高压探头校准规程​

一、目的

本规程旨在规范高压探头的校准操作，确保其测量结果的准确性、可靠性与一致性，满足相关测试与测量任务的精度要求，降低因探头性能偏差导致的测量误差风险，为高压电气参数测量提供坚实保障。

二、适用范围

本规程适用于各类用于测量高电压信号的探头，包括但不限于示波器高压探头、高压差分探头等，涵盖不同品牌、型号与规格，只要其核心功能为高压信号检测，均应参

照本规程执行校准作业。

三、校准依据

相关国家标准，如 GB/T 5095 系列《电子设备用机电元件 基本试验规程及测量方法》，明确了电子测量元件的通用测试标准与方法。

行业标准，例如 IEC 61010 系列《测量、控制和实验室用电气设备的安全要求》，针对电气测量设备的安全与性能规范做出详细规定。

高压探头制造商提供的产品说明书、技术手册，其中包含特定型号探头的技术参数、校准要求与操作指南等关键信息。

四、校准环境条件

1. 温度：校准过程应在（23±5）℃的环境温度范围内进行。温度波动过大会影响探头内部电子元件的性能，进而导致测量偏差。例如，温度升高可能使电阻值增大，影响分压比例，造成测量电压值不准确。

2. 湿度：相对湿度需控制在≤80% RH。高湿度环境可能引发探头表面结露，导致绝缘性能下降，甚至出现漏电现象，干扰测量结果，严重时损坏探头及相关测量设备。

3. 电磁干扰：校准区域应无强电磁场干扰，远离大型电机、变压器、无线发射基站等干扰源。强电磁场会在探头测量回路中感应出额外的电动势，叠加在被测信号上，造成测量波形畸变、数值异常。建议电磁屏蔽等级达到 EN 55011 Class B 标准，确保测量环境的电磁兼容性。

4. 电源条件：供电电源电压应为（220±11）V，频率为（50±1）Hz，且电压稳定性良好，无明显电压波动与谐波干扰。不稳定的电源会影响校准设备的正常工作，如使信号发生器输出信号频率漂移、幅值不稳定，进而影响校准精度。

五、校准设备及要求

1. 精密直流电压源：用于校准直流电压衰减比，其电压输出范围应能覆盖高压探头的测量量程，精度需高于被校准探头精度等级至少一个数量级。例如，若高压探头直流测量精度为 ±1%，则直流电压源精度应达到 ±0.1% 及以上，以确保校准源的误差对测量结果影响可忽略不计。

2. 高频信号发生器：产生校准所需的不同频率信号，频率范围需全面覆盖探头的工作频率区间。输出信号的频率准确度、幅度稳定性应满足高精度校准要求，如频率准确度达到 ±0.01%，幅度平坦度在 ±0.1dB 以内，保证在不同频率点校准的准确性。

3. 功率计：实时监测信号发生器的输出幅度，确保校准过程中信号幅值稳定。功率计的测量精度应满足校准需求，能够准确测量微小的信号幅度变化，及时发现信号发生器输出异常，为校准提供稳定可靠的信号源保障。

4. 示波器：用于观测和测量探头输出信号，其带宽应大于被校准探头标称带宽的 2 倍。例如，若高压探头带宽为 100MHz，示波器带宽应至少为 200MHz，这样可有效避免示波器自身带宽限制对测量结果的影响，确保准确捕捉探头输出的高频信号细节，保证测量精度。同时，示波器的垂直分辨率、测量精度等指标也应满足校准要求，能够精确测量信号的幅值、时间参数等。

5. 校准夹具：用于安全、稳固地连接探头与校准设备，确保连接可靠、接触良好，减少接触电阻引入的测量误差。夹具的设计应符合探头与校准设备的接口规格，具备良好的电气性能与机械稳定性。

6. 多用途表或高精度数字万用表：辅助验证校准结果，其电压测量精度应满足校准精度要求，用于测量参考电压值，与探头测量结果进行比对，确认校准准确性。

六、校准人员要求

校准人员应具备相关专业知识，熟悉高压探头的工作原理、结构组成、性能参数以及测量误差产生机制。了解电学、电磁学等基础知识，能够理解和运用校准依据中的标准与规范。

经过专业的校准培训，掌握高压探头校准的操作流程、方法与技巧，熟悉校准设备的使用方法、参数设置及维护要点。具备实际操作经验，能够熟练完成校准过程中的连接线路、设置参数、采集数据、分析处理等各项任务。

