JJF 2237-2025 电容箱校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2237—2025
电容箱校准规范
CalibrationSpecificationforCapacitanceBoxes
2025-03-27发布2025-09-27实施
国家市场监督管理总局 发布
电容箱校准规范
CalibrationSpecificationfor
CapacitanceBoxes

JJF2237—2025
归口单位:全国电磁计量技术委员会
主要起草单位:中国计量科学研究院
参加起草单位:福建省计量科学研究院
北京东方计量测试研究所
陕西省计量科学研究院
辽宁省计量科学研究院
成都开谱电子科技有限公司
本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释
JJF2237—2025
本规范主要起草人:
戴冬雪(中国计量科学研究院)
刘 夏(中国计量科学研究院)
参加起草人:
张煌辉(福建省计量科学研究院)
扈蓓蓓(北京东方计量测试研究所)
汤元会(陕西省计量科学研究院)
梁国鼎(辽宁省计量科学研究院)
金 攀(成都开谱电子科技有限公司)
JJF2237—2025
目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语…………………………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (1)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
5.1 电容箱示值………………………………………………………………………… (2)
5.2 损耗因数…………………………………………………………………………… (2)
5.3 残余电容值………………………………………………………………………… (3)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (3)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (3)
6.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (3)
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (4)
7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (4)
7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (4)
8 校准结果表达………………………………………………………………………… (7)
8.1 校准证书…………………………………………………………………………… (7)
8.2 数据处理及修约…………………………………………………………………… (7)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (7)
附录A 电容箱示值校准不确定度评定示例………………………………………… (8)
附录B 校准原始记录格式…………………………………………………………… (12)
附录C 校准证书内页格式…………………………………………………………… (14)
Ⅰ
JJF2237—2025
引 言
JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—2011 《通用计量术语及
定义》、JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制定工作
的基础性系列文件。
本规范为首次发布。
Ⅱ
JJF2237—2025
电容箱校准规范
1 范围
本规范适用于电容范围1fF~1F、频率范围20Hz~1MHz电容箱的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJG183 标准电容器检定规程
GB/T11149—1989 标准电容箱
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 术语
3.1 等效电容值 equivalentcapacitance
交流阻抗串联或并联等效电路的电容值。
注:又称为串联等效电容值或并联等效电容值。
3.2 残余电容值 residualcapacitance
开关器件有零位挡的电容箱,当所有开关均置于零位时,电容箱输出端的电容值。
