JJF 2391-2026 超声声时标准棒校准规范

　　中华人民共和国国家计量技术规范

　　JJF 2391—2026

　　超声声时标准棒校准规范

　　Calibration Specification for Reference Bars of Ultrasound Transmitted Time

　　2026‑04‑02 发布 2026‑10‑02 实施

　　国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布

　　超声声时标准棒校准规范Calibration Specification for Reference Bars of Ultrasound Transmitted Time

　　aaaaaaaaaaaaaaaaa丶

　　JJF 2391—2026

　　丶aaaaaaaaaaaaaaaaa丶

　　归 口 单 位： 全国声学计量技术委员会

　　主要起草单位： 广东省计量科学研究院广东工业大学

　　广州计量检测技术研究院

　　参加起草单位： 湖北省计量测试技术研究院

　　中国计量科学研究院

　　河南省计量科学研究院

　　本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释

　　本规范主要起草人：

　　陈 华(广东省计量科学研究院)

　　陈沈理(广东工业大学)

　　周长华(广州计量检测技术研究院)参加起草人：

　　姚秋平(湖北省计量测试技术研究院)邢广振(中国计量科学研究院)

　　李敏毅(广东省计量科学研究院)

　　朱卫民(河南省计量科学研究院)

　　引 言

　　JJF 1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、 JJF 1001—2011 《通用计量术语及定义》、 JJF 1059. 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 。

　　本规范参照了 JJG 990—2004 《声波检测仪检定规程》。

　　本规范为首次发布 。

　　超声声时标准棒校准规范

　　1 范围

　　本规范适用于超声声时标准棒的校准 ，其他类似装置也可参照执行 。

　　2 引用文件

　　本规范引用下列文件：

　　JJG 990—2004 声波检测仪检定规程

　　JJF 1001 通用计量术语及定义

　　JJF 1034 声学计量术语及定义

　　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 声时 time of transmitted sound

　　声波在介质中传播的时间 。

　　[来源： JJF 1034—2020 ， 6. 89]

　　4 概述

　　超声声时标准棒(以下简称声时棒) 是一种超声声时计量器具 ， 由各向同性的材质(如有机玻璃 、金属等材质) 制作而成的圆柱体 。超声波在声时棒中传播的时间即为声时 ，声时棒主要用于声波检测仪测量前的声时校准和调零 。

　　5 计量特性

　　5. 1 声时

　　声时最大允许误差： ±0 . 6 µs。

　　注 ：本规范中的计量特性不做合格判定 ，仅供参考。

　　6 校准条件

　　6. 1 环境条件

　　环境温度： 20 ℃~26 ℃ 。

　　相对湿度： 10%~90% 。

　　6. 2 测量标准及其他设备

　　6. 2. 1 脉冲发生/接收器

　　频率范围应覆盖 0. 5 kHz~10 MHz ， 上升时间应不大于 10 ns ， 负向脉冲电压应不

　　小于 100 V 。

　　6. 2. 2 数字示波器

　　带 宽 应 不 小 于 100 MHz ， A/D 位 数 不 少 于 8 位 (bit)， 电 压 幅 度 测 量 误 差 应 不 超过±3% 。

　　6. 2. 3 超声换能器

　　中心频率： 应大于 40 kHz 且不超过标称值的±10% ， 相对带宽相对标称值的偏差不超过标称值的±15% 。

　　7 校准项目和校准方法

　　7. 1 校准项目

　　声时棒校准项目见表 1。

　　表 1 声时棒校准项目一览表

　　7. 2 校准方法

　　校准前 ， 检查声时棒的外观 ， 表面不应有破损 、剥落 ， 两端面无明显毛刺 ， 无腐蚀 。

　　7. 2. 1 连接超声脉冲发生/接收器 、数字示波器 、超声换能器 ， 如图 1 所示 。调节超声脉冲发生/接收器的设置 ， 选择适合超声换能器频率的带宽 ; 重复频率置合适挡位 ，脉冲发射电压大于 100 V ，模式置于 “ 一发一收 ”挡 。

　　7. 2. 2 选择洁净的轻质油作为耦合剂 ，选择直径不大于声时棒直径的发射换能器和接收换能器 ， 保持耦合在同一轴线并对中 。对换能器施以一定的预紧力 ， 调节示波器设置 ，使得接收信号峰- 峰值为示波器满屏显示的 2/3。

　　图 1 声时校准(发射和接收换能器直接耦合) 连接示意图

　　7. 2. 3 利用示波器光标测量功能 ，测量出发射超声换能器与接收超声换能器的首波时间差 ， 连续测量 3 次 ，取平均值 t0 。

　　7. 2. 4 连接超声脉冲发生/接收器 、数字示波器 、超声换能器 ， 如图 2 所示 。 固定声时棒 ， 在两端面均匀涂抹耦合剂 ， 超声换能器夹持声时棒两端面 ， 保持耦合在同一轴

