JJF 1243-2010 高声压传声器校准器校准规范.PDF
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1、謦孑芦中华人民共和国国家计量技术规范j 1 F1 2 4 3 - - 2 0 1 0高声压传声器校准器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rH i g hP r e s s u r eM i c r o p h o n eC a l i b r a t o r s2 0 1 0 一0 1 0 5 发布2 0 1 0 0 4 0 5 实施国家质量监督检验检疫总局发布高声压传声器校准器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rH i g hP r e s s
2、u r eM i c r o p h o n eC a l i b r a t o r s54525J J F1 2 4 3 2 0 1 025252本规范经国家质量监督检验检疫总局于2 0 1 0 年1 月5 日批准,并自2 0 1 0 年4 月5 日起施行。归口单位:全国声学计量技术委员会主要起草单位:衡阳衡仪电气有限公司中国计量科学研究院甘肃省计量研究院参加起草单位:中国船舶重工集团公司第七零一研究所本规范由全国声学计量技术委员会负责解释本规范主要起草人:刘湘衡( 衡阳衡仪电气有限公司)谭家腾( 衡阳衡仪电气有限公司)陈剑林( 中国计量科学研究院)鲁光军( 甘肃省计量研究院)参加起草人:
3、伍颖梅( 衡阳衡仪电气有限公司)朱传焕( 中国船舶重工集团公司第七零一研究所)刘方雄( 中国船舶重工集团公司第七零一研究所)J J F1 2 4 3 2 0 1 0目录1 范围2 引用文献3 术语和计量单位3 1 术语和定义3 2 计量单位4 概述5 计量特性5 1 声压插入电压常数5 2 声压插入电压常数的线性误差5 3 声压级频率响应5 4 插入电压频率响应5 5 总失真-6 校准条件6 1 环境条件6 2 主要标准器及其他设备7 校准项目和校准方法7 1 校准项目7 2 校准方法8 校准结果表达8 1 校准记录8 2 校准数据处理8 3 校准证书8 4 校准结果的测量不确定度9 复校时间
4、间隔附录A 校准记录的内容附录B 校准证书的内容附录C 不确定度的评定实例) ;) ) ; ,11 1222222223444 加加加加U 坨坫埔( ;( ( ( ( ( ( ;( ( v v v ( ( ( ;J J F1 2 4 3 _ 一2 0 1 0高声压传声器校准器校准规范1 范围本规范规定了采用电磁激励原理的高声压传声器校准器的计量特性、校准条件和校准方法。本规范适用于采用电磁激励原理的高声压传声器校准器( 以下简称校准器) 的校准。2 引用文献本规范引用下列文献:G B T3 1 0 2 5 1 9 9 3电学和磁学的量和单位G B T3 1 0 2 7 1 9 9 3 声学的量
5、和单位J J F1 0 0 1 1 9 9 8 通用计量术语及定义J J F1 0 3 4 - - 2 0 0 5 声学计量名词术语及定义J J F1 0 5 91 9 9 9 测量不确定度评定和表示J J G1 7 6 2 0 0 5 声校准器检定规程J J G1 8 8 2 0 0 2 声级计检定规程使用本规范时,应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3 术语和计量单位3 1 术语和定义本规范采用J J F1 0 0 11 9 9 8 、J J F1 0 3 4 - - 2 0 0 5 和J J G1 8 82 0 0 2 中有关的及以下术语和定义。3 1 1 插入电压i n s e r
6、tv o l t a g e激励电流在插入校准器驱动线圈回路中的取样电阻上的端电压。3 1 2 声压一插入电压常数p r e s s u r e - i n s e r tv o l t a g ec o n s t a n t校准器耦合腔中的声压与取样电阻上插入电压之比。3 1 3 总失真t o t a ld i s t o r t i o n所有失真分量的方均根值与整个信号的方均根值之比的百分数。3 2 计量单位本规范采用G B T3 1 0 2 5 1 9 9 3 和G B T3 1 0 2 7 1 9 9 3 中规定的量和单位。4 概述校准器通常由带有活塞的声压激励器和耦合腔所组成,电
