502A的校準證書的一部分：

標準名稱：高精度電壓、電流、電阻測量標準裝置

從上面證書摘錄內(nèi)容可以看出，這個《高精度電壓、電流、電阻測量標準裝置》實際上是福祿克高精度數(shù)字電壓表8508A。列出的擴展不確定度是8508A的一年總不確定度，置信度為 95%。但是，在這份校準證書中，每個測量功能只給出了一個測試點的擴展不確定度，也是該測量功能的最優(yōu)不確定度。用戶無法得知這個測量標準在其他測量點的不確定度，更無法知道在其它各個測試點是否都滿足不確定度比率的要求?？梢哉f，這種校準不確定度的報告方式不滿足國家規(guī)定，也不能滿足用戶的要求。正確的報告方式應(yīng)該全面地滿足有關(guān)規(guī)定，逐個測試點報告校準不確定度。

目前，中國計量院等國家級標準計量機構(gòu)已經(jīng)開始在校準證書中逐點報告校準不確定度了，并且此工作已經(jīng)開展了幾年。今后，國家對整個計量活動的要求更加嚴格，對標準器等級要求也會更高更嚴謹了。

三、 校準55XX系列校準器

55XX系列校準器包括新型號 5080A，5502A，5522A，以及過去的舊型號的5502A和5522A。它們的主要功能有如下幾項：

· 直流電壓 ±(0~1020) V

· 交流電壓 1.0 mV~1020 V (1Hz~1MHz)

· 直流電流 ±(0~20.5) A

· 交流電流 29 mA~20.5 A, (1Hz~1MHz)

· 電阻 0 W~1100 MW

以往，很多實驗室校準這些多產(chǎn)品校準器的方法，就是使用8508A八位半高精度數(shù)字多用表直接測量。 一臺8508A真的就能夠完成55XX系列校準器的校準嗎?我們必須對不同的型號做具體的分析。在5500A、5502A、5520A、5522A的維護手冊中，對這些儀器的校準要求和校準方法作了詳細說明。尤其是提出了各個功能的校準調(diào)整點。只有保證這些校準調(diào)整點的準確度，才能保證儀器各個功能全范圍的性能。當(dāng)檢查儀器性能時，應(yīng)該盡量包含這些校準調(diào)整點。如果發(fā)現(xiàn)校準器準確度下降，必須通過調(diào)整這些點來恢復(fù)儀器的準確度。這里，我們以準確度指標較低的5502A為例，按照5502A說明書建議的各個校準調(diào)整點，實際計算每個校準點的測量不確定度，分析用什么樣的標準設(shè)備可以校準5502A。我們會發(fā)現(xiàn)，有很多功能，尤其是電流測量功能，8508A并不能滿足校準多產(chǎn)品校準器的準確度要求。

1. 直流電壓校準

根據(jù)5502A維護說明書，5502A直流電壓除零點外，設(shè)有八個校準調(diào)整點。在各校準調(diào)整點上，我們計算出5502A的總不確定度，8508A的直流電壓測量功能的總不確定度，計算結(jié)果列于表1中。從表1可以看出，8508A直流電壓的性能非常優(yōu)異，在所有5502A直流電壓校準調(diào)整點上，5502A直流電壓的總不確定度與8508A總不確定度的比率TUR都大于7，可以滿足校準的基本要求。因此，可以用8508A的直流電壓測量功能直接校準5502A的直流電壓輸出功能。

校準之前，應(yīng)該先做好校準的準備工作。首先，所有儀器都應(yīng)該開機后預(yù)熱至足夠的時間。然后，8508A和5502A都要做儀器校零，清除零點偏移對測量結(jié)果的影響。接著，就可以進行各個測試點的校準工作了。當(dāng)5502A輸出 3V 以下的小電壓時，應(yīng)該使用低熱電勢測試導(dǎo)線，消除導(dǎo)線中熱電勢對測量結(jié)果引起的測量誤差，保證測量準確度。

雖然5520A和5522A的直流電壓輸出的不確定度比5502A要好很多，在國內(nèi)一般常校準的0.1V, 1V, 10V, 100V和1000V測試點，它和8508A的校準不確定度比率TUR仍然都大于3。但是，在生產(chǎn)廠家規(guī)定的校準調(diào)整點：3V, -3V和 30V的TUR僅為 2.2，2.7，2.7,這些測試點與8508A的直流電壓量程不匹配，是用8508A的20V量程或，200V量程測量的，測量值僅為量程的 15%，使得8508A測量不確定度大大增加。如果需要調(diào)整這些點，需要用分壓器將測量值變換為在滿量程處測量，就可以解決此問題。也可以應(yīng)用校準邊界保證(Guardbanding)技術(shù)，更嚴格地控制校準器的偏移，來滿足校準的要求。

2.電阻功能校準

5502A校準器可以輸出連續(xù)可調(diào)電阻0-1100MΩ。根據(jù)5502A說明書，5502A交流電壓設(shè)有16個校準調(diào)整點。可以用8508A直接校準5502A的各個校準調(diào)整點，可以滿足在各個校準調(diào)整點上測量不確定度的要求，校準不確定度比率都大于5?？梢杂?508A電阻功能直接校準，滿足測量不確定度的要求。表2列出了5502A的各電阻校準調(diào)整點的在校準110 kW，1.1 MW，11 MW，110 MW 四個校準點時，需要設(shè)置8508A的測量電流為LoI低電流模式，才能適合5502A電阻的工作電流范圍。在低電流模式時，8508A的測量不確定度會稍微增加，但是，校準不確定度比率仍然都大于4滿足測量不確定度的要求。

一般測量100kΩ以下的小電阻時，應(yīng)該盡量使用四線電阻的測量方法進行校準。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附加誤差，對于小電阻測量時，往往響較大。采用四線電阻測量方式，將電流激勵回路和測量電阻上的電壓降測量回路分開，測量到的電壓不受電流回路中電阻電壓降的影響，為真正的被測電阻兩端電壓，消除了測試引線及接觸電阻帶來的測量誤差。在高阻校準時，應(yīng)使用屏蔽線，降低干擾，減少環(huán)境因素對測量讀數(shù)的影響。

校準時，應(yīng)注意使用8508A的常規(guī)電阻測量功能，不要使用HiVΩ高壓電阻模式,在這種模式，測量電阻時的激勵電流是常規(guī)電阻測量模式的10倍，由此可能產(chǎn)生最高達240V的順從電壓，可能會對55xxA系列校準器電阻功能造成損壞。

另外，校準5502A的電阻功能時，最好根據(jù)測試點數(shù)值使用8508A電阻測量功能的手動量程，避免設(shè)置在自動量程時，測量儀表在尋找合適量程的同時，校準器也在尋找合適的工作電流，使得兩臺儀器不能盡快選擇到合適的量程和合適的電流范圍，而不能正常測量，長時間得不到正確的測量結(jié)果。

在校準5520A和5522A電阻功能時，在 36 MΩ，110MΩ兩個校準測試點，不確定度為1.7 和 2.7。不能滿足校準要求?？梢詰?yīng)用校準邊界保證(Guardbanding)，在校準調(diào)整時，更嚴格地控制校準器的偏移，來滿足校準的要求。

3. 交流電壓校準

根據(jù)5502A說明書，5502A交流電壓設(shè)有13個校準調(diào)整點。在各個校準調(diào)整點上，我們計算出5502A的總不確定度，8508A的交流電壓測量功能的總不確定度，計算結(jié)果列于表3中。從表3中，可以看出，8508A交流電壓的性能在多數(shù)點上不能滿足