　　线并对中 ，施加一定的预紧力 。调节示波器设置 ，使得接收信号峰- 峰值为示波器满屏显示的 2/3 ， 如图 2 所示 。

　　7. 2. 5 重复步骤 7. 2. 3 ， 连续测量 3 次时间差 ，取平均值 t1 。

　　图 2 声时校准(发射和接收换能器耦合声时棒) 连接示意图

　　7. 2. 6 声时棒声时测量值按照公式(1) 进行计算：

　　t = t1 - t0 (1)

　　式中：

　　t ——声时棒声时测量值 ， µs;

　　t1 ——发射和接收换能器夹持声时棒时 3 次测量平均值 ， µs;

　　t0 ——发射和接收换能器直接耦合时 3 次测量平均值 ， µs。

　　7. 2. 7 根据声时棒制造厂提供的声时标称值 tr， 按公式(2) 计算声时误差 。

　　Δt = tr - t (2)

　　式中：

　　Δt ——声时误差 ， µs;

　　tr ——制造厂提供的声时标称值 ， µs;

　　t ——声时棒声时测量值 ， µs。

　　注 ：如果制造厂未能提供标称值 ，只给出测量值。

　　8 校准结果表达

　　8. 1 校准证书

　　声时棒出具校准证书 ， 校准结果应给出测量结果的不确定度 ， 校准证书的内容及内页格式见附录 A 。

　　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;

　　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的声明;

　　p) 未经实验室书面批准 ，不得部分复制证书的声明 。

　　8. 2 校准结果的测量不确定度

　　声时棒的测量不确定度按 JJF 1059. 1 的要求评定 ，不确定度评定的示例见附录 B 。

　　9 复校时间间隔

　　声时棒的复校时间间隔建议为 1 年 。复校时间间隔的长短取决于其使用情况 ， 如环境条件 、使用频率及测量对象等 ， 因此使用单位可根据实际使用情况自主决定复校的时间间隔 。

　　附录 A

　　推荐的校准证书的内页格式

　　推荐的声时棒校准证书的内页格式见图 A . 1。

　　图 A . 1 校准证书的内页格式

　　图 A . 1(续)

　　附录 B

　　声时误差测量不确定度评定示例

　　B . 1 测量条件与测量方法

　　B . 1. 1 环境条件

　　实验室温度： 20 ℃~26 ℃ ;相对湿度： 10%~90% 。

　　B . 1. 2 测量标准

　　脉 冲 发 生/接 收 器 (型 号 ： 5073 PR)： 测 量 范 围 为 0. 5 kHz~10 MHz ; 发 射 电 压MPE 为±10% 。

　　数字示波器(型号： MD03014)： 测量范围为(0 . 01~100) MHz ;A/D 位数不少于 8 位(bit)。

　　超声换能器(型号： 50k-P28F)： 测量范围为 50 kHz ; 中心频率 MPE 为±10% 。

　　B . 1. 3 测量参数

　　声时误差 。

　　B . 1. 4 测量方法

　　见 7. 2. 1。

　　B . 2 测量模型

　　声时棒声时误差测量模型见公式(B . 1)：

　　Δt = tr - t (B .1)

　　式中：

　　Δt——声时误差 ， µs;

　　tr ——制造厂提供的声时标称值 ， µs。

　　t ——声时棒声时测量值 ， µs。

　　公式(B . 1) 中被测量 Δt的估计值为 y ，输入量仅由 t 引入 ，则有：

　　y=f(t) (B .2)

　　合成标准不确定度 u c 可表示为：

　　u (B .3)

　　其中 ，c1 为灵敏系数 ，ui ( t )为由声时棒声时测量引入的标准不确定度 。

　　B . 3 输入量的标准不确定度评定

　　B . 3. 1 温度对声时误差的影响引入的不确定度分量

　　实验室温度变化范围为 20 ℃~26 ℃ , 根据多次试验的结果 ， 温度对声时误差的影响可忽略 。

　　B . 3. 2 脉冲发生/接收器 、超声换能器引入的不确定度分量

　　根据脉冲发生/接收器 、超声换能器的工作原理和仪器特性 ， 经多次试验 ， 脉冲发

　　生/接收器对声时误差的影响可以忽略 。

　　B . 3. 3 数字示波器引入的不确定度分量

　　数字示波器的 AD 采样为 8 位 ， 其读数分辨力为 1/256 ， 优于 0. 5% ， 以标称值为

　　25. 4 µs 声时棒为例 ，按均匀分布考虑 ，示波器光标测量值引入的不确定度分量为：

　　B . 3. 4 测量重复性引入的测量不确定度分量

　　对标称值为 25 . 4 µs 有机玻璃制成的声时棒 ， 重复性测量次数为 3 次 ， 采用极差法计算标准偏差 ，数据见表 B . 1。

　　表 B. 1 测量重复性

　　测量重复性引入的不确定度分量为：

　　u2 = 0. 05 µs

　　B . 4 合成标准不确定度

　　不确定度汇总表见表 B . 2。

　　表 B. 2 不确定度汇总表

　　各分量独立不相关 ，公式(B . 3) 灵敏度系数 c1 = 1 ，故合成标准不确定度为：

　　B . 5 扩展不确定度

　　取包含因子 k= 2 ，则扩展不确定度 U = ku c = 0. 19 µs(k= 2)。