7、磁激励器驱动活塞运动,在一个小体积( 高声阻抗) 的封闭的耦合腔中产生很高的声压( 最高可达1 7 2d B ) 。由1J J F1 2 4 3 2 0 1 0于耦合腔中的声压主要取决于活塞面积和电磁系统所产生的力,而这个力正比于驱动线圈中的电流,保持电流恒定,就可在耦合腔中得到稳定的声压级。通常在驱动线圈回路中插入一个取样电阻,该电阻上的电压正比于激励电流,通过测量该电压就可得到耦合腔中的电压。高声压传声器校准器的耦合腔通常具有两个开口,通过适配器,可插入不同尺寸的传声器,可用直接法或比较法在很高的声压级( 一般为1 1 4d B 1 6 4c l B ) 下,在低频段( 一般为3H z 至
8、3 0 0H z ) 测量传声器的灵敏度、频率响应、失真及线性度。5 计量特性5 1 声压插入电压常数校准器的声压一插入电压常数一般为2 0P a m V ,在频率为9 5H z ,声压级为1 2 4d B时的误差一般不超过0 3d B 或3 5 。5 2 声压插入电压常数的线性误差频率为9 5H z 时,声压级在1 1 4d B 至1 6 4d B 范围内,以1 2 4d B 为参考,校准器声压一插入电压常数的线性误差一般不超过0 3d B 或3 5 o 。5 3 声压级频率响应校准器耦合腔中的声压级具有平直的频率响应,在其有效频率范围内( 一般为3H z 至3 0 0H z ) ,以9 5
9、H z 为参考,频率响应一般优于1 0d B 。5 4 插入电压频率响应校准器的插入电压具有平直的频率响应,在其有效频率范围( 一般为3H z 至3 0 0H z ) 内,以9 5H z 为参考,频率响应一般优于1 0d B 。5 5 总失真校准器的总失真一般不超过2 o 。注:由于校准无需作出合格与否的判定,因此上述技术指标仅供参考。6 校准条件6 1 环境条件6 1 1 参考环境条件校准器的参考环境条件如下:一空气温度为2 3 。C ;相对湿度为5 0 ;气压为1 0 1 3 2 5k P a 。6 1 2 校准环境条件校准器应在以下环境条件下校准:空气温度为( 2 0 2 6 ) 。C
10、;相对湿度为( 3 0 9 0 ) ;一一气压为1 8 0 1 0 5 ) k P a背景噪声的声压级不超过7 0d B ;2J J F1 2 4 3 2 0 1 0一不存在影响测量的机械振动与电磁干扰。6 2 主要标准器及其他设备a ) 标准传声器L S l P 型或L S 2 P 型实验室标准传声器,在3 1 5H z 至lk H z 频率范围内,开路声压灵敏度级的测量不确定度不应大于0 0 5d B ( 一2 ) ,1 0H z 至3 1 5H z 频率范围内不应大于0 1 5d B ( 一2 ) ,2H z 至1 0H z 频率范围内不应大于0 3 5d B 一2 ) 。b ) 监测传
11、声器监测传声器应为声压型的高声级测量传声器,频率范围的下限不应高于4H z ,线性范围上限不应低于1 7 2d B 。在频率低于1 5 0H z ,声压级不大于1 5 4d B 时的总失真不应大于0 2 ;声压级大于1 5 4d B ,小于1 6 4d B 时的总失真不应大于0 5 o 。c ) 测量放大器测量放大器应具有平直的频率响应,以1k H z 为参考,在2H z 至2 0k H z 的频率范围内,频率响应的测量不确定度为0 2d B ( 女一2 ) ;总失真不应大于0 1 。在校准期问,测量放大器整机灵敏度的改变量不应超过0 0 2d B 。d ) 声频信号发生器声频信号发生器的频率
12、范围为2H z 至2 0k H z ,输出电压范围应可满足校准要求;以1k H z 为参考,其辐频特性应优于0 2d B ;总失真不应大于0 1 ,校准期间的幅值稳定度应优于0 0 2d B 。e ) 数字电压表在1 0H z 至2 0k H z 的频率范围内,交流电压的最大允许误差不应超过0 2 ,在3H z 至1 0H z 的频率范围内不应超过1 o H ;直流电压的最大允许误差不应超过0 1 。f ) 数字频率计在2H z 至2 0k H z 的频率范围内,测量频率或周期的最大允许误差不应超过0 1 。g ) 前置放大器在2H z 至2 0k H z 的频率范围内,频率响应的测量不确定度
