JJF 2267-2025 场磨式大气电场仪校准规范

　　中华人民共和国国家计量技术规范

JJF2267—2025

场磨式大气电场仪校准规范

CalibrationSpecificationforRotating-vaneAtmosphericElectricFieldMeters

2025-06-11发布2025-12-11实施

国家市场监督管理总局 发布

归口单位:全国气象专用计量器具计量技术委员会

主要起草单位:航天新气象科技有限公司

参加起草单位:中国气象局气象探测中心

本规范委托全国气象专用计量器具计量技术委员会负责解释

本规范主要起草人:

秦晓凯(航天新气象科技有限公司)

边泽强(中国气象局气象探测中心)

参加起草人:

周 琦(航天新气象科技有限公司)

韩莹清(航天新气象科技有限公司)

崇 伟(中国气象局气象探测中心)

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 术语………………………………………………………………………………… (1)

3.2 计量单位…………………………………………………………………………… (1)

4 概述…………………………………………………………………………………… (1)

5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)

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………………………………………………………………… (3)

7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (3)

7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (4)

8 校准结果……………………………………………………………………………… (4)

9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (5)

附录A 电场强度校准原始记录内容………………………………………………… (6)

附录B 电场强度校准证书内页参考格式…………………………………………… (7)

附录C 大气电场仪电场强度示值误差的不确定度评定示例……………………… (8)

 

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》和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

的基础性系列规范。

本规范为首次发布。

 

1 范围

本规范适用于测量范围为(-100~100)kV/m 的场磨式(或旋转式)大气电场仪

(以下简称大气电场仪)的校准。

2 引用文件

本规范引用了下列文件:

JJF1001—2011 通用计量术语及定义

QX/T566—2020 场磨式大气电场仪

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 术语和计量单位

3.1 术语

3.1.1 大气电场 atmosphericelectricfield

存在于大气中而与带电物质产生电力相互作用的物理场。

注:用表征大气电场强弱和方向的电场强度来描述,方向垂直向下的大气电场规定为正电场,

方向垂直向上的大气电场规定为负电场。

3.1.2 电场发生器 electricfieldgenerator

由金属屏蔽罩保护的两块相互平行的金属极板构成,通过在极板上施加直流电压可

在极板间产生均匀电场的装置。

3.2 计量单位

计量单位为伏特每米(V/m),或是它的十进制倍数单位。

4 概述

大气电场仪通过测量地面大气电场强度和方向的变化,可以反演出高空云层电场的

变化,对局部地区的雷电进行预警。大气电场仪主要由大气电场传感器、数据采集处理

单元、通信单元、供电单元及结构部件等组成,其结构示意图如图1所示。大气电场传

感器包括转子、定子、屏蔽片、电机、信号处理电路等部件,其内部结构示意图如图2

所示。大气电场仪是利用导体在电场中产生感应电荷的原理来测量电场强度和方向的。

当大气电场传感器内的转子旋转时,使定子交替地暴露在电场中或被转子所遮挡,从而

产生交变信号输出,经处理后给出反映到被测电场强度和方向及运行状态的参数。

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图1 大气电场仪结构示意图

1—大气电场传感器;2—结构部件;3—数据处理、通信、供电单元

图2 大气电场传感器内部结构示意图

1—电机;2—信号处理电路;3—基座;4—屏蔽片;5—定子;6—转子

5 计量特性

计量特性为电场强度示值误差。

测量范围:(-100~100)kV/m。

最大允许误差:± (E×3%+20V/m)。

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注

1 E 表示电场强度实际值。

2 以上技术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

环境温度:(23±5)℃。

相对湿度:35%~80%。

6.2 测量标准及其他设备

大气电场校准装置一般由电场发生器、直流高压发生器、直流电压表、计算机等设

备组成,组成示意图如图3所示。校准装置的最大允许误差绝对值(或扩展不确定度)

应不大于被校大气电场仪最大允许误差绝对值的1/3。

6.2.1 电场发生器

上极板中心应具有一个用于放置大气电场传感器的开孔。极板间距(d)至少是开

孔直径的1.5倍,极板的直径至少是极板间距的4倍。金属屏蔽外罩距离极板边缘至少

是极板间距的2倍。极板间距的允许误差应不超过标称间距的±0.1%。

6.2.2 直流高压发生器

直流高压发生器的电压(U)输出范围应满足电场调节范围-100kV/m ≤U/d ≤

100kV/m,短期稳定度(5min内)应不超过设定输出电压值的0.1%。

6.2.3 直流电压表

电压测量范围应覆盖直流高压发生器的稳定输出范围,最大允许误差应不超过

±0.5%。

图3 大气电场仪校准装置组成示意图

7 校准项目和校准方法

7.1 校准项目

校准项目为电场强度示值误差。

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7.2 校准方法

7.2.1 校准前准备

校准前应先进行外观检查,大气电场仪不应有影响计量性能的锈蚀或损伤,应确保

大气电场仪与电场发生器接地良好。

将大气电场传感器固定在上极板中心的开孔处,如有需要应配置专用夹具,如图3

所示。大气电场传感器感应端面应与上极板内表面平齐,在校准前大气电场仪应充分预

热,一般不少于20min。

7.2.2 校准点的选取

校准点应覆盖全量程(包含测量范围的上、下限),还应兼顾量程内的均匀性,同

时考虑被校大气电场仪说明书中对校准点的建议,并可根据实际情况和送校单位的要求

选取校准点。

建议在-100kV/m、-50kV/m、-20kV/m、-10kV/m、-5kV/m、-0.5kV/m、

-0.1kV/m、0.1kV/m、0.5kV/m、5kV/m、10kV/m、20kV/m、50kV/m、100kV/m

中优先选取,正、负场强值对称选取,一般不得少于6个校准点。

7.2.3 电场强度的示值误差

从最低校准点开始,调节直流高压发生器至与校准点对应的电压值,在每个校准点

上稳定3min后,记录直流电压表的电压值,并计算出标准电场强度,计算方法见公

式(1)。连续读取并记录4次被校仪器的示值,以4次示值的算术平均值作为被校仪器

的电场强度示值,并计算示值误差,计算方法见公式(2)。将测量和计算结果记入

附录A 中。

Esi=Usi/d (1)

