【国家标准(GB)】 冲击试验用示波器和峰值电压表

UDC 621.317.75
中华人民共和国国家标准
GB 81389
冲击试验用示波器和峰值电压表Oscilloscopes and peak voltmeters for impulse tests198902--22发布
1989-10-01实施
国家技术蓝督局发布
中华人民共和国国家标准
冲击试验用示波器和峰值电压表Oscilioscopes and peak yoltmcters for impulse tests本标准参照采用国际电工标准IEC790-84。1主题内容与适用范围
本标准规定了冲击试验用示波器和峰值电压表的技术要求和试验方法。本标准适用于测量冲击电压及冲击电流模拟量的示波器和峰值电压表。2一般定义
2.1传输特性
GB 813—89
传输特性是指仪器的输出量和输人量的关系，通常用频率的函数或时间的函数表示，可通过试验求出传输特性，并且常表示成以常数部分作为单位值的频率响应或方波响应的标准形式。示波器的方波响应的前沿从稳态幅值的10%到90%所经过的时间定义为上升时间，用1，表示。示波器的频率响应特性用带宽或上、下限截止频率来表示，上，下限截载止频率定义为对正弦输入信号的幅频响应曲线的常数部分下降3dB(0.707)处的频率，带宽为上限频率后与下限频率的差。峰值电压表的传输特性，是在特定冲击波形下，仪器的输出量和输入量的关系。仪器的传输特性包括仪器内衰减器的影响。2.2刻度因数
刻度因数是仪器单位刻度所代表的输人信号之测量值信号引起的刻度读数乘刻度因数就得到输，人信号测量值。刻度因数包括仪器内衰减器的衰减倍率。2.3偏转系数
偏转系数是示波器的垂直方向或水平方向单位光迹偏转值所代表的被测量的测量值。2.4刻度因数和偏转系数的标称值在某一档位上，由制造厂给出或由校验确定的刻度因数或偏转系数值称为该位置的标称值。如果仪器是线性的，则在整个刻度内或全屏范围内，刻度因数或偏转系数的标称值为常数。如果只在刻度或屏幕的有限部分内，实测值对标称值的变化不超过规定值，且测量只在这一范围内进行时，仪器仍可认为是线性的。这一部分的偏转系数和刻度因数的标称值就由这一部分实测偏转系数和刻度因数的平均值确定。2.5线性度
同一档位上刻度或屏幕上各点的实际偏转系数或刻度因数对标称值的最大偏差称为非线性。非线性可用这一偏差对标称值的比值即用相对误差来表征，这一比值称为线性度。2.6稳定度
仪器性能随时间的变化称为不稳定性，一般用偏差与相应量的标称值的比即相对误差表示之，这一比值称为稳定度。稳定度应在基准条件下测定，2.7测量屏幕区或测量刻度范围
测量屏幕区或测量刻度范围是整个屏幕或刻度内的一部分，在这一部分内可获得规定的准确度。此准确度和测量范围由制造厂给出或由校验确定，2.8额定偏转或额定刻度
中华人民共和国机械电子工业部1988-08-10批准1989-10-01实施
GB 813-9
测量屏区或测刻度范围内的最大偏转和最大刻度值，定义为额定偏转或额定刻度，2.9有效屏幕区或有效刻度范围
能获得5.3条所规定的准确度的测量屏幕区域或测量刻度范围称为有效屏幕区和有效刻度范围。在有效区或范围外亦可进行测盘，但准确度降低。2.10记录速度
记录速度是指在一定使用条件下，示波器的光点在照相底片上能显出可见迹线的最高速度，2.11预热时间
在基准条件下，仪器通电后达到正常工作状态的时间称为预热时间。在温度较低、湿度较大等不利工作条件下，为保证测量准确度，可以适当延长预热时间，2.12绝对误差和相对误差
绝对误差是指测量值与比较值的差。相对误差是绝对误差与比较值的比值，常用百分数表示。比较值可以是真值或约定真值，
2.13仪器的单项误差和总误差