严格遵守校准操作规程与安全规范，具备良好的职业素养与责任心，确保校准数据的真实性、准确性与完整性，在校准过程中认真记录每一个数据与操作细节，对校准结果负责。

七、校准项目

1. 外观及工作正常性检查：

外观检查：仔细查看探头外壳是否有破损、裂纹、变形等物理损伤，连接线缆是否有磨损、开裂、裸露导线等情况，各接口是否有损坏、变形，标识是否清晰完整。任何外观缺陷都可能影响探头的电气性能与安全性，如外壳破损可能导致内部元件暴露，易受外界干扰与损坏；线缆磨损可能引发短路或断路故障。

功能检查：将探头连接到正常工作的信号源与示波器上，施加适当的测试信号，观察示波器显示的波形是否正常，测量值是否合理。检查探头的衰减切换功能是否正常，切换不同衰减档位时，测量结果应符合相应的衰减比例关系。例如，切换到 100:1 衰减档位，测量 100V 信号，示波器显示应为 1V。若功能异常，需排查故障原因，修复后方可进行校准。

2. 直流电压衰减比校准：

通过精密直流电压源施加一系列不同的直流电压值，覆盖高压探头的整个直流测量量程，如选取 0V、100V、500V、1000V 等典型值。

测量探头的输入电压（即直流电压源输出电压）与输出电压（通过示波器测量探头输出端电压），计算实际衰减比。衰减比计算公式为：衰减比 = 输入电压 / 输出电压。

将计算得到的实际衰减比与探头标称衰减比进行比较，计算衰减比误差。误差计算公式为：衰减比误差 = （实际衰减比 - 标称衰减比） / 标称衰减比 × 100%。

衰减比误差应在探头技术指标规定的允许范围内，例如，某高压探头标称衰减比为 1000:1，允许误差为 ±1%，则实际测量衰减比应在 990:1 至 1010:1 之间。若超出允许范围，需对探头进行调整或维修。

3. 频率响应校准：

使用高频信号发生器产生不同频率的正弦波信号，频率范围从探头的最低工作频率到最高工作频率，按一定频率间隔选取校准点，如 1kHz、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz 等。

在每个校准频率点，保持信号发生器输出幅度恒定，测量探头的输出电压。

以频率为横坐标，以探头输出电压相对幅度（相对于某一参考频率点的输出电压幅度）为纵坐标，绘制频率响应曲线。

理想情况下，频率响应曲线应在探头规定的工作频率范围内保持平坦，即输出电压相对幅度波动在允许范围内。例如，某高压探头规定在 1MHz 至 100MHz 频率范围内，输出电压相对幅度波动应在 ±3dB 以内。若频率响应曲线超出允许波动范围，表明探头在该频率段的频率响应性能不佳，需进行补偿调整或进一步检查故障。

4. 上升时间校准（如适用）：

对于用于测量快速变化信号（如脉冲信号）的高压探头，需进行上升时间校准。使用标准的快速上升沿信号源（如阶跃信号发生器）产生具有已知上升时间的信号。

将该信号输入到高压探头，通过示波器测量探头输出信号的上升时间。上升时间定义为信号从幅度的 10% 上升到 90% 所需的时间。

测量得到的上升时间应符合探头技术指标规定的要求。例如，某高压探头标称上升时间为 5ns，则实际测量上升时间应在 5ns± 一定误差范围内（如 ±0.5ns）。若上升时间超出允许范围，会影响探头对快速信号的测量准确性，导致信号波形失真，需对探头进行校准或维修。

