JJF 2234-2025 低频电场测量仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2234—2025
低频电场测量仪校准规范
CalibrationSpecificationforLow-frequency
ElectricFieldmeters
2025-03-27发布2025-09-27实施
国家市场监督管理总局 发布
低频电场测量仪校准规范
CalibrationSpecificationforLow-frequency
ElectricFieldmeters

JJF2234—2025
归口单位:全国电磁计量技术委员会
主要起草单位:中国测试技术研究院
中国计量科学研究院
中国电力科学研究院
参加起草单位:北京无线电计量测试研究所
辽宁省计量科学研究院
山东省计量科学研究院
本规范委托全国电磁计量技术委员会负责解释
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本规范主要起草人:
马轲瀛(中国测试技术研究院)
刘 潇(中国计量科学研究院)
王家福(中国计量科学研究院)
张建功(中国电力科学研究院)
参加起草人:
叶 娟(北京无线电计量测试研究所)
张圣男(辽宁省计量科学研究院)
刘 晓(山东省计量科学研究院)
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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 工频电场强度示值误差…………………………………………………………… (2)
5.2 频率特性…………………………………………………………………………… (2)
5.3 各向同性…………………………………………………………………………… (2)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
6.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (3)
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (3)
7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (4)
8 校准结果表达………………………………………………………………………… (6)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (7)
附录A 工频电场强度示值误差不确定度评定示例………………………………… (8)
附录B 校准原始记录格式…………………………………………………………… (12)
附录C 校准证书内页格式…………………………………………………………… (15)
附录D 平行板电场装置结构、尺寸及其他要求…………………………………… (18)
Ⅰ
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引 言
国家计量技术规范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》和JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构
成支撑本校准规范编制工作的基础性系列规范。
本规范为首次发布。
Ⅱ
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低频电场测量仪校准规范
1 范围
本规范适用于频率范围为10Hz~100kHz,电场强度测量范围为1V/m~10kV/m
的低频电场测量仪的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
GB8702—2014 电磁环境控制限值
IEC61786-1:2013 关于人体暴露于1Hz至100kHz直流磁场、交流磁场及交流
电场的测量 第1部分:测量仪器的要求(MeasurementofDCmagnetic,ACmagnetic
andACelectricfieldsfrom1Hzto100kHzwithregardtoexposureofhumanbeings—
Part1:Requirementsformeasuringinstruments)
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 电场强度 electricfieldstrength
当一导体带电时,导体周围受到影响,一带电粒子被引入此空间,则在任意瞬间均
受到方向一定的力。在任意点的电场强度是矢量,它等于位于该点单位正电荷所受
的力。
注:电场强度以伏特每米(V/m)来表示,简称场强。
3.2 频率特性 frequencycharacteristic
被校对象参量与频率的关系。
注:本规范中指幅频特性。
3.3 频率平坦度 frequencyflatness
在规定的工作频率范围内,频率特性的起伏变化。
3.4 各向同性 isotropy
传感器对场的响应与场极化方向和入射角方向无关的性质。
注:又称全向一致性。实际测量中,以各向异性来表征各向同性。
4 概述
低频电场测量仪是测量低频电场强度E的仪器,简称场强仪。其广泛应用于高压输
变电系统、职业病防治、环境监测等领域的低频电场测量。常见的低频电场测量仪原理
结构为悬浮体型(free-body),由绝缘支架支撑,用于测量地面以上空间的电场强度。
其传感器工作原理:传感器放入待测电场,通过测量传感器这一孤立导体的两部分之间
1
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的感应电流或感应电荷来确定待测电场强度的大小,不要求一个参考地电位。传感器结
构如图1所示。
图1 传感器结构示意图
低频电场测量仪一般由传感器、检波器电路和显示单元三个部分组成,如图2所示。
图2 低频电场测量仪的基本构成