仪器的单项误差是由仪器的某一规定参基或特性所引起的测量误差，仪器的总误差为仪器所有单项误差的累积（对数字峰值电压表还包含土1个字的附加误差）：它不包括对仪器读数进行的已知校正。单项误差和总误差都可用绝对值或相对值表示，3工作条件
3.1基准条件
必须在表1规定的基准条件下测定仪器的各项性能特性，并检验仪器的基本准确度。表1交流供电时的基准条件
环境温度
环境相对湿度
电源电压缆
电源频率
3.2正常使用条件
20 ℃
45% ~ 75%
220 V(有效值)
允许偏差
±2℃
±1%(有效值)
±2%(峰值)
仪器在表2规定的使用条件范围内应能正常工作，并且满足准确度的要求，表2正常使用条件范围
环境温度
环境相对湿度
电源电压
电源率
10%～90%
±10%（有效值)
220V(有效值）
±12%(峰值)
50 Hz ± 5%
注：正带使用海拔高度范围由制造厂规定、GB 813-89
应采取适当措施防护电源电压上可能叠加的影响仪器工作的瞬态过电压，不在正常使用条件下使用仪器时，应采取一定措施并通过试验证明仪器仍能达到的性能指标。用电池直接供电时，仪器及电池应能在正常使用环境条件下使用，并应由制造厂规定在基准温度和极限正带使用环境温度下的使用时间及电池的正常使用电压范围。4性能要求
4.1工作性能试验
仪器制造部门应通过全面性能检验试验来提供仪器的全部工作性能数据，使用部门应该校验仪器性能是否满足规定的要求，并对运行中的性能随时间的变化进行校验和修正。校验试验分为长期和短期两类：长期校验定期进行，通常一年一次；短期校验是为了获得准确的冲击测量数据，可不定期地经常进行，甚至每天校验一次。试验项目见5.5条及6.4条。大修后的性能校验试验，除需重新测定受影响的性能项目外，还需增加为保证仪器能正常工作的试验项目，性能试验方法见5.5条及6.5条。试验结果应写人试验报告。4.2对输入阻抗的要求
冲击测量仪器通常是通过测量电缆与分压器或分流器连接，与电阻分压器或分流器连接时，输人阻抗值等于电缆的波阻抗；与电容分压器或阻容分压器连接时，输人阻抗应尽可能高。一般情况下，等效输人阻抗可以由不小于1MQ的电阻与小于50pF的电容并联；同时仪器一般应具备内部或外部阻抗变换器，以便得到与电缆波阻抗相同的输人阻抗。注：必须注意，在配合电容分压器测盘持续时间很长的冲击波时，由于仪器输人阻抗不够大，因而分压器低压臂的时间常数与冲击波持续时间相比不够长，分压比及测量系统刻度因数将不能认为是恒定的，但只要在被测冲击的半蜂值时间内分压比在5%范围内变化，就足以满足在被测冲击到达峰值的时间内分压比恒定(变化不超过 1%。见 GB 311.4)的要求。5冲击试验用示波器
5.1技术要求
专门设计用于冲击测量的高压示波器和采取了适当防护措施并具有单次扫描功能的通用示波器，都可以作为冲击试验用示波器，高压示波器的输人端与偏转板之间通常不装放大器，而只有无源元件。它的记录速度高，抗干扰能力强，并具有与冲击发生器同步触发的单次扫描功能。通用示波器（包括探头）的性能必须满足本标准规定的要求才能用来记录冲击电压或冲击电流，并应采取必要的保护措施和抗干扰措施(见附录C)。垂直偏转的测量准确度比水平偏转的测量准确度高：规定用垂直偏转记录电压或电流，用水平偏转作时间扫描；也可由一个偏转板记录电压，一个偏转板记录电流。示波器内部应备有校验垂直偏转灵敏度的电压标度信号（幅标）和校验扫描速度的时间标度信号（时标），或装置校正过的刻度网格或两者兼备，垂直偏转系数的校验可以包括也可以不包括仪器内衰减器，
5.2对测量准确度的要求
由示波器引起的测量总误差应满足以下规定：冲击电压(电流)峰值测量误差不大于2%;时间测量误差不大于4%
注：如果与总误差有关的单项误差是互相独立的随机盘，统计的总误差E，为：3
GB 813—39
E,+'e +ei +.+e?
