中华人民共和国国家计量检定规程
JJG868—2024
毫瓦级标准超声功率源检定规程
VerificationRegulationofStandardUltrasonicPowerSourcesfor
MilliWatt-level
2024-10-19发布2025-04-19实施
国家市场监督管理总局 发布
毫瓦级标准超声功率源检定规程
VerificationRegulationofStandardUltrasonic
PowerSourcesforMilliWatt-level
?????????????
?????
?????????????
??????
?
?
?
JJG868—2024
代替JJG868—1994
归口单位:全国声学计量技术委员会
起草单位:中国计量科学研究院
本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释
JJG868—2024
本规程起草人:
朱 岩(中国计量科学研究院)
邢广振(中国计量科学研究院)
田 琦(中国计量科学研究院)
JJG868—2024
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语和计量单位……………………………………………………………………… (1)
3.1 计量单位…………………………………………………………………………… (1)
3.2 术语及定义………………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (2)
5 计量性能要求………………………………………………………………………… (2)
5.1 绝缘电阻…………………………………………………………………………… (2)
5.2 工作频率…………………………………………………………………………… (2)
5.3 超声输出功率……………………………………………………………………… (2)
5.4 线性偏差…………………………………………………………………………… (2)
6 通用技术要求………………………………………………………………………… (2)
6.1 标志………………………………………………………………………………… (2)
6.2 外观和供电………………………………………………………………………… (2)
7 计量器具控制………………………………………………………………………… (3)
7.1 检定条件…………………………………………………………………………… (3)
7.2 检定项目…………………………………………………………………………… (4)
7.3 检定方法…………………………………………………………………………… (4)
7.3.1 通用技术要求…………………………………………………………………… (4)
7.3.2 绝缘电阻………………………………………………………………………… (4)
7.3.3 超声输出功率…………………………………………………………………… (4)
7.3.4 工作频率………………………………………………………………………… (6)
7.3.5 线性偏差………………………………………………………………………… (6)
7.4 检定结果的处理…………………………………………………………………… (6)
7.5 检定周期…………………………………………………………………………… (6)
附录A 检定证书的内页格式………………………………………………………… (7)
附录B 检定结果通知书的内页格式………………………………………………… (8)
附录C 测量不确定度的评定示例…………………………………………………… (9)
Ⅰ
JJG868—2024
引 言
JJF1001—2011 《通用计量术语及定义》、JJF1002—2010 《国家计量检定规程编写
规则》、JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成制定本规程的基础性
系列规范。
