621.391.812
Результаты ключевых сличений эталонов напряженности электрического поля в диапазоне частот 1—18 ГГц
С. А. КОЛОТЫГИН, С. Л. НЕУСТРОЕВ
Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево, Россия, e-mail: lab202@vniiftri.ru
Рассмотрены результаты ключевых сличений эталонов напряженности электрического поля в диапазоне частот 1—18 ГГц, в результате чего подтверждены представленные в базе данных МБМВ калибровочные и измерительные возможности ВНИИФТРИ по напряженности электромагнитного поля на указанных частотах.
Ключевые слова: напряженность электрического поля, сличение.
The results of key comparison of standards of electric field intensity in the frequency range from 1 to 18 GHz have been considered. As a result of comparisons the data presented in BIPM data base confirmed the calibration and measurement capabilities of VNIIFTRI.
Key words: electric field intensity, key comparison.
В 2008 г. членам рабочей группы по радиочастотным измерениям МБМВ поступило предложение о проведении ключевых сличений эталонов единицы напряженности электромагнитного поля (вольт на метр). Оно было окончательно принято на заседании рабочей группы по радиочастотным измерениям (GT-RF) Консультативного комитета по электричеству и магнетизму (CCEM) в 2010 г. Этим сличениям было присвоено наименование CCEM.RF-K24.F. Роль пилотной лаборатории взяла на себя Национальная физическая лаборатория (NPL, Великобритания). В сличениях приняли участие все национальные метрологические институты (НМИ) — участники соглашения о взаимном признании национальных измерительных эталонов и сертификатов калибровки и измерений (CIPM MRA), у которых заявлены измерительные возможности в базе данных СМС в области напряженности электрического поля и плотности потока энергии электромагнитного поля.
распространения Н
Рис. 1. Зонды FL7018 и FL7050
В сличениях участвовали эталоны, представленные следующими 14 лабораториями: Физико-технический федеральный институт (PTB, Германия); Национальная физическая лаборатория (NPL, Великобритания); Национальный институт стандартов и технологий (NIST, США); Национальная лаборатория метрологии и испытаний (LNE, Франция); Чешский метрологический институт (CMI, Чехия); Корейский институт эталонов и науки (KRISS, Корея); Национальный институт метрологических исследований (INRIM, Италия); Федеральное бюро метрологии и аккредитации (METAS, Швейцария); Национальный метрологический институт Австралии (NMIA, Австралия); Национальный институт метрологии (NIM, Китай); Национальный метрологический институт Японии (NMIJ, Япония); Национальный институт эталонов (VSL, Нидерланды); Национальный метрологический институт Совета по научно-техническим исследованиям (TUBITAK-UME, Турция); Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ, Россия).
Возимый эталон и методы измерений. В качестве возимых эталонов использовали два измерителя напряженности электромагнитного поля фирмы Amplifier Research: с антенной-преобразователем (зондом) FL7018 на диапазон частот 3 МГц — 18 ГГц с питанием от лазера и диодными детекторами; с антенной-преобразователем (зондом) FL7050 на диапазон частот 300 МГц — 50 ГГц с питанием от батарей и термопарными датчиками (рис. 1). В техническом протоколе было указано, что зонд должен быть ориентирован в пространстве так, чтобы его ось была перпендикулярна вектору Е электрического поля и направлению распространения. На корпусе зондов имеются специальные метки, которые указывают, как установить зонд в правильное положение относительно направления электрического поля.
Рис. 2. Поправочные коэффициенты и неопределенности их измерений, полученные для зонда FL7018 при Е = 10 В/м на разных частотах
различными НМИ:
1 — INRIM; 2 — METAS; 3 — CMI; 4 — VSL; 5 — LNE; 6 — NIM; 7 — NISI; 8 — NMIA; 9 — KRISS; 10 — TUBIAK-UME; 11 — NMIJ; 12 — ВНИИФТРИ;
13 — NPL; 14 — PTB.
Полужирной линией отмечено опорное значение ключевого сличения KCRV, пунктирными линиями — его доверительные границы
Измерения проводили на частотах 1; 2,45; 10; 18 ГГц с зондами FL7018 на уровнях напряженности электрического поля 10; 30; 100 В/м и FL7050 на уровнях 30; 100 В/м. Измерения проходили с января 2010 г. по июль 2012 г. Эталоны-переносчики периодически возвращали в NPL для оценки дрейфа калибровочных коэффициентов возимых эталонов.