误差大于E，的概率为5%。可认为这样估算出的是圾大误差。单项误差的允许极限见5.3条。只要总误差满足要求，允许个别的单项误差超过5.3条所要求的极限值。5.3对示波器特性的要求
5.3.1对传输特性的要求
8.示波器的方波响应须满足下述要求：上升时间应满足式(1)：
t, ≤ 2元fmaz
且t<0.03T
式中：m——可能出现在冲击试验的试品上的最高振荡频率；(1)
T。一—一预期测量的最短裁断时间，其定义见GB 311.3《高电压试验技术第3部分：试验程序》
同时，方波响应的衰减时间常数T。应不小于100T或单位方波响应的衰减在4T，时间内应不大于0.04(即方波响应的幅值最多下降至0.96)；T，为预期测量的最大冲击波半峰值时间，其定义见GB311.3.
注：示波器的方波响应具有振荡时，方波响应的过冲应小于10%。b。上限截止频率至应不小于2fmx下限载止频率应不大于0.005／T25.3.2对偏转系数校正器准确度的要求用于例行校验的内部或外部校正器的校验信号应在被显示的情况下进行检验。幅标电压的误差应不大于0.5%，时标信号的误差应不大于1%.5.3.3对线性度的要求
只有一个幅标电压（一根幅标迹线，零线除外)和只有一个时标间隔时，将只能定出一个垂直或水平偏转系数，这时垂直偏转的线性度应不大于1%，水平偏转的线性度应不大于2%如增加幅标电压的级数或时标间隔的密度，可减小因非线性引起的测量误差，对线性度的要求可以放宽线性度相同的示波器，增加幅标电压的级数和时标间隔的密度，可以减小总误差，注：应尽量减小几何畸变，以减小它所引起的非线性。5.3.4对稳定度的要求
工作条件不变时，示波器偏转系数的稳定度应不超过表3所列数值。表3对稳定度的要求
每次照相都用校正器
垂直显示
水平显示
短期稳定度
长期稳定度
短期定度
长期稳定度
不适用
不适用
不是每次都用校正器%
不适用
不适用下载标准就来标准下载网
示波器预热后，每张示波图都有幅标和时标时，至少在30min内的短期稳定度应满足上述要求；不是每张示波图都有幅标和时标时，在连续使用示波器的时间内，至少应校验两次，两次校验之间的稳定度应满足长期稳定度的要求，否则至少应在8五内满足长期糍定度要求，若用仪器内校正器校验时不包括仪器内衰减器，则长期稳定度的周期应更长，例如一年。4
制造厂应保证表3所列的稳定度指标.5.3.5对直流电源电压脉动的要求GB 813—89
在直流电压的任何脉动周期内，脉动引起的偏转系数的变化不能大于0.5%，5.3.6对记录迹线宽度的要求
在所有规定使用条件下，记录迹线的宽度一般应不超过额定偏转的2%，5.3.7对示波图读图过程的误差的要求示波图读图过程引起的误差不应超过额定偏转的1%，5.3.8干扰的允许极限
示波器应进行抗干扰能力试验干扰引起的对基准线的偏转应不大于预期偏转的1%。只有确证干扰不影响测量准确度时才允许超过1%的偏转。5.4性能测试项目
5.4.1检验要求
由制造厂提供的或由用户进行校验确定的技术数据，应符合SJ945《电子测量仪器质量检验规则》的规定.下述性能指标项目对冲击测量用示波器特别重要：偏转系数的标称值及额定偏转；a.
偏转系数的稳定度；
c． 偏转系数的线性度；
d.扫描时间范围；
e．屏幕有效区；
f.传输特性；
仪器内校正器(如具有)的准确度；g.