13、应优于0 2d B ( 一2 ) ;总失真不大于0 1 ,在校准期间的稳定度应优于O 0 1d B 。h ) 失真度测量仪在2H z 至2 0k H z 的频率范围内,失真度测量误差应优于满量程的1 0 。i ) 功率放大器在3H z 至3 0 0H z 的频率范围内,功率输出能力不应小于7 5V A ,全功率输出时的总失真不应大于0 2 。j ) 气压计在校准的环境条件下,气压计的最大允许误差优于O 2k P a 。k ) 温度计在校准的环境条件下,温度计的最大允许误差优于0 2 。C 。1 ) 湿度计3J J F1 2 4 3 2 0 1 0在校准的环境条件下,湿度计的最大允许误差优于4
14、。7 校准项目和校准方法7 1 校准项目校准器的校准项目见表i 。实验室应根据高声压传声器校准器的型号及客户的要求,选择校准其中的适用项目。表1 校准器校准项目一览表编号项目名称技术要求的条款号校准方法的条款号l声压插入电压常数5 17 2 22声压一插入电压常数的线性误差5 27 2 33声压级频率响应5 37 2 44插入电压频率响应5 47 2 55总失真5 57 2 67 2 校准方法7 2 1 校准前检查目视检查高声压传声器校准器的外观,不应有影响校准工作正常进行的缺陷。7 2 2 声压插入电压常数7 2 2 1 测量装置校准器的声压插入电压常数的测量装置如图1 所示。声频信号发生器
15、( 1 ) 为校准器提供激励信号,经功率放大器后接至校准器的“信号发生器”插座。数字电压表( 1 ) 连接在校准器“电压表”插座上,用于测量校准器的插入电压,该电压比例于校准器的激励电流。校准器耦合腔内的声压级由标准传声器测量,经前置放大器送至测量放大器的“前置放大器”输入端口,声频信号发生器( 2 ) 接至测量放大器的“直接输入”端口。数字电压表( 3 ) 连接在测量放大器的交流( 或直流) 输出端口。注:数字频率计( 1 ) 和数字频率计( 2 ) 可使用同一台数字频率计;数字电压表( 1 ) 和数字电压表( 2 ) 可使用同一台数字电压表一4数字频率计( 1 )褰耋嚣H 功率放大器发生器
16、( 1 ) ll 。前置放大器标准传声器校准器测量放大器H 数气警表差翌蠡H 数气电2 产表发生器( 2 ) lll( )i嚅同中雾图1 声压插入电压常数测量装置示意图7 2 2 2 测量步骤校准器的声压一插入电压常数的测量步骤如下:a ) 传声器的安装将标准传声器安装在前置放大器匕,插入校准器耦合腔的一个开口中,使用L S l P型实验室标准传声器时,应卸下其保护栅;使用L S 2 P 型实验室标准传声器时,应配套使用适当的适配器。用前置放大器哑头堵住耦合腔的另一个开E l 。用弹簧轭组件固定好装有标准传声器的前置放大器和前置放大器哑头,确保弹簧轭组件所产生的力大于作用在传声器及其耦合腔适配
17、器上声压所产生的力。b ) 预调按图1 所示连接测量装置,在接通电源之前,应将功率放大器的增益控制电位器置于最小增益的位置,电流限值开关置于不超过校准器最大输入电流的挡位上。按各仪器使用说明书的要求进行预调。c ) 平均声压级的测量测量装置预热后,将测量放大器置于内校位置,调节其“前置放大器输入”和“直接输人”的灵敏度,使其增益相同,并观察数字电压表( 3 ) ,应有相同的示值。然后将测量放大器置于适当的量程上,使用F 时间计权,频率响应置于“线性”挡。将校准器激励信号源( 声频信号发生器( 1 ) ) 的信号频率置于9 5 H z ,调节其信号幅度或功率放大器的增益,使耦合腔中的声压级为所要
18、求的值。先将测量放大器置于“前置放大器输入”,测量校准器耦合腔中的声压级,读取并记录数字电压表( 3 ) 的示值L 乙。然后将测量放大器置于“直接输入”,将声频信号发生器( 2 ) 的信号频率置为9 5H z ,调节其输出信号的幅度,使数字电压表( 3 ) 的示值u 。与先前相同,从数字电压表( 2 ) 上读取并记录声频信号发生器( 2 ) 的输出电压u :,按式( 1 ) 将此电压值转换为用分贝表示的值L 。k = 2 0 1 9 熹( 1 )式中:L 。一声压级,d B ;U 测量放大器的输入电压,V ;U 。参考电压,U ,一l t , V 。上述过程重复3 次,并计算耦合腔声压级的算术
19、平均值。每一次重复均应包括标准传声器与校准器的重新耦合与分离。d ) 插入电压的测量在测量耦合腔声压级的同时,用数字电压表( 1 ) 测量校准器“电压表”插座上的电压U 1 :,并计算3 次测量的算术平均值u - 。e ) 标准传声器的开路声压灵敏度的修正应根据使用说明书提供的环境条件修正方法,将标准传声器在参考条件下的开路声压灵敏度级修正到实际校准环境时的开路声压灵敏度级。也可利用式( 2 ) 进行修正:L 。- - L p 。+ 郇( P1 0 1 3 ) + 口。( T 一2 3 )( 2 )5J J F1 2 4 3 2 0 1 0式中:L 。实际校准环境条件下标准传声器的开路声压灵敏