5. 共模抑制比校准（针对高压差分探头）：

输入共模电压信号，即同时在高压差分探头的两个输入端施加大小相等、相位相同的电压信号。

使用示波器测量探头的输出电压，共模抑制比（CMRR）计算公式为：CMRR = 20log（共模输入电压 / 共模输出电压）。

计算得到的共模抑制比应满足探头技术规格书中规定的数值。例如，某高压差分探头标称共模抑制比为 80dB，则实际测量得到的共模抑制比应不低于 75dB（考虑一定测量误差）。共模抑制比反映了探头抑制共模干扰信号的能力，若共模抑制比过低，在实际测量中会引入较大的共模噪声，影响测量结果准确性。

八、校准步骤

1. 准备阶段：

选择符合要求的校准源和仪表设备，将所有设备搬运至校准环境中，放置在稳固、绝缘的工作台上。

按照设备使用说明书，对校准设备进行通电预热，预热时间应满足设备技术要求，一般示波器预热 15 - 30 分钟，信号发生器预热 10 - 20 分钟，确保设备达到稳定工作状态，减少因设备温度变化导致的测量误差。

使用专用连接线缆，将高压探头、校准设备（如精密直流电压源、高频信号发生器、示波器等）按正确的电气连接方式连接起来。确保连接牢固可靠，避免松动、接触不良，否则会引入接触电阻，影响测量精度，甚至可能导致设备损坏或测量数据异常。例如，探头与示波器的 BNC 接口应采用推挽式锁紧结构，确保接触阻抗＜0.1Ω；接地环需与示波器机壳实现等电位连接，保证良好的接地效果，减少电磁干扰。

检查高压探头的供电端口（如有），确保供电电压稳定，如为 12V DC 供电，需使用万用表测量供电电压，其值应在 12V± 一定误差范围内（如 ±0.5V）。

2. 设定校准参数：

根据校准需求，设置校准源的信号类型（如直流、正弦波、方波等）、幅值、频率等参数。例如，进行直流电压衰减比校准时，设置精密直流电压源输出不同的直流电压值；进行频率响应校准时，设置高频信号发生器输出不同频率、幅度恒定的正弦波信号。

调整示波器至适当量程和触发方式。根据预期测量信号的幅值范围，选择合适的示波器垂直量程，确保信号能够在示波器屏幕上完整、清晰地显示，且测量精度满足要求。触发方式应根据信号特点选择，如对于周期性信号，可选择边沿触发；对于单次信号，可选择单次触发等。同时，设置示波器的耦合模式为 DC 耦合（直流耦合），以准确测量包含直流分量的信号；输入阻抗设为与探头匹配的值，通常为 1MΩ±1%，确保测量准确性；垂直灵敏度根据测量需求合理设置，如进行高压测量时，可设置为 10V/div 等；若探头具有衰减比例设置，需将示波器上的衰减比例设置与探头实际衰减比例一致，如探头衰减比例为 1000:1，则示波器相应设置为 1000:1。

3. 进行校准测量：

记录原始数据，在施加校准信号前，记录示波器的初始读数、环境参数（如温度、湿度）等原始信息，以便后续分析数据时参考。

按照设定的校准参数，施加校准信号。例如，在校准直流电压衰减比时，依次将精密直流电压源输出的不同直流电压值接入高压探头输入端；在校准频率响应时，依次将高频信号发生器输出的不同频率正弦波信号接入探头。

观察并记录示波器显示的波形和测量值。仔细观察波形是否正常，有无失真、畸变等情况。读取示波器测量得到的信号幅值、频率、上升时间等参数，并准确记录在校准记录表中。对于每个校准点，应进行多次测量（一般 3 - 5 次），取平均值作为测量结果，以减小测量随机误差。

4. 计算误差并调整：

根据测量值与设定值之间的差异，计算各项校准参数的误差，如直流电压衰减比误差、频率响应误差、上升时间误差等，计算公式如前文所述。

若误差超出允许范围，根据探头的校准程序进行调整。对于一些具有校准调节装置的探头，如具有低频补偿螺丝（LOW FREQ COMP）、高频补偿电容等，可使用专用工具（如防静电无感调节工具）进行调整。例如，在校准低频响应时，若观察到波形过冲，可逆时针微调低频补偿螺丝（步进 5°）；若波形欠补偿，可顺时针微调。调整后，需再次进行测量，直至误差满足要求。若经过多次调整仍无法达到误差要求，可能是探头存在故障，需进一步检查维修，如检查探头内部的分压电阻是否老化、电容是否失效、电路连接是否松动等。