仪器内衰减器(如具有)的稳定度；i。垂直偏转放大器(如具有)的性能；j，抗干扰能力；
k，最大输人电压及持续时间；
1．脉动对偏转系数的影响，
5.4.2使用要求
使用期间应进行下述项目的长期性能校验试验和短期校验试验，长期校验试验项目：
校正器的准确度；
b．屏幕有效区；
c。线性度(垂直及水平);
d.偏转系数的稳定度；
e.传输特性，
短期校验试验只校验偏转系数，5.5性能试验
下述性能试验是为了测定可能引起测量误差的仪器的某些特性，5.5.1校正器推确度的确定
内部幅标电压为直流电压时，用高准确度的直流电压表直接测量幅标电压，可以得到高于0.5%的校正器准确度，例如0.1%。也可用准确度满足要求的直流电压与被显示的幅标电压相比较的方法进行检验。
时标通常为正弦振荡、方波或衰减脉冲将准确度已知的时标信号接到垂真输人，与被显示的内GB 813—89
部时标信号进行比较检验；也可采用足够准确的数字频率计直接测盘被显示的内部时标的频率，5.5.2偏转特性测定
偏转特性包括偏转系数及线性度。测定的方法是向示波器输人一系列已知的、且准确度满足要求的信号，然后测量所产生的偏转，5.5.2.1垂直偏转特性的测定
向示波器输人一系列幅值已知的电压，测所产生的垂直偏转。输人电压的范围应能产生10%～100%额定偏转；零线上应无时标，以免偏离真实零位。输人电压级数视偏转的线性度而定：对于基本上是线性的仪器，可施加8~10级电压；如发现用8~10级电压测盘不能满足5.3条中的准确度要求，必须增加电压级数，
应尽基采用直流电压作校验电压，如果仪器输人阻抗较低，为避免直流校验电压源或仪器输人电路过载，可采用脉冲电压，脉冲顶部应有一平直的水平部分，此部分的电压幅值应已知准确。水平部分的宽度应占屏幕的大部分。如果水平部分仅占屏幕的一小部分，脉冲波形应可以横向移动，以便能在整个屏幕内进行测定（考虑几何失真影响）。全屏测定只是在第一次检验或更换示波管后才需要，平常只需在一个脉冲位置上进行校验。两个极性都要测定。
测定时，亮度和案焦旋钮的位置应固定，但应检查旋钮位置变化对偏转系数的影响。5.5.2.2水平偏转特性的测定
将一准确的时标发生器的信号或一频率已知准确的正弦信号接人垂直偏转系统，然后测量沿水平轴的偏转。应根据线性度情况来确定所需时标间隔密度或正弦信号频率，以满足5.3条中的准确度要求。测定水平偏转特性时应该用单次扫描。若亮度、聚焦调节对偏转有影响，应记下旋钮的位置，5.5.3传输特性的测定
采用GB311.5《高电压试验技术第5部分：测盘装置使用导则》所描述的低压方波发生器测量示波器的方波响应，是确定其传输特性的一种方法，作法是将方波发生器直接接到仪器（包括衰减器）的输人端，或通过远配电逛接到仪器的测量电续输人端：这样得到的是整个仪器真实的响应波形。传输特性应满足5.3.1条的要求。5.5.4内部衰减器特性的测定
5.5.4.1衰减倍率的测定
可按照GB311.5所述校验分压比的方法确定衰碱倍率，各衰碱档均应进行测定，5.5.4.2衰减器传输特性的测定
将5.5.3条所述低压方波发生器接人衰碱器输人端，用高输人阻抗的宽带示波器测量其输出波形，各档的传输特性均应足以保证衰减器与示波器的综合传输待性满足5.3.1条的要求。5.5.5有效屏幕区的确定