低频电场测量仪按外形结构可分为手持式和远程式。远程式低频电场测量仪的传感
器在外部探头中,检波器在具有显示功能的单独主机中,采用光纤连接探头和主机。
低频电场测量仪传感器按轴向可分为单轴和三轴。三轴传感器的低频电场测量仪需
测量各向同性。
5 计量特性
5.1 工频电场强度示值误差
频率:50Hz;
电场强度范围:1V/m~10kV/m;
最大允许误差:±1.5dB。
5.2 频率特性
频率范围:10Hz~100kHz;
电场强度范围:1V/m~100V/m;
测量频段内频率平坦度最大允许误差为±0.5dB,且各频点的最大允许误差
为±1.5dB。
5.3 各向同性
频率:50Hz;
最大允许误差:±1dB。
注:以上指标不用于符合性判别,仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
环境温度:(20±5)℃。
2
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相对湿度:≤80%。
电源要求:(220±22)V,(50±1)Hz。
无影响仪器正常工作的电磁干扰及机械振动。注意安全防护,安全距离不小于1m。
在平行板电场装置中放置低频电场测量仪时,须使用绝缘材质的支架。
6.2 测量标准及其他设备
6.2.1 平行板电场装置
两块圆形金属板水平放置,中间由绝缘材料支撑。平行板的直径1.5 m,间距
0.75m。该结构尺寸的平行板电场装置可用于校准传感器对角线尺寸小于0.23m 的低
频电场测量仪,平行板电场装置的结构如图3所示。平行板电场装置的间距需要溯源,
其他的结构类型及尺寸要求在附录D中说明。
图3 平行板电场装置结构
6.2.2 工频高压试验装置
电压范围:1V~10kV;
最大允许误差:±10%。
6.2.3 电压互感器
一次电压:10kV;
二次电压:100V;
准确度等级:优于0.5级。
6.2.4 低频信号发生装置
频率范围:10Hz~100kHz;
电压范围:1V~100V;
最大允许误差:±10%。
6.2.5 数字电压表(交流电压)
频率范围:10Hz~100kHz;
测量范围:0.01V~1000V;
最大允许误差:±0.2%。
6.2.6 激光测距仪
测量范围:0.1m~10m;
准确度等级:2级(±5.0mm)。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
校准项目一览表见表1。
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表1 校准项目一览表
序号校准项目计量特性条款校准方法条款
1 工频电场强度示值误差5.1 7.2.2
2 频率特性5.2 7.2.3
3 各向同性5.3 7.2.4
7.2 校准方法
7.2.1 校准前准备
7.2.1.1 检查低频电场测量仪外观,各开关、按键等应调节正常,不应有影响电气性
能的机械损伤。
7.2.1.2 低频电场测量仪及标准装置通电,按技术说明书规定时间预热,预热后能正
常显示。
7.2.1.3 将外观及工作正常性检查结果记录在附录B中。
7.2.1.4 校准点的选取原则
校准点应覆盖所有量程并兼顾各量程之间的覆盖性及量程内的均匀性,同时应参考
被校低频电场测量仪说明书中对校准点的建议。用于公众曝露电磁环境监测及评价的低
频电场测量仪,须校准50Hz、4000V/m 点;用于架空输电线路线下的耕地、园地、
牧草地、畜禽饲养地、养殖水面、道路等场所电磁环境监测及评价的低频电场测量仪,
须校准50Hz、10kV/m 点。也可根据实际情况或送校单位的要求选取校准点。
7.2.2 工频电场强度示值误差
a)平行板上施加的电压小于1000V,按图4连接仪器;平行板上施加的电压大于
或等于1000V,按图5连接仪器。将低频电场测量仪放入平行板电场装置几何中心位
置,使其相应轴向与电场方向平行。
图4 工频低幅度场强误差校准线路
图5 工频高幅度场强误差校准线路
b)工频高压试验装置设定输出频率为50Hz。
c)调节工频高压试验装置电压幅度,使平行板电场装置中心位置的电场强度达到
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设定值。平行板电场装置上的电压V0在低幅度下由数字电压表直接读取,在高幅度下
为数字电压表示值与电压互感器变比的乘积,中心位置的电场强度通过公式(1)计算
得到。
EN=V0
d (1)
式中:
EN———电场强度设定值,V/m;
V0 ———平行板上的电压,V;
d ———平行板的间距,m。
d)将此时电场强度设定值及低频电场测量仪示值记录在附录B中。
e)改变工频高压试验装置输出电压,重复步骤c)到e),直至完成选取测量点的
校准。
f)通过公式(2)计算电场强度示值误差,并记录在附录B中。
δE=20lg EX
EN (2)
式中:
δE ———低频电场测量仪电场强度示值误差,dB;
EX ———低频电场测量仪示值,V/m;
EN ———电场强度设定值,V/m。
7.2.3 频率特性
a)按图6连接仪器。将低频电场测量仪放入平行板电场装置几何中心位置,使其
相应轴向与电场方向平行。
图6 频率特性校准线路
b)低频信号发生装置按预先设定的频率输出。
c)调节低频信号发生装置电压幅度,使平行板电场装置中心位置的电场强度达到
设定值,并记录在附录B中。平行板电场装置上的电压V0为数字电压表示值,中心位
置的电场强度通过公式(1)计算得到。
d)将此时频率设定值、电场强度设定值及低频电场测量仪示值记录在附录B中。
e)改变低频信号发生装置输出频率,保持平行板电场装置中心位置电场强度设定
值不变,并重复步骤c)到e),直至完成选取的各频率点的校准。
f)通过公式(2)计算选取的各频率下电场强度示值误差,并记录在附录B中。
g)通过公式(3)计算低频电场测量仪在所选取的频率范围内的频率平坦度,并
记录在附录B中。
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ΔEf =± 20lgEmax
E0 -20lgEmin
E0 ? ? ??