Отчеты лабораторий содержали следующие данные: тип прибора и его серийный номер; частота f , на которой проводили измерения; напряженность поля Е, индицируемая прибором; действительное значение напряженности поля; рассчитанное значение поправочного коэффициента CF¡ (Е, /); неопределенность каждого измерения u(CF¡ (Е, /)); бюджет неопределенности измерений; температура в лаборатории.
От ВНИИФТРИ в сличениях участвовал Государственный первичный эталон единицы плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот 0,3—178 ГГц (ГЭТ 160—2006). Измерения выполняли в соответствии с утвержденными методиками калибровки средств измерений напряженности электрического поля и плотности потока энергии электромагнитного поля.
Результаты ключевых сличений. Опорное значение ключевого сличения (KCRV) CFR (Е, /) определяли для каждого значения частоты и уровня напряженности поля как не взвешенное среднее результатов измерений участников
его расширенную неопределенность вычисляли по формуле
N
N
cfr (E, f)=N ЕCF (е,
i=i
f),
(cfr(e, f)) =-1Еu2(cf(e, f)). n i=i
В отчете содержатся данные 20 результатов измерений. Для каждого из них рассчитаны опорные значения ключевого сличения KCRV и его расширенная неопределенность. Результаты представлены в виде таблиц и графиков.
Примеры таких графиков для преобразователя FL7018, напряженности электрического поля 10 В/м на частотах 1—18 ГГц приведены на рис. 2. На них представлены результаты измерений поправочного коэффициента и неопределенности измерений при коэффициенте охвата к = 1.
Степень эквивалентности национального эталона выражается отклонением от опорного значения ключевого сличения d¡ и неопределенностью этого отклонения и(^):
d¡ = CF¡ (Е, Г) - CFR (Е, 0;
и2 Щ ) = и2 (CF¡ (Е, 0) + и2 (CFR (Е, 0).
Для результатов измерений во всех НМИ были рассчитаны степени эквивалентности и расширенные неопределенности по каждому национальному эталону, а также степени эквивалентности между ними (табл. 1—4).
Т а б л и ц а 1
Значения Ь,, и(Ь) для зондов FL7018 и FL7050 при разных напряженностях электрического поля, опорных значениях ключевого
сличения (КС^) эталонов различных НМИ и частоте f = 1 ГГц
НМИ FL7018 FL7050
10 В/м (1,06) 30 В/м (1,10) 100 В/м (1,11) 30 В/м (1,09) 100 В/м (1,13)
Щ ) иЦ ) иЦ ) иЦ ) иЦ )
^гам -0,06 0,14 -0,06 0,14 — — -0,07 0,15 — —
METAS 0,03 0,07 0,01 0,07 -0,01 0,09 0 0,07 0 0,09
СМ1 -0,05 0,08 -0,08 0,08 -0,1 0,09 -0,02 0,08 -0,05 0,08
VSL -0,04 0,06 -0,04 0,06 — — -0,01 0,06 — —
LNE 0,12 0,08 0,11 0,07 0,14 0,06 0,1 0,08 0,06 0,05
ММ — — — — — — — — — —
NIST -0,10 0,14 -0,15 0,16 -0,15 0,15 0 0,13 -0,03 0,12
NMIA 0,05 0,09 0,02 0,09 0,01 0,09 0,03 0,09 0,03 0,1
KRISS -0,01 0,1 -0,02 0,1 -0,05 0,1 -0,01 0,09 -0,03 0,09
ТиВ1ТАК 0,02 0,13 0,01 0,13 0,01 0,13 0,09 0,14 0,06 0,13