20、度级,d B ;L 。一一参考环境条件下标准传声器的开路声压灵敏度级,d B ;a 。一气压修正系数,d B k P a ;a 。温度修正系数,d B ;p 实际校准时的气压,k P a丁、_ 一实际校准时的温度,。注:对B K4 1 6 0 型标准传声器,气压修正系数和温度修正系数a 。可分别取为一o 0 1 6d B k P a和- - 0 0 0 3c l B ;对B K4 1 8 0 型标准传声器,可分别取为- - 0 0 0 7d B k P a 和一o 0 0 2d B C 。按式( 3 ) 计算标准传声器的开路声压灵敏度修正值:k 。一一2 6 一L 。( 3 )式中:标准传声器
21、的开路声压灵敏度修正值,d B ;L 。实际校准环境条件下标准传声器的开路声压灵敏度级,d B 。f ) 气压修正量环境气压可能会影响耦合腔中的声压级,必要时,应根据使用说明书提供的方法或修正量,将在实际校准环境条件下测得的声压级修正到在参考环境条件下的声压级。g ) 标准传声器前腔体积的修正校准器产生的声压级与耦合腔体积( 包括传声器的前腔等效体积及热传导附加体积) 有关,必要时,应根据使用说明书提供的方法进行腔体积修正。h ) 声压级的修正由步骤c ) 求得的算术平均声压级,在按式( 4 ) 修正后,可得到修正后的声压级:L 。= L ,+ + 1 9 + 女+ 声( 4 )式中:L 。修
22、正后的声压级,d B ;L p 算术平均声压级,d B ;标准传声器的开路声压灵敏度级修正值,d B ;口前置放大器的传输损失,d B ;龇气压修正量,d B ;声标准传声器前腔体积修正量,d B 。i ) 计算耦合腔中的声压按式( 5 ) 计算校准器耦合腔中的声压:p 一1 0 。o “,P o( 5 )式中:p 校准器耦合腔中的声压,P a ;L 。修正后的声压级,d B ;P o 基准声压,P o = 2 0 “P a 。j ) 计算声压插入电压常数根据由步骤i ) 得到的耦合腔中的声压和由步骤d ) 得到的插入电压平均值,按式( 6 ) 计算校准器的声压一插入电压常数:6J J F1
23、2 4 3 2 0 1 0F 兰( 6 )U 1式中:c 校准器的声压一插入电压常数,P a m V ;声校准器耦合腔中的电压,P a ;U I 校准器插入电压的算术平均值,m V 。7 2 3 声压一插入电压常数的线性误差7 2 3 1 测量装置校准器的声压一插入电压常数线性误差的测量装置如图2 所示。声频信号发生器的输出经功率放大器接至校准器的“信号发生器”插座,数字电压表接在校准器的“电压表”插座上;监测传声器的信号经前置放大器接至测量放大器的“前置放大器”输入端口。图2 声压一插入电压常数线性误差测量装置不意图7 2 3 2 测量步骤校准器声压一插入电压常数线性误差的测量步骤如下:a
24、) 如7 2 2 2 a ) 所述,安装好传声器。b ) 如7 2 2 2 b ) 所述预调仪器,然后将测量放大器置于适当的量程上,使用F 时间计权,频率响应置于“线性”挡。c ) 将声频信号发生器的信号频率置于9 5H z ,调节其信号幅度或功率放大器的增益,使耦合腔中的声压级为1 2 4d B ,记录数字电压表的示值U 1 。d ) 保持声频信号发生器的信号频率不变,分别将耦合腔中的声压级调节为1 1 4d B 、1 3 4d B 、1 4 4d B 、1 5 4d B 和1 6 4d B ,记录数字电压表对应于各个声压级时的示值U 1 。e ) 分别按式( 5 ) 和式( 6 ) 计算对
25、应于各声压级的声压和声压一插入电压常数。f ) 按式( 7 ) 计算相对于1 2 4d B 的以百分数表示的声压一插入电压常数的线性误差:A c I 一土兰1 0 0( 7 )C 。式中:c 。,- 以百分数表示声压一插入电压常数的线性误差;矗一声压级为1 2 4d B 时的声压插入电压常数,P a m V ;C i 声压级为其他值时的声压一插入电压常数,P a m V 。7 2 4 声压级频率响应7J J F1 2 4 3 2 0 1 07 2 4 1 测量装置校准器耦合腔中声压级频率响应的测量装置如图3 所示。声频信号发生器的输出经功率放大器接至校准器的“信号发生器”插座;标准传声器的信号
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