注:通常也称为零位电容值。
4 概述
电容箱是由若干只并联的电容器、转换开关、输出接口等组成,主要用于电容电
桥、LCR测量仪等电容计量器具的校准,也可作为交流电路中的调节电容。电容箱十
进电容盘线路结构一般有两种形式:一种是并联式,即同标称值十只电容并联后将转换
开关移动到不同位置而实现电容值变换,如图1 (a)所示;另一种是组合式,即四只
电容经组合并联而成,如图1 (b)所示。
(a)并联式(b)组合式
图1 电容箱十进电容盘结构示意图
1
JJF2237—2025
5 计量特性
5.1 电容箱示值
a)被校电容箱示值绝对误差为:
Δ=CN-CX (1)
式中:
Δ ———电容箱校准点的示值绝对误差,F;
CN———电容箱校准点的电容示值,F;
CX———电容箱校准点的电容实际值,F。
b)被校电容箱示值相对误差为:
δ=Δ
CX=CN-CX
CX ×100% (2)
式中:
δ———电容箱校准点的示值相对误差。
在指定的频率范围内,电容箱每个步进盘的电容示值均具有各自的准确度等级,其
最大允许误差一般不超过表1的规定。
表1 电容箱准确度等级和最大允许误差
准确度等级最大允许误差
0.001级±0.001%
0.002级±0.002%
0.005级±0.005%
0.01级±0.01%
0.02级±0.02%
0.05级±0.05%
0.1级±0.1%
0.2级±0.2%
0.5级±0.5%
1级±1%
2级±2%
5级±5%
10级±10%
5.2 损耗因数
在指定的频率范围内,电容箱每个盘均具有各自的损耗因数技术指标。损耗因数应
2
JJF2237—2025
不超过表2所规定的值。
表2 损耗因数技术指标
损耗因数最大允许值
1×10n 1×10n
2×10n 2×10n
3×10n 3×10n
4×10n 4×10n
5×10n 5×10n
注:n 为-5,-4,-3,-2,-1。
5.3 残余电容值
残余电容值一般不大于最小步进电容值的最大允许误差。
注:具体计量特性可参照被校电容箱的技术要求,以上指标不用于合格性判别,仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
被校电容箱的校准环境条件应符合表3的规定。
表3 电容箱的校准环境条件
准确度等级环境温度相对湿度
0.001级~0.01级(20±1)℃ (50±10)%
0.02级(20±2)℃ (50±20)%
0.05级、0.1级(20±2)℃ (50±30)%
0.2级~10级(20±5)℃ (50±30)%
6.2 测量标准及其他设备
6.2.1 电容电桥
电容电桥包括感应比例式或阻抗比例式电桥,其扩展不确定度(k=2)一般不大
于被校电容箱最大允许误差绝对值的1/3。
6.2.2 LCR测量仪
0.02级及以下准确度等级的电容箱可采用LCR测量仪进行校准:采用直接测量法
校准电容箱时,LCR测量仪扩展不确定度(k=2)一般不大于被校电容箱最大允许误
差绝对值的1/3;采用替代法校准电容箱时,LCR测量仪的分辨力和短期稳定性等因素
引入的标准不确定度一般不大于被校电容箱最大允许误差绝对值的1/10。
6.2.3 标准电容箱
标准电容箱在替代法中作为标准器使用。标准电容箱的电容值及频率范围应能覆盖
被校电容箱的电容值及频率范围,一般采用具有相同标称值的标准电容箱作为替代标
3
JJF2237—2025
准。标准电容箱扩展不确定度(k=2)一般不大于被校电容箱最大允许误差绝对值的
1/3。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
校准项目包含电容箱示值、损耗因数及残余电容值等,可根据客户需要进行校准。
如表4所示。
表4 校准项目一览表
序号校准项目校准方法条款
1 电容箱示值7.2.2
2 损耗因数7.2.3
3 残余电容值7.2.4
7.2 校准方法
7.2.1 校准前准备
7.2.1.1 校准前放置时间
0.05级及以上的被校电容箱在校准环境中放置时间不少于24h;其余准确度等级
的电容箱放置时间不少于8h。
7.2.1.2 外观检查
电容箱的铭牌/外壳或说明书应有以下主要标志:产品名称、型号、编号、生产厂
名(或厂标),各步进盘电容示值(或标称值)和相应的准确度等级,损耗因数,残余
电容值,使用频率、额定电流或最高使用电压等。
7.2.1.3 预热
按照被校电容箱的技术要求进行预热。
7.2.2 电容箱示值
7.2.2.1 直接测量法
a)设置校准装置的等效电路模型
根据被校电容箱阻抗值范围设置校准装置(电容电桥或LCR 测量仪)的等效电路
模型,高阻抗值的设置为并联电路模型,低阻抗值的设置为串联电路模型。
