示波器电流探头校准规范

　　一、范围

　　本规范适用于频带宽度不大于 200MHz 的示波器电流探头的校准。对于频带宽度大于 200MHz 的示波器电流探头，可参照本规范进行校准。

　　二、概述

　　示波器电流探头作为示波器的重要附件之一，在探头的测量端装有一个电流感应变换器，它解决了电流的时域测量问题，因而在科研试验和工程测试上被广泛使用。在电流探头的量程规范内，导线周围的磁通场被转换成线性电压输出，可以在示波器或其它测量仪器上显示和分析线性电压输出。它能够同时测量直流和交流电流，具有高精度、高带宽、高分辨率的特性，响应时间达到 ns 级别，可准确快速捕捉电流波形。

　　三、校准条件

　　(一)环境条件

　　温度：(20±5)℃。

　　相对湿度：不大于 75%。

　　周围无影响测量的电磁干扰和机械振动。

　　(二)测量标准及其他设备

　　标准电流源：输出电流范围应覆盖被校电流探头的测量范围，输出电流准确度应优于被校电流探头准确度的 1/3。例如，若被校电流探头交直流测量准确度为 ±3%，则标准电流源的准确度应优于 ±1% 。且标准电流源的稳定度和调节细度应满足校准要求。

　　数字多用表：用于测量电流探头输出电压，其直流电压测量准确度应优于被校电流探头直流增益误差的 1/3。比如，被校电流探头直流增益误差为 ±1%，数字多用表直流电压测量准确度应优于 ±0.33% 。数字多用表的分辨率应能满足测量要求。

　　示波器：带宽应大于被校电流探头带宽的 1.5 倍。例如，被校电流探头带宽为 100MHz，示波器带宽应大于 150MHz 。示波器的垂直灵敏度准确度应优于被校电流探头直流增益误差的 1/3。

　　连接线：连接标准电流源、电流探头和测量仪器的连接线应具有良好的电气性能，其引入的误差应可忽略不计。

　　四、校准项目及校准方法

　　(一)外观及工作正常性检查

　　外观检查：观察电流探头的外壳、标识、连接插头等应无损坏、变形，标识应清晰、完整。检查探头的开合机构应灵活，铁芯应无明显磨损、变形。

　　工作正常性检查：将电流探头与示波器正确连接，接通电源，观察示波器是否能正确识别电流探头。在无电流输入时，观察示波器显示的基线应稳定，无明显漂移和杂波。

　　(二)直流衰减系数校准

　　连接标准电流源与电流探头，将电流探头的输出连接到数字多用表。

　　设置标准电流源输出一个稳定的直流电流值(I_{s})，例如选择 1A 的直流电流 。

　　读取数字多用表测量的电流探头输出电压值(U_{o})。

　　根据电流探头的标称直流衰减系数(K_{d})，计算理论输出电压值(U_{t}=I_{s}×K_{d}) 。

　　直流衰减系数误差(delta_{d})计算公式为：(delta_{d}=frac{U_{o}-U_{t}}{U_{t}}×100%)

　　(三)交流电流校准

　　频率按 1kHz 或被校仪器说明书要求设定。设置标准电流源输出频率为(f)(如 1kHz)的正弦交流电流，电流有效值为(I_{rms})(可选择被校电流探头量程的 50% 左右，如探头量程为 0 - 10A，可设置(I_{rms})为 5A )。

　　将电流探头与示波器连接，观察示波器上显示的交流电流波形，调节示波器的垂直灵敏度和时基，使波形显示清晰、稳定。

　　读取示波器测量的交流电流有效值(I_{o})。

　　交流电流校准误差(delta_{a})计算公式为：(delta_{a}=frac{I_{o}-I_{rms}}{I_{rms}}×100%)

　　(四)直流电流校准

　　连接标准电流源与电流探头，将电流探头的输出连接到数字多用表。

　　逐渐增加标准电流源输出的直流电流值，从 0 开始，以适当的步长(如量程的 10% )递增，直至达到被校电流探头的满量程，记录每个电流值下数字多用表测量的电流探头输出电压值。

　　根据电流探头的标称直流衰减系数，计算对应每个电流值的理论输出电压值，绘制实际输出电压值与理论输出电压值的关系曲线。

　　直流电流校准误差以曲线上最大偏差点的误差表示，误差计算方法同直流衰减系数误差计算方法。

　　(五)频带宽度校准

　　连接标准电流源与电流探头，将电流探头的输出连接到示波器。

　　设置标准电流源输出一个幅度恒定的正弦交流电流，频率从直流开始逐渐增加。

　　观察示波器上显示的电流波形，当电流波形的幅度下降到直流时幅度的 0.707 倍(即 - 3dB)时，此时标准电流源的输出频率即为电流探头的频带宽度。

　　(六)上升时间校准

　　连接标准电流源与电流探头，将电流探头的输出连接到示波器。

　　设置标准电流源输出一个快速上升的脉冲电流信号。

　　观察示波器上显示的脉冲电流波形，测量从脉冲幅度的 10% 上升到 90% 所需的时间，即为电流探头的上升时间。

　　五、校准结果表达

　　校准证书应给出校准结果，包括各校准项目的测量值、示值误差、不确定度等信息。对于合格的电流探头，应给出校准结论为 “合格”;对于不合格的电流探头，应给出不合格项目及具体情况。

　　六、复校时间间隔

　　建议复校时间间隔为 1 年。使用单位可根据实际使用情况和测量设备的稳定性，适当调整复校时间间隔，但最长不超过 2 年。在使用过程中，如果发现电流探头出现异常或对测量结果有怀疑时，应及时进行校准。

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