本规程代替JJG868—1994 《毫瓦级标准超声源检定规程》。与JJG868—1994相
比,主要技术变化为:
a)增加了术语和计量单位;
b)将超声功率源频率范围由(0.5~10)MHz,修改为(0.5~25)MHz;
c)增加了工作频率稳定度、线性偏差的检定方法;
d)增加了不确定度评定。
本规程历次版本发布情况为:
———JJG868—1994。
Ⅱ
JJG868—2024
毫瓦级标准超声功率源检定规程
1 范围
本规程适用于频率范围为(0.5~25)MHz、超声功率在(1~500)mW 范围内的
毫瓦级标准超声功率源的首次检定、后续检定和使用中检查。
2 引用文件
本规程引用了下列文件:
JJF1001 通用计量术语及定义
JJF1034—2020 声学计量术语及定义
JJF1059.1 测量不确定度评定与表示
GB/T3102.7 声学的量和单位
GB/T3947—1996 声学名词术语
GB/T7966 声学 超声功率测量 辐射力天平法及其要求
IEC61161 超声 超声功率测量 辐射力天平法及性能要求(Ultrasonics—Power
measurement—Radiationforcebalancesandperformancerequirements)
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规程;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程。
3 术语和计量单位
3.1 计量单位
本规程采用GB/T3102.7规定的量和单位。
3.2 术语及定义
JJF1001、JJF1034—2020和GB/T3947—1996界定的及以下术语和定义适用于本
规程。
3.2.1 超声输出功率 ultrasonicoutputpower
在规定条件下和规定媒介中(优选为水),超声换能器向近似为自由场中发射的时
间平均超声功率。
符号:P 。
注:超声输出功率单位为瓦特(W)。
3.2.2 超声换能器 ultrasonictransducer
将其他形式的能量转换成超声信号或能量,或将超声信号或能量转换成其他形式能
量的器件。
3.2.3 辐射电导 radiationconductance
声输出功率与换能器输入电压的方均根值平方之比。用于表征超声换能器电声转换
的特性。
1
JJG868—2024
符号:G。
注:辐射电导的单位为西[门子](S)。
3.2.4 靶 target
经特殊设计的可以(截取)插入超声场的用来测量辐射力的器件。
3.2.5 声辐射力 acousticradiationforce
作用于声场中的物体上不包括声冲流作用的由声场引起的时间平均力;或更为一般
的定义是,排除声冲流作用,出现在两个不同声学特性的媒质界面或在一个衰减媒质声
场中的时间平均作用力。
注:声辐射力的单位为牛[顿](N)。
4 概述
毫瓦级标准超声功率源是一种超声功率传递标准,是已知声功率输出的单频连续波
超声源。它能复现一组标准超声功率量值,用于基准和副基准之间的量值比对,也可用
于超声功率量值从基准或副基准传递到毫瓦级超声功率计标准装置。
毫瓦级标准超声功率源可以由信号发生器、功率放大器、标准超声换能器、阻抗匹
配器和高频数字电压表(或高频电压测量装置)组成,也可以由带闭环控制和匹配的功
率信号发生器和标准超声换能器组成。标准超声换能器是由稳定性好的石英或铌酸锂等
单晶材料制成的平面圆形活塞超声换能器。
5 计量性能要求
5.1 绝缘电阻
标准超声换能器与使用状态保持一致使辐射面浸在水中时,500V 测试电压下,其
绝缘电阻应大于100MΩ。
5.2 工作频率
输出声波频率应在(0.5~25)MHz范围内,频率稳定度应优于0.02%。
5.3 超声输出功率
超声输出功率示值相对误差应优于±5%。
5.4 线性偏差
在超声输出功率范围内,超声换能器输出声功率与激励电压方均根值平方的线性偏
差应优于±5%。
6 通用技术要求
6.1 标志
毫瓦级标准超声功率源应至少具有以下标志:
a)制造厂商的名称或商标;
b)产品型号和序列号。
6.2 外观和供电