有效屏幕区与单项误差的大小、幅标电压级数与迹线位置、时标间隔密度和位置有关。例如，若有关单项误差达到5.3条规定的极限值，并只有零线和一条幅标迹线，且此幅标迹线接近额定偏转的一半时，有效的垂直偏转应限制在0.5～1倍的额定垂直偏转范围内．同样，若只有一个时标间隔，且位于全屏扫描的中央部分时，有效的水平偏转应限制在全屏扫描的0.3～1的范围内：上述范围为有效展基区，如图1所示，在有效屏幕区内，电压与时间的测量误差可满足5.2条的要求。
若幅标迹线多于1条或时标间隔多于1个，在图1规定的有效区域内测量时，单项误差允许超过5.3条的规定值。若单项误差不超过5.3条规定的极限值，可以增大屏幕有效区；但有效垂直偏转扩大到显著低于0.5的区域，水平有效偏转扩大到显著低于0.3的区域时，则应减小读图误差，可以在有效屏幕区外进行测量，但准确度降低，6
5.5.6抗干扰能力试验
GB 813--89
水平有效屏幕区，时间测量课整不大于4. 0%0.3
图1屏幕有效区域
要直有效环幕区,
电压（电流）测量
误差不大于2.0%
仪器制造部门应对示波器进行下述四项抗干扰能力测试。包括示波器在内的整个测量系统，在实际试验条件下的于扰水平检验试验可由使用部门进行，试验方法见附录B。5.5.6.1电源电压上叠加瞬态量的试验瞬态量波形可为上升时间不大于100ns的初始脉冲叠加一频率为100kHz以上的衰减振荡.试验线路如图2所示。其开路充电电压U。应不小于5kV，短路电流不小于200A,U。
接电源
5.5.6.2电磁场干扰试验
图2电源电压登加瞬态量试验线路接地端
仪器对10kV/m和1000A／m的快速变化电场和磁场应具有有效的屏蔽.可以采用图3表示的试验线路，用电容器通过球隙放电产生干扰电磁场．这一线路可分别产生上升时间约50ns的方波电压及频率约0.5MHz的衰减振荡电流。5.5.6.3双线示波器的线间干扰试验对双线示波器，应在示波器的一条射线产生满屏偏转的条件下记录另一条射线感应出的偏转，扫描速度取10us左右，
5.5.6.4触发干扰试验
应在两种情况下进行触发干扰测试。第一种是示波器输人端不加信号并且开路(无测量电缆)，时间扫描取10 us 左右，在一定的触发信号波形及给定的最大允许触发电压下记录扫描迹线。第二种是在示波器输人端施加1～5MHz的正弦电压，其幅值应能产生全屏的5%～10%的垂直偏转，时间扫描也取10us左右，在上述触发电压下记录正弦振荡的波形以观察水平扫描中的干扰。7
GB 813--89
接地金属板
仪器翁近引线端部
图3电磁场干扰试验
Z-待性阻抗；C=20 nF;L=5m；h=1m电场试验时：U=40 kV(R=Z);磁场试验时：U。=100 kV(R=0)5.5.6.5千扰试验的评价
上述四项干扰试验中，若干扰引起的垂直偏转均在额定偏转的1%以内，或记录的正弦振荡波形的畸变可以忽略，则仪器的单项抗干扰能力是满意的。未通过单项干扰试验时，表明仪器不适用，但是单项干扰试验合格并不能保证仪器在实际冲击试验线路下可以满意地工作5.6波形测量方法
示波器的线性度满足要求时，可用一条幅标迹线来确定电压幅值线性度要求不能严格满足时，为保证示波图幅值读数的准确度，可在相同扫描速度下在一张示波图上同时记录5条迹线，如图4所示．这5条迹线是：迹线1—一被测电压迹线，迹线上的最大垂直偏转为Dp；迹线 2时标迹线；
迹线3——一没有输人信号时的迹线(零线);迹线4—幅标电压U,的迹线，其偏转为 Dt，D,小于Dp；迹线5-—幅标电压U的迹线：其偏转为D2，Dz大于DpD,和D,应尽可能接近D，
偏转系数的短期稳定性满足要求时，只需在少数示波图中包含迹线4及5，或者只在第一张和最末一张示波图中包含迹线4及5.