? ? ??? 2
(
3)
式中:
ΔEf ———频率平坦度,dB;
E0 ———参考频率点的场强示值,V/m;一般选取50Hz作为参考频率;
Emax ———频率范围内最大的场强示值,V/m;
Emin ———频率范围内最小的场强示值,V/m。
7.2.4 各向同性
a)平行板上施加的电压小于1000V,按图4连接仪器;平行板上施加的电压大于
或等于1000V,按图5连接仪器。将低频电场测量仪放入平行板电场装置几何中心位
置,使其相应轴向与电场方向平行。
b)工频高压试验装置设定输出频率为50Hz。
c)调节工频高压试验装置电压幅度,使平行板电场装置中心位置的电场强度达到
设定值,中心位置的电场强度通过公式(1)计算得到。
d)调整低频电场测量仪位置,使其相应轴向的读数最大。将此时低频电场测量仪
轴向、电场强度设定值及低频电场测量仪示值记录在附录B中。
e)重新放置低频电场测量仪,保持传感器中心位置不变,使其余轴向与电场方向
平行,保持电场强度设定值不变,重复步骤d)到e),直至得出三个轴向的测量结果。
f)在三个轴向的测量结果中找到最小值和最大值,利用公式(4)计算确定低频电
场测量仪的各向异性响应,并记录到附录B中。由各向异性响应结果表征出低频电场
测量仪的各向同性。
A =±20lg amax
amaxamin (4)
式中:
A ———各向异性,dB;
amax———三个轴向中的最大示值,V/m;
amin ———三个轴向中的最小示值,V/m。
8 校准结果表达
校准结果应在校准证书(报告)上反应,校准证书(报告)应至少包含以下信息:
a)标题:“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;
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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)校准证书和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。
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。
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附录A
工频电场强度示值误差不确定度评定示例
A.1 测量方法
以一款采用远程式低频电场测量仪的校准为例,探头边长10cm,校准50 Hz、
4000V/m 点。分析工频电场强度测量结果的不确定度。校准过程中使用的平行板电场
装置结构如图A.1所示。
图A.1 校准使用的平行板电场装置结构
A.2 不确定度的评定
A.2.1 测量模型
根据公式(1)和公式(2),先分析绝对示值误差的不确定度,最后再换算为分贝
(dB)表示的相对示值误差的不确定度:
ΔE=EX-V0
d
式中:
ΔE ———电场强度示值误差,V/m;
EX ———低频电场测量仪示值,V/m;
V0 ———平行板上的电压,V;
d ———平行板的间距,m。
A.2.2 合成标准不确定度计算公式
u2c(ΔE)=c2(EX)u2(EX)+c2(V0)u2(V0)+c2(d)u2(d)
灵敏系数:
c(EX)=∂ΔE
∂EX =1, c(V0)=∂ΔE
∂V0 =-1d
, c(d)=∂ΔE
∂d =V0
d2。
对4000V/m 校准点的测量结果进行评定,平行板电场装置上施加电压3000V,
平板间距为0.75m。V0=3000V,d=0.75m。
由此可得,灵敏系数:c(EX)=1,c(V0)=-1.34m-1,c(d)=5333.34V/m2。
A.2.3 标准不确定度的评定
A.2.3.1 测量的重复性引入的标准不确定度u(EX)
对被校低频电场测量仪50 Hz、4000V/m 下的电场强度进行10次测量数据见
表A.1。
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表A.1 重复性测量结果
次数电场强度示值/(V/m)
1 3908
2 3907
3 3907
4 3906
5 3909
6 3908
7 3910
8 3908
9 3904
10 3903
平均值x=3906V/m;
单次测得值的实验标准差
s= Σn
i=1
xi-x 2
n -1 =3.53V/m ;
单次测量结果的标准不确定度为,u(EX)=s=3.53V/m。
A.2.3.2 平行板电场装置上施加电压引入的标准不确定度u(V0)
使用电压互感器及数字电压表的组合对电压进行测量,其最大允许误差为±0.5%,
估计为均匀分布,平行板上施加电压引入的测量不确定度分量为:
u(V0)=(3000V×0.005)/3≈8.66V
A.2.3.3 平行板间距引入的标准不确定度u(d)
采用手持式激光测距仪测量平行板间距。其最大允许误差为±5.0mm,估计为均
匀分布,平行板间距引入的不确定度分量为:
u(d)=5mm/3≈2.89mm