6.2.1 毫瓦级标准超声功率源各操作件及附件应完好有效。
2
JJG868—2024
6.2.2 标准超声换能器浸水部分在常温下应密封不透水。
6.2.3 毫瓦级标准超声功率源应采用使用说明书规定的优选电源供电,供电电压应在
使用说明书规定的可用电压范围之内。
7 计量器具控制
计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中检查。
7.1 检定条件
7.1.1 检定环境条件
毫瓦级标准超声功率源的检定环境条件如下:
———空气温度:(18~26)℃;
———水温:(19.5~23.5)℃;
———相对湿度:≤80%;
———静压:(80~108)kPa。
7.1.2 计量标准及主要配套设备
毫瓦级标准超声功率源检定用计量基标准及主要设备的要求如下。
毫瓦级超声功率基准或副基准装置:
声功率范围:1mW~500mW;
测量不确定度优于Urel=3.5% (k=2)。
a)电子天平:
测量范围:1μg~5.1g;
准确度等级:○Ⅰ 级。
b)高频数字电压表或高频电压测量装置:
频率范围覆盖:(0.5~25)MHz;
电压测量误差:优于±1.5%。
c)信号发生器:
频率范围覆盖:(0.5~25)MHz;
输出电压:1mV~10V (峰-峰值);
频率准确度:优于5×10-6;
总谐波失真:优于1%。
d)功率放大器:
频率范围覆盖:(0.5~25)MHz;
最大线性输出功率:≥5W;
总谐波失真:优于2%。
e)数字频率计:
频率范围覆盖:(0.5~25)MHz;
频率准确度:优于1×10-6。
f) 温度计:
温度范围:0~50℃;
3
JJG868—2024
分辨力:0.1℃;
最大允许误差:±0.2℃。
g)绝缘电阻测量仪:
测试电压:≥500V;
准确度等级:10.0;
测量范围:106Ω~1015Ω。
h)溶氧脱气装置:
脱气水氧含量:小于3×10-6。
7.2 检定项目
毫瓦级标准超声功率源的首次检定、后续检定和使用中检查项目见表1。
表1 检定项目一览表
序号项目名称首次检定后续检定使用中检查
1 绝缘电阻+ + +
2 超声输出功率+ + +
3 工作频率+ - -
4 线性偏差+ - -
注:
1 符号“+”表示需检定的项目,符号“-”表示不必检定的项目;
2 功率源与换能器不可拆卸时,只检定序号2的项目,其他检定项目不适用。
7.3 检定方法
7.3.1 通用技术要求
目视检查或手动操作,毫瓦级标准超声功率源:
a)面板或铭牌上应具有6.1所要求的标志;
b)外观应符合6.2.1和6.2.2的要求;
c)电源应符合6.2.3的要求。
7.3.2 绝缘电阻
用绝缘电阻测量仪直接测量标准超声换能器辐射面在水中的绝缘电阻值,其值应满
足5.1的规定。
7.3.3 超声输出功率
检定装置示意图如图1所示,检定程序按下列步骤:
7.3.3.1 将(21.5±2)℃的除气蒸馏水注入消声水槽,消声水槽内壁、吸声材料和靶
(反射靶或吸收靶)等表面不应附有气泡。
7.3.3.2 利用溶氧仪测量蒸馏水含氧量,若超过3×10-6时应进一步做脱气处理。
7.3.3.3 测量时标准超声换能器的辐射面应直接与除气蒸馏水耦合,以避免附加耦合
层引起的误差。
测量前,标准超声换能器表面、靶应进行清洁处理,并应在除气蒸馏水中浸泡2h。
4
JJG868—2024
注:在标准超声换能器的辐射面浸入水中前(即换能器带负载时),不得把电压加到换能器上,
否则可能会损坏换能器。
7.3.3.4 仪器通电,按说明书规定的预热时间进行预热。
7.3.3.5 调节信号发生器的频率达到标准超声换能器规定的谐振频率(带负载状态)。
图1 检定装置示意图
注:
1 图1中靶可以采用反射靶或吸收靶,水槽周围应做吸声处理。
2 吸声材料的声能吸收系数应大于99%。
7.3.3.6 在(1~500)mW 超声功率范围内,推荐选取标称功率为1 mW,3 mW,
5mW,7mW,10mW,20mW,50mW,100mW,300mW,500mW (或仪器固
有输出功率点)进行检定,记录换能器加载端的激励电压U1,U2,U3,…,U10和测