被测电压峰值按式(2)确定：
波形时间由式(3)确定：
Uz- Ul(Dp- Di)
T-T)(L-Li)
6冲击试验用蜂值电压表
6.1技术要求
迹线1
迹线3
GB 813--89
迹线5
迹线4
一迹线2
图4示波器测量程序实例
专门为测量冲击电压设计的冲击择值电压表和采取了适当防护措施的通用峰值电压表，都可用于测量冲击电压的峰值，
冲击峰值电压表测量的是冲击电压的最大蜂值。当冲击电压波峰上无振荡和过冲时，才可单独用蜂值表测冲击电压幅值。否则，峰值表的读数有可能不代表试验电压的幅值，此时，峰值电压表必须和示波器并联使用，并根据GB311.3·的定义来确定是否应对蜂值表的读数进行修正。蜂值表的显示可以采用数字显示或模拟刻度指示。如果趋值表带输人探头，探头应该作为仪器的组成部分、6.2准确度要求
冲击蜂值电压表的准确度要达到1级，这样，大于二分之一满盘程的范围内，测量冲击电压（或电流蜂值的误差不会超过2%，可以满足GB311.4的要求。注：单项误差的允许极限见6.3条规定，统计的总误差E，的估算参见5.2条的注。只要总误差满足要求，允许个别的单项误差超过本标准6.3条所要求的极限值。6.3对冲击蜂值电压表性能的要求6.3.1校正器准确度
用于刻度因数例行校验的内部或外部校正器的被显示校验信号的误差不应超过0.5%。6.3.2线性度
如果只有一个校验电压(零电压除外)，线性度应不大于1%。具有几个校验电压时，允许的线性度值可以增大。
6.3.3稳定度
GB 813-89
两次校验期间，刻度因数的变化不应超过1%。6.3.4·储存时间
复位前指示值应维持不变。如指示值缓慢衰减，制造厂必须给出衰减不大于显示值的0.5%的时间范围，且一般应大于 5s,
6.3.5传给转性
传输特性引起的测量误差与波形有关：应该采用与实际冲击波形相同的各种双指数单次冲击，用实验来确定测量误差。这些波形应盖仪器的使用范围不能用方波响应法和频率响应法。测量GB311.3中规定的冲击全波和波尾截断冲击时，传输特性引起的误差应不大于幅值的1%；适用的波形范围由制造厂提供，测量波前截波时，传输特性造成的误差应不大于3%。适用的截断时间范围由制造厂提供。
6.3.6干扰的允许极限
电磁干扰引起的测氧误差必须小于6.2条规定的量总误差。制造厂应明确指出仪器是否适于测量截波。6.4性能测试项目
6.4.1检验要求
由制造厂提供的或由用户进行校验确定的技术数据应符合SJ945的规定，下述性能指标项目对冲击测量仪器待别重要：
，刻度因数；
b.有效刻度范围;
数字位数(如用数字显示);
传输特性；
校正器(如具有)的准确度：
仪器内衰减器(如具有)的稳定度；f
g，刻度因数的稳定度；
刻度因数的线性度；
储存时间(如果需要);
i抗干扰能力；
k．最大输人电压及持续时间；
1．适用波形范围.
6.4.2使用要求
使用期问应进行下述项目的长期性能校验试验及短期校验试验长期校验试验项目：
8 校正器准确度;
b.储存时间(如果需要);
c．线性度，
短期校验试验只校验刻度因数，6.5性能试验
下述性能试验是为了测定可能引起测盘误差的仪器的基些特性。6.5.1内部校正器准确度的确定
可将被显示的校验电压与准确度已知的电压相比较以进行检验。也可用精密仪器测量被显示的校验电压来进行检验，该精密仪器的输人阻抗应高到足以不影响校验电压。10
GB 813-89
6.5.2刻度因数、可用刻度范围及线性度的测定在输人端施加一系列已知幅值的冲击电压，记下相应的读数。输人冲击的波形要接近预期使用范围的中间值，并具有两种极性。输入电压的幅值应能产生10%到满刻度的读数。在上述范围内，应视线性度的情况将输人电压幅值分为几级，6.5.3传轮特性的测定
应该用两种极性的单次脉冲来确定传输特性。所用波形范围应是峰值表实测波形范围。可以在高压冲击下与示波器同时测盘幅值并进行比较，以确定传输特性，所用示波器必须已经进行过准确的校验，且其上限截止频率至少应为20MHz.如果校验信号是在减器后引人时，对妄减器的传输特性要进行单独检验，6.5.4衰减器性能的测定
测定方法与示波器用衰减器的测定方法相同，见5.5.4条规定，6.5.5抗于扰能力试验
制造部门应通过试验提供在蜂值表的适用波形范围内，尤其是在截波下的抗干扰性能，单项抗干扰能力试验包括电源干扰和电磁场干扰两项。试验方法与5.5.6.1及5.5.6.2条相同，峰值表在实际测量系统中的干扰水平检验方法见附录B。6.6测量方法
应选取合适的衰减档，使测量在有效刻度范围内进行。校验应在与被测电压的幅值和波形相接近的情况下进行，应在加冲击波后尽可能短的时间内读数，读数时间应不超过制造厂规定的允许时间！11
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