b)设置校准装置的电压和频率
根据被校电容箱工作电压范围选择校准装置的测量电压;电容箱示值为1fF~1μF
时,推荐校准频率为1kHz;电容箱示值为1μF~1F时,推荐校准频率为100Hz;也
可根据客户要求选取校准频率。
c)接线方式
1)电容箱示值小于或等于1μF时的接线方式
示值小于或等于1μF的电容箱,其输出端常为两个BNC接口。校准装置为三端测
量方式时,用两根同轴电缆分别将校准装置与电容箱高端、低端相连,两根同轴电缆一
4
JJF2237—2025
般要绞绕,如图2 (a)所示。校准装置为四端对测量方式时,先将电容箱高端和低端
分别接三通,转换为两个高端和两个低端,再用四根同轴电缆将校准装置电流/电压高
端与电容箱高端相连,校准装置电流/电压低端与电容箱低端相连,如图2 (b)所示。
2)电容箱示值大于1μF时的接线方式
示值大于1μF的电容箱,其输出端常为四个BNC接口。校准装置为三端测量方式
时,先将电容箱两个高端用三通转换为一个高端,两个低端用三通转换为一个低端,再
用两根同轴电缆分别将校准装置与电容箱转换后的高端、低端相连,如图2 (c)所示。
校准装置为四端对测量方式时,用四根同轴电缆分别将校准装置与电容箱的电流高端、
电压高端、电压低端和电流低端相连,如图2 (d)所示。校准装置为五端测量方式时,
若电容箱为四个BNC接口,其屏蔽端通常是连通接地的,直接用四根同轴电缆分别将
校准装置与电容箱的电流高端、电压高端、电压低端和电流低端相连,如图2 (e)所
示;若电容箱为五端钮接口,先用四根同轴电缆分别将校准装置与电容箱的电流高端、
电压高端、电压低端和电流低端相连,四根电缆的屏蔽端与电容箱接地端相连,如图2
(f)所示。
d)开路和短路校准
进行包含测量引线部分的开路和短路校准,以消除寄生参数对测量结果的影响。对
于有清零功能的校准装置,开路校准建议以被校电容箱输出接口为界面进行;对于无清
零功能的校准装置,单独测量残余电容值,并在测量结果中予以修正。
(a)三端———三端接线(b)三端———四端对接线
(c)四端对———三端接线(d)四端对———四端对接线
图2 直接测量法校准电容箱常用接线图
5
JJF2237—2025
(e)四端对———五端接线(f)五端钮———五端接线
图2 直接测量法校准电容箱常用接线图(续)
e)读数
当校准装置有清零功能时,可直接读取电容箱校准点的实际值CX;当校准装置无
清零功能时,通过公式(3)计算电容箱校准点的实际值CX。
CX=CM-CX0 (3)
式中:
CX ———电容箱校准点的电容实际值,F;
CM ———电容箱校准点的电容测量值,F;
CX0 ———电容箱的残余电容值,F。
7.2.2.2 同标称值替代法
a)按照7.2.2.1的a)~d)操作。
b)读数。
1)将标准电容箱CS和被校电容箱CX依次接入校准装置,如图3所示(以三端接
线方式为例)。
图3 同标称值替代法校准电容箱
2)分别读取标准电容箱、被校电容箱的残余电容值及校准点的电容测量值。按公
式(4)计算电容箱校准点的电容实际值CX。
CX=CS+(C'X-C'S) (4)
式中:
CX———被校电容箱校准点的电容实际值,F;
CS———标准电容箱测量点的电容实际值,F;
C'X———校准装置测量被校电容箱校准点的电容测量值,F;
C'S———校准装置测量标准电容箱测量点的电容测量值,F。
6
JJF2237—2025
7.2.3 损耗因数
参照7.2.2.1的测量步骤,采用校准装置直接测量被校电容箱校准点的损耗因数。
7.2.4 残余电容值
当电容箱有零位时,将各步进盘置于零位挡,参照7.2.2.1的测量步骤,采用校准
装置直接测量被校电容箱的残余电容值:当残余电容值大于最小步进电容值的最大允许
误差的1/10时,在原始记录中记录残余电容值;当残余电容值不大于最小步进电容值
的最大允许误差的1/10时,一般可不记录残余电容值。
8 校准结果表达
8.1 校准证书
校准结果应在校准证书(报告)上反映,校准证书(报告)应至少包括以下信息:
a)标题,如“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);
d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校对象的描述和明确标识;
g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和有关时,应说明被校对象的接收
日期;
h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
k)校准环境的描述;
l)校准结果及其测量不确定度的说明;