得的超声输出功率值W1,W2,W3,…,W10,每个功率点重复测量次数n≥3。
注:功率源与换能器不可拆卸时,可忽略记录换能器加载端的激励电压。
7.3.3.7 按公式(1)计算标称超声输出功率Pi 下,n 次重复检定的平均超声功率
值Wi:
W i=Wi1+Wi2+…+Win
n (1)
7.3.3.8 按公式(2)计算被检定毫瓦级标准超声功率源的示值相对误差δi:
δi=Pi-Wi
Wi ×100% (2)
示值相对误差满足5.3中的规定。
5
JJG868—2024
7.3.4 工作频率
毫瓦级标准超声功率源在标称输出功率为100mW 时进行工作频率检定,每隔
60s记录一次数字频率计读数fi,连续记录测量11次,其频率稳定度按公式(3)
计算。
Sf =2 Δf(i,i+1)max
fi+fi+1 ×100% (3)
式中:
Sf ———频率稳定度,%;
|Δf(i,i+1)|max———相邻两次测量值差值的最大值,Hz;
fi,fi+1 ———最大变量对应的两个频率值,Hz。
频率稳定度应满足5.2中规定的要求。
7.3.5 线性偏差
以毫瓦级标准超声功率源激励电压平方(U2i)为横坐标,声功率(Wi)为纵坐标,
7.3.3.6记录的数据按公式(4)估算辐射电导G:
G =Σ10
i=1
Ui
2Wi
Σ10
i=1(Ui
2)2
(4)
式中Ui按公式(5)计算:
U i=Ui1+Ui2+…+Uin
n (5)
按公式(6)计算测量值与估算值的偏差,取最大偏差作为线性偏差,线性偏差εi
满足5.4的规定。
εi=Wi-GUi
2
GUi2 ×100% (6)
7.4 检定结果的处理
7.4.1 经检定合格的毫瓦级标准超声功率源出具检定证书;检定不合格的,出具检定
结果通知书,并注明不合格的项目。
7.4.2 所有的数据应先计算后修约,超声输出功率检定数据在10mW 以内修约间隔
为0.01mW、10mW 以上修约间隔为0.1mW,工作频率的修约间隔为1kHz,线性
偏差保留两位有效数字。
7.4.3 检定证书和检定结果通知书的内页格式分别见附录A和附录B。
7.4.4 毫瓦级标准超声功率源检定中的测量不确定度应按JJF1059.1—2012的要求评
定。不确定度评定的示例见附录C。
7.5 检定周期
毫瓦级标准超声功率源的检定周期不应超过1年。
6
JJG868—2024
附录A
检定证书的内页格式
证书编号××××××—××××
检定结果
第×页 共×页
一、外观:
二、绝缘电阻: MΩ
三、超声功率:
标称值
mW
实测值
mW
示值相对误差
%
1357
10
20
50
100
300
500
四、工作频率:
工作频率:f= MHz,频率稳定度: %
五、线性偏差:
检定环境条件:
水温: ℃
空气温度: ℃
相对湿度: %
静压: kPa
检定依据:
检定使用的计量(基)标准装置:
说明:
7
JJG868—2024
附录B
检定结果通知书的内页格式
证书编号××××××—××××
检定结果
第×页 共×页
一、外观:
二、绝缘电阻: MΩ
三、超声输出功率:
标称值
mW
实测值
mW
示值相对误差
%
1357
10
20
50
100
300
500
四、工作频率:
工作频率:f= MHz,频率稳定度: %
五、线性偏差:
检定环境条件:
水温: ℃
空气温度: ℃
相对湿度: %
静压: kPa
说明:
应标明检定不合格的项目,并对不能继续进行检定的项目加以说明。
8
JJG868—2024
附录C
测量不确定度的评定示例
毫瓦级标准超声功率源示值相对误差的测量不确定度主要由毫瓦级超声功率基准
(副基准)装置、读数分散性、声速变化等几部分组成。
C.1 测量模型
δi=Pi-Wi
Wi ×100% (C.1)
式中:
δi ———被检毫瓦级标准超声功率源超声输出功率的示值相对误差,%;
Pi ———被检毫瓦级标准超声功率源超声输出功率,mW;
Wi ———毫瓦级超声功率基准(副基准)装置测量平均值,mW。
C.2 超声输出功率测量标准不确定度
C.2.1 测量重复性引入的不确定度分量
对仪器进行功率测量时由读数分散性(重复性)引入的标准不确定度,以100mW
