小电流校准检定系统建立及不确定度评定_于丽娟

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1、第35卷第9期核电子学与探测技术Vol．35No．92015年9月NuclearElectronics＆DetectionTechnologySept．2015小电流校准检定系统建立及不确定度评定于丽娟，韩光，李宪优，王玲，魏学荣(西北核技术研究所强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室，西安710024)摘要:小电流测量仪器在航空航天测控、半导体集成电路测试、核试验测试及其他研究领域中应用较多，并且发挥着很重要的作用。由于小电流测量仪器精度高，分辨率达到fA级，小电流测量仪器的校准、检定就显得尤为困难。本文论述了利用Keithley的5156精密高阻和Fluke5520A多功能源组

2、成的小电流测量仪校准、检定系统。针对该校准系统，分析了校准过程的不确定度来源，依据相关标准进行了不确定度评定，结果证明组建的小电流测量仪校准系统是可靠的。该系统完全可以满足各种小电流测量仪的校准、检定工作。关键词:小电流测量仪，校准系统建立，不确定度评定中图分类号:TN41文献标志码:A文章编号:0258-0934(2015)09-0944-03随着科研试验测量技术的发展，小电流测本文采用间接测量方法实现小电流测量仪校量仪器在航空航天测控、半导体集成电路测试、准、检定。核试验测试及其他研究领域中使用越来越多，11小电流测试系统的建立并且发挥着很重要的作用。正是因为各领域的需求，高精

3、度高分辨力的小电流测量仪被大量1.11．1小电流检定系统设计使用，例如Keithley公司的6517A、6517B、6487本项目采用间接测量法实现对小电流仪的等小电流测量仪，仪器电流测试最小量程一般检定。检定系统由Keithley公司的5156标准为pA级，分辨率达到fA级，测量精度较高。高阻和Fluke公司的5520A多功能源组成。由这些小电流测量仪器的校准、检定显得尤为困5520A输出标准电压，通过选择不同的标准高难。阻产生标准电流，从而实现对6517A、6517B、目前许多计量机构都开展小电流测量仪校6487等小电流测量仪(0．002～200nA)的检准、检定方面的研究工作

4、，由于常用的静电计、定，检定系统如下图1所示。皮安表等小电流测量仪指标较高，与Agilent4155c，Keithley4200等标准源技术指标相当，用标准电源法对该类测量仪校准、检定难以实现，收稿日期:2015－07－08图1小电流计测试原理框图基金项目:国家自然科学基金青年基金1.2主要技术指标(D11305129)。1．2．15520A直流标准电压源的扩展不确定作者简介:于丽娟(1961－)，女，山东济南人，高级实－6－5度:9．0×10～3．4×10验师，本科，主要从事辐射探测及电学计量研究工2．2．25156标准高阻技术指标见表1。作。944［2］表1标准高阻技术指标压源

5、输出电压为0．2V。所以:电流值标标准电不确定温度系电压系1C(V)==10/TΩ;－6－6－6称/nA阻/GΩ度10数10/℃数10/VＲ0．002100500＜100＜1V20．02100500＜100＜1C(Ｒ)=－2=－20V/(TΩ)(4)Ｒ0．210400＜25＜121300＜25＜12.2不确定度来源201300＜25＜1(1)直流标准电压源5520A年允许误差极2000．1200＜25＜1限引入的不确定度uB1:标准电压源5520A在－62不确定度分析与评定0．2V时的技术指标a=±(20×0．2V×10+1μV)，均匀分布，k=3槡，uB1=a/k=1．4×2.1

6、间接测量不确定度计算－510;在小电流检定中，标准提供的检定电流是(2)5156标准高阻引入的不确定度uB2:用由一台标准电压源和一个标准高阻组合产生100GΩ，0．2V电压产生2pA的电流，5156标的，V是标准电压源输出的电压，Ｒ是标准高阻准高阻送上级计量部门检定100GΩ标准值为的阻值，检定电流为I，根据欧姆定律则有:－4100．105GΩ，测量不确定度uB2=5．0×10;VI=Ｒ(1)(3)标准高阻温度效应引入的不确定度分很明显，该检定电流I为间接测量结果，根量uB3:100GΩ标准电阻的温度系数小于1×［1］－4据标准不确定度传递公式10/℃，按照均匀分布，k=3槡，u

7、B3=5．8×n－51/210;u(x)=[22]=ci∑ciu(xi)i=1(4)标准高阻电压效应引入的不确定度分n21/2:100GΩ标准电阻的电压系数小于1×∑fu2(x)(2)量uB4[()i]i=1xi10－6/V，按照均匀分布，k=3槡，u=5．8×B4ff－7式中:ci=是在Xi=xi上的估计值，10;xixi(5)重复性引入的不确定度uA:标准不确称灵敏系数。u(xi)是xi的标准不确定度，由标定度按A类评定，在短时间内对被检的同一示准不确