5. 验证校准结果：

在完成所有校准项目并调整误差至合格范围后，需对校准结果进行验证。可选择一些未在校准过程中使用过的标准信号值（如直流电压源输出一个中间值电压、高频信号发生器输出一个未校准过的频率点信号），输入到高压探头，再次测量并记录示波器显示的结果。

将验证测量结果与标准值进行比较，计算误差，误差应在允许范围内。若验证结果不合格，需重新检查校准过程中的各个环节，如校准设备连接是否松动、参数设置是否正确、调整操作是否到位等，找出问题并解决后，重新进行校准与验证，直至校准结果满足要求。

九、校准周期

一般情况下，建议高压探头的校准周期为一年。在此期间，探头经过长期使用，其内部电子元件可能会因老化、温度变化、电气应力等因素影响，导致性能逐渐漂移，定期校准可及时发现并纠正偏差，保证测量准确性。

若高压探头使用频繁（如每周使用时间超过 20 小时），或者使用环境较为恶劣（如高温、高湿、强电磁干扰环境），应适当缩短校准周期，可每半年校准一次。频繁使用会加速元件老化，恶劣环境会对探头性能产生更严重的影响，缩短校准周期有助于及时掌握探头性能变化，确保测量结果可靠。

在进行高压测量（超过探头额定电压的一定比例，如 80%）后，应立即检查校准状态。高电压可能对探头内部的绝缘性能、分压电路等造成潜在损伤，影响测量精度，及时检查校准状态可发现潜在问题，避免在后续测量中产生错误结果。若发现测量结果异常或怀疑探头性能受影响，应随时进行校准。

若高压探头经过维修或更换关键部件（如分压电阻、电容、放大器等），维修后必须进行校准，以验证探头性能是否恢复到正常水平，确保维修后的探头能够准确测量高压信号。

十、校准结果处理

1. 校准证书：校准完成后，校准人员应出具校准证书。校准证书应包含校准机构名称、地址，被校准高压探头的名称、型号、编号、生产厂家，校准依据、校准环境条件、校准设备信息（包括设备名称、型号、编号、校准证书编号、有效期等），校准项目及结果（各项校准参数的测量值、误差计算结果、是否符合技术要求等），校准日期、校准人员签名、审核人员签名等内容。校准证书应格式规范、内容完整、数据准确，作为证明高压探头校准状态的有效文件。

2. 合格标识：对于校准结果符合技术要求的高压探头，在校准证书出具后，应在校准合格的高压探头上粘贴合格标识。合格标识应清晰标注校准日期、下次校准日期、校准证书编号等信息，以便于使用者直观了解探头的校准状态与有效期，确保在有效期内正确使用探头进行测量。

3. 不合格处理：若高压探头校准结果不合格，校准人员应在报告中详细说明不合格项目及误差情况。对于可调整修复的问题，如衰减比偏差、频率响应不佳等，应按照维修流程进行维修调整，维修后重新校准，直至合格。对于无法修复或修复成本过高的不合格探头，应予以报废处理，防止其继续流入测量环节，影响测量结果准确性。同时，应对不合格原因进行分析总结，如是否因使用不当、长期超量程工作、环境因素影响等导致，以便采取相应预防措施，避免类似问题再次发生。

十一、注意事项

安全操作：高压探头用于测量高电压信号，在校准过程中存在触电风险。操作前，必须确保所有设备正确接地，操作人员应佩戴符合安全标准的 5kV 绝缘手套及护目镜套装，避免直接接触高压部分。在校准连接和断开校准源时，务必确保电源已关闭或处于安全状态，防止电击事故发生。若使用的高压探头带有电源供电，需检查电源的电气安全性，避免漏电。对于设备断电后可能残留高压的情况，如一些高压电容存储的电荷，应根据设备断电后残留电压衰减方程：V (t)=V0×e^(-t/RC)，建议静置时长＞CR 时间常数 5 倍值，实测放电时长应不低于 300 秒，确保残留电压衰减到安全范围后再进行操作。

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