A.2.3.4 场均匀性(放置位置)引入的标准不确定度u(EU)
在平行板电场装置几何中心确定一个边长为10cm 的虚拟正方体。保持平行板上施
加的电压、频率不变,使用一个小型低频电场测量仪(体积小于或等于被校低频电场测
量仪的1/3),分别测量中心位置、八个顶点位置及前后左右上下六个面中心位置的电
场强度,计算各个位置相对中心位置的最大偏差来确定平行板电场装置场均匀性引入的
不确定度分量,测试位置如图A.2所示。测量得到,最大偏差为141V/m,估计为均
匀分布,场均匀性引入的不确定度分量为:u(EU)= (141V/m)/3≈81.41V/m。
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图A.2 场均匀性测试示意
A.2.3.5 低频电场测量仪放入引起场扰动引入的标准不确定度u(Ei)
在平行板电场装置几何中心确定一个边长为10cm 的虚拟正方体。被校低频电场测
量仪作为干扰探头,平行板电场装置在中心有干扰探头和没有干扰探头的情况下,保持
电压、频率不变,使用一个小型低频电场测量仪(体积小于或等于被校低频电场测量仪
的1/3),分别测量八个顶点位置的电场强度,计算各个位置在中心有干扰探头和无干
扰探头情况下的变化量以确定被校低频电场测量仪放入标准场,电场发生扰动引入的不
确定度分量,测试位置如图A.3所示。测量得到,50Hz下最大偏差为65V/m,估计
为均匀分布,低频电场测量仪放入引起场扰动引入的不确定度分量为:
u(Ei)=(65V/m)/3≈37.53V/m
图A.3 场扰动测试示意
A.3 合成标准不确定度的评定
输入量标准不确定度一览表见表A.2。
表A.2 输入量标准不确定度一览表
输入量的不确定度不确定度来源灵敏度系数ci 标准不确定度值ui
u(EX) 测量的重复性1 3.53V/m
u(V0) 平行板上施加电压-1.34m-1 8.66V
u(d) 平行板间距的测量5333.34V/m2 2.89mm
u(EU) 平行板电场装置场均匀性1 81.41V/m
u(Ei) 平行板电场装置场扰动1 37.53V/m
考虑上述各个不确定度互不相关,则合成标准不确定度为:
uc= c2(EX)u2(EX)+c2(V0)u2(V0)+c2(d)u2(d)+c2(EU)u2(EU)+c2(Ei)u2(Ei)≈91.76V/m
相对合成标准不确定度为:
ucrel=(91.76V/m)/(4000V/m)≈2.3%
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A.4 扩展不确定度
取包含因子k=2,则扩展不确定度为:
Urel=kucrel=4.6% (k=2)
换算为分贝(dB)表示为:
U =20lg(1+Urel)=0.39dB(k=2)
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附录B
校准原始记录格式
低频电场测量仪校准原始记录
证书编号:
送校仪器信息:
委托单号送校单位
名 称制造单位
型号/规格出厂编号
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):
JJF2234—2025 《低频电场测量仪校准规范》
校准所使用的主要测量标准:
名 称测量范围
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
(YYYY-MM-DD)
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低频电场测量仪校准原始记录
证书编号:
校准结果记录
外观及工作正常性检查
项目检查结果
外观
工作正常性
1. 工频电场强度示值误差
设定频率50Hz
设定电场强度
V/m
仪器示值
V/m
示值误差
dB
扩展不确定度
(k=2)
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低频电场测量仪校准原始记录
证书编号:
校准结果记录
2. 频率特性
设定频率
Hz
设定电场强度
V/m
仪器示值
V/m
示值误差
dB
扩展不确定度
(k=2)
参考频率(Hz);参考频率场强示值(V/m);
最大场强示值对应频率(Hz);最大场强示值(V/m);
最小场强示值对应频率(Hz);最小场强示值(V/m);
频率平坦度: (dB);扩展不确定度(k=2)。
3. 各向同性
设定频率50Hz
设定电场强度
V/m
X 轴向示值
V/m
Y 轴向示值
V/m
Z 轴向示值
V/m
最大场强amax: (V/m);最小场强amax: (V/m);
各向异性A : (dB);扩展不确定度(k=2)
校准员: 核验员: 校准日期: 年 月 日
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附录C
校准证书内页格式
证书编号××××××-××××
<校准机构授权说明>