m)对校准规范的偏离的说明;
n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;
o)校准结果仅对被校对象有效的声明;
p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。
校准原始记录格式见附录B,校准证书(报告)内页格式见附录C。
8.2 数据处理及修约
被校电容箱的测量数据处理,应采用四舍六入及偶数法则进行修约,末位数修约到
被校电容箱最大允许误差绝对值的1/10位。
9 复校时间间隔
建议复校时间间隔为1年。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间
间隔。
7
JJF2237—2025
附录A
电容箱示值校准不确定度评定示例
A.1 电容箱示值测量不确定度评定(直接测量法)
A.1.1 测量方法
用LCR测量仪作为校准装置,直接测量被校电容箱。被校电容箱×1000pF盘的
最大允许误差为±0.1%,校准装置的最大允许误差为±2×10-4,测量频率为1kHz,
环境温度(20±2)℃,相对湿度(50±30)%。下面以示值1000pF的校准点为例,
测量不确定度评定过程如下。
A.1.2 不确定度来源
不确定度来源主要有:校准装置测量重复性引入的不确定度分量u1、校准装置最
大允许误差引入的不确定度分量u2和校准装置分辨力引入的不确定度分量u3。
A.1.3 标准不确定度评定
A.1.3.1 测量重复性引入的标准不确定度u1
在重复性条件下,对电容箱校准点进行10次独立重复测量,通过A 类方法进行评
定,得到的测量结果如表A.1所示。
平均值CX≈1000.1pF
实验标准偏差s(CXi)= 1 n -1Σn
i=1(CXi -CX)2
单次测量结果的标准不确定度为u1=s(CXi)≈0.048pF。
表A.1 电容箱1000pF点重复性测量数据
测量次数电容实际值/pF
第1次1000.1
第2次1000.1
第3次1000.2
第4次1000.2
第5次1000.1
第6次1000.2
第7次1000.1
第8次1000.1
第9次1000.1
第10次1000.1
A.1.3.2 校准装置最大允许误差引入的标准不确定度u2
8
JJF2237—2025
校准装置在该校准点符合最大允许误差为±0.2pF的技术要求,即该测量点以绝
对误差形式表示的最大允许误差为±0.002pF,用B类方法进行评定,按均匀分布计
算,则由其引入的标准不确定度为u2=0.2pF
3 ≈0.12pF。
A.1.3.3 校准装置分辨力引入的标准不确定度
校准装置分辨力为0.1pF,通过B类方法进行评定,按均匀分布计算,则由校准
装置分辨力引入的标准不确定度为u3=0.1pF
2 3 ≈0.029pF。因为u3<u1,只取u1进行
合成。
A.1.4 合成标准不确定度uc
各(输入量的)不确定度分量互不相关,且灵敏系数为1,则合成标准不确定度为
uc= u2
1+u2
2 ≈0.13pF。
A.1.5 扩展不确定度U
取包含因子k=2,扩展不确定度为
U =2×uc≈0.3pF
相对扩展不确定度为
Urel=U
CX≈0.03%
A.2 电容箱示值测量不确定度评定(替代法)
A.2.1 测量方法
用电容电桥作为校准装置,分别测量标准电容箱(或标准电容器)和被校电容箱,
通过计算获得被校电容箱校准点的电容实际值。用最大允许误差为±0.002%的标准电
容箱替代测量最大允许误差为±0.01%的被校电容箱,测量频率为1kHz,环境温度
(20±1)℃,相对湿度(50±10)%。下面以示值100pF的校准点为例,测量不确定度
评定过程如下。
A.2.2 测量模型
在符合规定环境条件下,温度、湿度、电磁干扰等带来的影响可忽略。标准电容箱
和被校电容箱的残余电容值均小于电容箱最小示值最大允许误差的1/10,可忽略不计,
电容箱校准点的电容实际值为公式(A.1)。
CX=CS+(C'X-C'S) (A.1)
式中:
CX———被校电容箱校准点的电容实际值,F;
CS———标准电容箱测量点的电容实际值,F;
C'X———校准装置测量被校电容箱校准点的电容测量值,F;
C'S———校准装置测量标准电容箱测量点的电容测量值,F。
A.2.3 不确定度来源
由测量模型可知,CX的不确定度来源主要有:测量重复性引入的不确定度分量u1、
标准电容箱最大允许误差引入的不确定度分量u2、校准装置分辨力引入的不确定度分
9
JJF2237—2025
量u3和校准装置短期稳定性引入的不确定度分量u4。
A.2.4 标准不确定度评定
A.2.4.1 测量重复性引入的标准不确定度u1