NMIJ 0,01 0,07 0,01 0,07 0 0,09 0,01 0,06 0 0,09
VNIIFTRI 0,02 0,06 0,04 0,06 0,03 0,06 -0,02 0,06 -0,03 0,06
NPL 0,04 0,05 0,04 0,05 0 0,05 0,02 0,04 -0,01 0,05
РТВ 0,00 0,12 -0,03 0,12 — — -0,01 0,12 — —
Т а б л и ц а 2 То же, что и в табл. 1 при f = 2,45 ГГц
НМИ FL7018 FL7050
10 В/м (1,07) 30 В/м (1,10) 100 В/м (1,08) 30 В/м (1,08) 100 В/м (1,11)
и(ё, ) иЩ ) иЩ ) иЩ ) иЩ )
^гам -0,06 0,14 -0,04 0,15 — — -0,09 0,15 — —
METAS 0,02 0,07 0 0,07 0,01 0,09 0,01 0,07 -0,01 0,09
СМ1 0 0,12 0,01 0,13 — — -0,08 0,11 — —
VSL -0,12 0,12 -0,11 0,12 — — -0,08 0,11 — —
LNE 0 0,07 0,04 0,07 0,02 0,05 -0,01 0,07 -0,02 0,06
NIM -0,11 0,11 -0,05 0,12 -0,05 0,11 0,01 0,11 0 0,11
NIST 0,01 0,15 -0,02 0,15 -0,04 0,15 0,03 0,13 0,02 0,14
NMIA 0 0,05 -0,01 0,05 -0,01 0,05 0 0,06 -0,02 0,06
KRISS -0,02 0,1 -0,02 0,1 -0,01 0,1 0,07 0,1 0,06 0,1
ТиВ1ТАК 0,04 0,13 0,02 0,14 0,03 0,13 0 0,12 -0,02 0,12
NMU -0,03 0,06 -0,02 0,07 — — 0 0,06 — —
VNIIFTRI 0,01 0,06 0,02 0,06 0,03 0,06 0,04 0,06 0,03 0,06
NPL 0 0,05 0,01 0,05 0 0,05 0,02 0,05 0 0,05
РТВ 0,02 0,17 0,03 0,18 0,02 0,17 -0,03 0,16 -0,04 0,16
Т а б л и ц а 3
То же, что и в табл. 1 при f = 10 ГГц
НМИ FL7018 FL7050
10 В/м (0,87) 30 В/м (0,88) 100 В/м (0,87) 30 В/м (1,08) 100 В/м (1,09)
d, u(d, ) di u(d ) di u(d ) di u(d ) di u(di )
INRIM 0 0,11 0,02 0,11 0,04 0,11 -0,06 0,12 -0,04 0,12
METAS 0,06 0,06 0,06 0,06 0,05 0,1 0 0,07 -0,01 0,09
CMI -0,07 0,07 -0,08 0,07 -0,07 0,07 -0,01 0,08 -0,01 0,09
VSL — — — — — — — — — —
LNE 0,06 0,07 0,09 0,07 0,04 0,05 -0,04 0,07 -0,05 0,05
NIM -0,04 0,1 -0,05 0,1 -0,05 0,1 0,05 0,12 0,07 0,12
NIST 0,05 0,19 0 0,13 0 0,12 0,07 0,14 0,05 0,14
NMIA — — — — — — — — — —
KRISS 0,02 0,09 0 0,09 0,01 0,09 0,04 0,1 0,04 0,1
TUBITAK -0,01 0,13 0 0,13 0 0,13 0,02 0,13 0,03 0,14
NMIJ — — — — — — — — — —
VNIIFTRI 0 0,09 0,01 0,09 0 0,08 -0,01 0,05 -0,03 0,05
NPL 0,06 0,04 0,06 0,04 0,06 0,05 0,03 0,05 0,02 0,05
PTB -0,08 0,13 -0,08 0,13 -0,09 0,14 -0,08 0,15 -0,08 0,16
Т а б л и ц а 4
То же, что и в табл. 1 при f = 18 ГГц
НМИ FL7018 FL7050
10 В/м (1,49) 30 В/м (1,58) 100 В/м (1,42) 30 В/м (1,09) 100 В/м (1,08)
di u(d,. ) d. u(d, ) di u(d. ) d. u(d. ) d. u(d. )
INRIM 0 0,18 -0,01 0,21 0,01 0,2 -0,06 0,13 -0,04 0,13
METAS 0,12 0,12 0,08 0,11 0,14 0,14 0,02 0,07 0,04 0,09
CMI 0 0,12 -0,09 0,13 -0,06 0,12 0 0,09 0 0,09
VSL — — — — — — — — — —
LNE -0,13 0,11 -0,13 0,1 -0,14 0,08 -0,07 0,07 -0,06 0,05
NIM — — — — — — 0,06 0,13 0,06 0,13
NIST 0,26 0,55 0,22 0,41 0,27 0,57 0,18 0,18 0,16 0,18
NMIA 0,02 0,09 — — — — — — — —
KRISS 0,02 0,14 0,01 0,16 0,05 0,15 -0,03 0,09 -0,03 0,1
TUBITAK 0,16 0,26 0,09 0,24 0,14 0,24 0,08 0,15 0,06 0,15
NMIJ — — — — — — — — — —
VNIIFTRI -
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.