为例,对其进行10 次独立测量得到测量值:98.8 mW、100.2 mW、100.1 mW、
103.4mW、101.3mW、99.6mW、98.6mW、102.4mW、101.6mW、103.2mW。
1)10次独立测量结果的算术平均值为Wi=100.9mW。
2)10次测量结果平均值的实验标准偏差为
s= Σ10
j=1(Wij -Wi)2
10-1 =1.46mW (C.2)
则测量重复性引入的标准不确定度uwm=1.46mW。
C.2.2 毫瓦级超声功率计量基准(副基准)装置引入的不确定度uws
基准(副基准)装置的扩展不确定度为Urel=3.5% (k=2),则其引入的标准不确
定度为uws=3.5%
2 ×100.9mW=1.77mW。
C.2.3 声速变化引入的标准不确定度uwt
声速计算公式为:
cw (T ,patm)=v0+v1t+v2t2+v3t3+(u0+u1t+u2t2)patm (C.3)
式中t=T/100,T 为水温,单位为℃;patm为大气压,单位为kPa;v0=1402.7,
v1=488,v2=-482,v3=135;u0=15.9,u1=2.8,u2=2.4。
声速变化引入的不确定度为
u(cw )= t
cw
?cw
?t
ut
t 2+ patm
cw
?cw
?patm
upatm
patm 2 (C.4)
其中灵敏系数为:
9
JJG868—2024
t
cw
?cw
?t = v1t+2v2t2+3v3t3+(u1t+2u2t2)patm
v0+v1t+v2t2+v3t3+(u0+u1t+u2t2)patm (C.5)
patm
cw
?cw
?patm= (u0+u1t+u2t2)patm
v0+v1t+v2t2+v3t3+(u0+u1t+u2t2)patm (C.6)
以测量30min进行观察,气压变化不超过0.1kPa。静压计的分辨力为0.001kPa,
校准结果不确定度优于0.5%。因此,静压计的校准为主要不确定度分量。灵敏系数近
似为0.0001,则气压变化引入的不确定度可忽略不计。
up ≈0.5% (C.7)
patm
cw
?cw
?patm=0.0001 (C.8)
测量过程中水温变化比温度测量不确定度大,声速主要受水温变化影响。当水温变
化0.4℃时,假设满足均匀分布,不确定度和灵敏系数可计算为
ut
t = 0.4
21.5 12=0.5% (C.9)
t
cw
?cw
?t =1 (C.10)
则声速引入的标准不确定度为
uwt=u(cw )=0.5%×100.9mW=0.51mW (C.11)
C.3 超声输出功率测量合成标准不确定度
影响毫瓦级标准超声功率源超声输出功率测量的各不确定度分量相互独立。不确定
度来源及相对合成标准不确定度如表C.1所示。
表C.1 标准不确定度一览表
序号不确定度来源标准不确定度/mW
1 重复性1.46
2 毫瓦级计量基准(副基准)装置1.77
3 声速变化0.51
合成标准不确定度2.35
合成标准不确定度计算式和计算结果为:
uc= uwm2+uws2+uwt2 = 1.462+1.772+0.512 mW=2.35mW (C.12)
C.4 毫瓦级标准超声功率源示值相对误差测量不确定度
根据公式(C.1)可知,示值相对误差不确定度计算为:
u2(δi)=c12u2(Pi)+c22u2(Wi) (C.13)
因此,共有两个不确定度分量,对应于每个不确定度分量的灵敏系数分别为
c1= 1
Wi (C.14)
c2=-Pi
Wi2 (C.15)
10
JJG868—2024
由于毫瓦级标准超声功率源为数字或按钮显示,故读数误差为零,即
u(Pi)=0 (C.16)
则示值相对误差的合成标准不确定度为
u(δi)= c2u(Wi)=Pi
Wi2
u(Wi)= 100mW
100.92 mW2×2.35mW=2.31% (C.17)
C.5 扩展不确定度
取包含因子k=2,其扩展不确定度为:
Ur(δi)=2u(δi)=4.62% (C.18)
扩展不确定度取Ur(δi)=5%(k=2)。
11
JJG868—2024