校准结果不确定度的评估和表述均符合JJF1059.1的要求。
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):
JJF2234—2025 《低频电场测量仪校准规范》
校准所使用的主要测量标准:
名 称测量范围
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
(YYYY-MM-DD)
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证书编号××××××-××××
校准结果
1. 工频电场强度示值误差
设定频率50Hz
设定电场强度
V/m
仪器示值
V/m
示值误差
dB
扩展不确定度
(k=2)
2. 频率特性
设定频率
Hz
设定电场强度
V/m
仪器示值
V/m
示值误差
dB
扩展不确定度
(k=2)
参考频率(Hz);频率平坦度: (dB);扩展不确定度(k=2)
第×页 共×页
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JJF2234—2025
证书编号××××××-××××
校准结果
3. 各向同性
设定频率
Hz
设定电场强度
V/m
各向同性
dB
扩展不确定度
(k=2)
———以下空白———
说明:
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
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附录D
平行板电场装置结构、尺寸及其他要求
D.1 平行板电场装置的边缘效应
只要平行板的间距相对于平行板的尺寸来说足够小,平行板装置就可以产生用于校
准,可确定大小和方向的均匀场区域。平行板电场装置的边缘效应如图D.1所示。图
中平行板电场装置为半无限大平行板,只在一侧具有边缘。V0为平行板上的电压,d
为平行板间距,均匀的电场强度为E0=V0/d,x 为两平行板中间从平行板边缘算起的
距离。
图D.1 平行板电场装置的边缘效应
半无限大平行板中间电场强度归一化值(实际值与基准值的比,无量纲)E/E0的
大小对从平行板边缘算起的距离的归一化值x/d 的数据如表D.1所示。从数据中可以
看出,当距离平行板边缘的距离等于平行板间距时,可忽略边缘效应,平行板电场装置
产生的电场是均匀的。
表D.1 处于平行板电场装置中间的归一化值
x/d E/E0
0.0698 0.837
0.1621 0.894
0.2965 0.949
0.4177 0.975
0.6821 0.995
0.7934 0.997
1.0000 0.999
D.2 平行板电场装置的结构和尺寸
平行板电场装置由两块金属平板构成,或是在框架内紧密编织的金属网平面(织孔
尺寸约1mm)构成,金属平板或金属网平面的形状可以是正方形或是圆形。两块平行
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JJF2234—2025
板可以水平放置,也可以竖直放置。平行板的安装方式无固定要求。平行板电场装置平
板尺寸和平板间距由被校低频电场测量仪传感器的尺寸决定,如图D.2所示。
(a)水平放置平行板电场装置(b)竖直放置平行板电场装置(c)低频电场测量仪
传感器
图D.2 平行板电场装置、电场传感器结构示意
各个尺寸须满足下列关系:
L≥2×d
d≥3.3×D
式中:
L ———正方形平行板边长或圆形平行板直径;
d ———平行板间距;
D ———被校低频电场测量仪传感器对角线尺寸。
平行板间距的确认方法,在下板确定一个边长10cm 的正方形(边长与被校低频电
场测量仪传感器边长相近),在正方形上下左右、四个顶点及中心布点(米字形布点),
分别使用激光测距仪测量两平板间距,并取平均值记为平行板间距。
为校准传感器尺寸更大或更小的低频电场测量仪,平行板的尺寸、间距可以按比例
放大或缩小。
D.3 平行板电场装置结构的要求
平行板电场装置由结构造成偏差须小于1%。确认方式为:在平行板电场装置几何
中心,确定一个边长为10cm 的平面(不小于被校低频电场测量仪传感器的边长),如
图D.3所示。采用试验方法,保持平行板上施加的电压不变,使用一个小型低频电场
测量仪(体积小于或等于被校低频电场测量仪的1/3),分别测量中心位置和四个顶点
位置的电场强度,计算四个顶点位置相对中心位置的最大偏差。如果该最大偏差小于
1%,则该平行板电场装置满足试验要求,无须另外考察两块平行板的平行度以及单块
平板的平整度。
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图D.3 平行板电场装置结构影响的测量
平行板电场装置由结构造成的偏差已包含在平行板电场装置场均匀性引入的不确定
度评定中,不再单独评定。具体评价步骤参照附录A不确定度评定示例。
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