在重复性条件下,进行10次独立重复测量,通过A 类方法进行评定,得到的测量
结果如表A.2所示。
表A.2 电容箱100pF点重复性测量数据
测量次数电容实际值/pF
第1次99.9981
第2次99.9982
第3次99.9982
第4次99.9982
第5次99.9984
第6次99.9983
第7次99.9983
第8次99.9984
第9次99.9984
第10次99.9983
平均值CX≈99.998pF
实验标准偏差s(CXi)= 1 n -1Σn
i=1(CXi -CX)2
单次测量结果的标准不确定度为u1=s(CXi)≈0.0001pF。
A.2.4.2 标准电容箱最大允许误差引入的标准不确定度u2
标准电容箱符合最大允许误差±0.002%的技术要求,用B类方法进行评定,按均
匀分布计算,则由标准电容箱引入的标准不确定度为u2=0.002pF
3 ≈0.0012pF。
A.2.4.3 校准装置分辨力引入的标准不确定度u3
校准装置分辨力为0.0001pF,通过B类方法进行评定,按均匀分布计算。采用替
代法时进行2次测量,则由校准装置分辨力引入的标准不确定度按2次计算,即u3=
0.0001pF
2 3 ×2≈0.00006pF。因为u3<u1,只取u1进行合成。
A.2.4.4 校准装置的短期稳定性引入的标准不确定度u4
短期稳定性估计量为校准装置分辨力的2倍,用B类方法进行评定,按均匀分布
计算,则由校准装置短期稳定性引入的标准不确定度为u4=0.0002pF
3 ≈0.00012pF。
A.2.5 合成标准不确定度uc
10
JJF2237—2025
各(输入量的)不确定度分量互不相关,且灵敏系数为1,则合成标准不确定度为
uc= u2
1+u2
2+u2
4 ≈0.0013pF。
A.2.6 扩展不确定度U
取包含因子k=2,扩展不确定度为
U =2×uc≈0.003pF
相对扩展不确定度为
Urel=U
CX≈0.003%
11
JJF2237—2025
附录B
校准原始记录格式
电容箱校准原始记录
委托单号: 证书编号:
客户名称:
联络信息:
校准日期: 年 月 日
接收日期: 年 月 日
器具名称: 生产厂商:
型号/规格: 出厂编号: 器具等级:
基(标)准装置名称:
基(标)准装置号:
基(标)准装置的测量范围及不确定度:
证书有效期至:
校准依据:
校准环境条件:温度 相对湿度 校准地点:
1.电容箱示值
示值
测量盘电容实际值
×100pF盘×1nF盘×10nF盘×100nF盘×1μF盘×10μF盘
频率: Hz 频率: Hz
接线方式: 接线方式:
0123456789
10
扩展不
确定度
Urel(k=2)
12
JJF2237—2025
2.电容箱损耗因数
示值
测量盘损耗因数实际值
×100pF盘×1nF盘×10nF盘×100nF盘×1μF盘×10μF盘
频率: Hz 频率: Hz
接线方式: 接线方式:
123456789
10
扩展
不确定度
U(k=2)
校准员: 核验员: 校准日期: 年 月 日
13
JJF2237—2025
附录C
校准证书内页格式
证书编号××××××—××××
校准机构授权说明
校准环境条件及地点:
温 度℃ 地 点
相对湿度% 其 他
校准所依据的技术文件(代号、名称):
校准所使用的主要测量标准:
名称/编号测量范围
不确定度/
准确度等级/
最大允许误差
证书编号证书有效期至
第×页 共×页
14
JJF2237—2025
证书编号××××××-××××
校准结果
表1 电容箱示值
示值
测量盘电容实际值
×100pF盘×1nF盘×10nF盘×100nF盘×1μF盘×10μF盘
频率: Hz 频率: Hz
接线方式: 接线方式:
残余电容值:
123456789
10
扩展不确定度
Urel(k=2)
第×页 共×页
15
JJF2237—2025
证书编号××××××-××××
校准结果
表2 电容箱损耗因数
示值
测量盘损耗因数实际值
×100pF盘×1nF盘×10nF盘×100nF盘×1μF盘×10μF盘
频率: Hz 频率: Hz
接线方式: 接线方式:
123456789
10
扩展不确定度
U(k=2)
----------------------以下空白--------------------
校准:
根据客户要求和校准文件的规定,通常情况下个月校准一次。
声明:
1. 仅对加盖“×××××校准专用章”的完整证书负责。
2. 本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。
校准员: 核验员:
第×页 共×页
16
JJF2237—2025</u1,只取u1进行合成。
</u1,只取u1进行