式中:

Esi———各校准点的标准电场强度值,kV/m;

Usi———各校准点直流电压表的测量电压值,kV;

d ———电场发生器极板间距,m。

ΔEi=Ei-Esi (2)

式中:

ΔEi———各校准点的电场强度示值误差,kV/m;

Ei———各校准点上4次电场强度示值的平均值,kV/m。

8 校准结果

校准结果应在校准证书上反映(校准证书内页格式参考附录B)。校准证书应至少

包括以下信息:

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;

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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应用有关时,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) 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性的声明;

p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。

9 复校时间间隔

建议大气电场仪的复校时间间隔为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用

情况、使用者、仪器本身质量等诸多因素决定的,因此送校单位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

电场强度校准原始记录内容

校准点

kV/m

电压值

kV

标准值

kV/m

测量值

kV/m

1 2 3 4

平均值

kV/m

示值误差

kV/m

扩展不确定度

(k=2)

极板间距

m

校准员: 核验员: 校准日期:

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附录B

电场强度校准证书内页参考格式

校准点

kV/m

标准值

kV/m

示值

kV/m

示值误差

kV/m

扩展不确定度

(k=2)

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附录C

大气电场仪电场强度示值误差的不确定度评定示例

C.1 概述

依据大气电场仪校准规范中电场强度的校准方法,将被校大气电场仪放入满足本规

范要求的校准装置中进行校准。选择一台测量范围(-100~100)kV/m 的大气电场

仪,以10kV/m 校准点为例进行不确定度评定。

评定依据:JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》。

C.2 测量模型

ΔE=E-Es (C.1)

式中:

ΔE———被校大气电场仪电场强度的示值误差,kV/m;

E———被校大气电场仪的4次电场强度示值的平均值,kV/m;

Es———大气电场校准装置的标准电场强度值,kV/m。

C.3 测量不确定度来源

(1)被校大气电场仪测量重复性引入的标准不确定度u1。

(2)被校大气电场仪的分辨力引入的标准不确定度u2。

(3)大气电场校准装置输出的标准电场强度引入的标准不确定度u3。

(4)大气电场校准装置的数据修约引入的标准不确定度u4。

C.4 标准不确定度的评定

C.4.1 被校大气电场仪测量重复性引入的标准不确定度u1

采用A类方法评定,以10kV/m 为例,用极差法求出实验标准差,测量的4次数

据见表C.1。

表C.1 被校大气电场仪10kV/m 的重复性测量数据

测量次数1 2 3 4

测量值Ei/(kV/m) 10.02 10.02 10.01 10.01

标准值Es/(kV/m) 10.00

误差值ΔE/(kV/m) 0.02 0.02 0.01 0.01

单次测量结果的标准差,按公式(C.2)计算:

s(xi)=R/C=0.01kV/m

2.06 ≈0.005kV/m (C.2)

式中:

s(xi)———单次测量结果的实验标准差;

R———极差;

C———极差系数,当测量次数为4时取2.06。

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实际以4次测量值的算术平均值作为测量结果,标准不确定度按公式(C.3)计算:

u1=s(xi)

4 =0.002kV/m (C.3)

C.4.2 被校大气电场仪的分辨力引入的标准不确定度u2

采用B类方法评定,大气电场仪在10kV/m 的分辨力为10V/m,即区间半宽度

a=0.005kV/m,服从均匀分布,则标准不确定度按公式(C.4)计算:

u2=0.005kV/m

3 ≈0.003kV/m (C.4)

C.4.3 大气电场校准装置输出的标准电场强度引入的标准不确定度u3

采用B 类方法评定,大气电场校准装置的技术指标中给出的最大允许误差为

±1%。在10kV/m 校准点的最大允许误差为±0.10kV/m,服从均匀分布,则标准不

确定度按公式(C.5)计算:

u3=0.10kV/m

3 ≈0.058kV/m (C.5)

C.4.4 大气电场校准装置的数据修约引入的标准不确定度u4

采用B类方法评定,根据测量结果,大气电场校准装置输出电场强度示值修约至

0.01kV/m,区间半宽度a =0.005kV/m,服从均匀分布,则标准不确定度按

公式(C.6)计算:

u4=0.005kV/m

3 ≈0.003kV/m (C.6)

C.5 合成标准不确定度

由公式(C.1)可得灵敏系数:

c1=∂ΔE

∂E =1,c2=∂ΔE

∂Es =-1

大气电场仪电场强度示值误差的标准不确定度汇总表见表C.2。

表C.2 大气电场仪电场强度示值误差的标准不确定度汇总表

不确定度分量来源标准不确定度分布类型灵敏系数

测量重复性0.002kV/m ——— 1

被校大气电场仪的分辨力0.003kV/m 均匀分布1

大气电场校准装置输出的标准电场强度0.058kV/m 均匀分布-1

大气电场校准装置的数据修约0.003kV/m 均匀分布-1

以上各项不确定度分量互不相关,故合成标准不确定度按公式(C.7)计算:

uc= c21u21+c21u22+c22u23+c22u24 =0.06kV/m (C.7)

C.6 扩展不确定度

取包含因子k=2,则扩展不确定度按公式(C.8)计算:

U =k×uc=2×0.06kV/m=0.12kV/m (C.8)

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