Метрологическое обеспечение СИТ для измерения частоты инфосигналов. Измерение частот и временных интервалов информационного сигнала

 

Цель работы

1.1 Ознакомиться с научной, законодательной и технической основой метрологического обеспечения СИТ для измерения частоты.

1.2 Изучить методики поверки электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) и метрологические операции при поверке.

1.3 Приобрести практические навыки по проведению поверки ЭСЧ.

Ключевые положения

2.1 Поверяемые характеристики ЭСЧ.

Поверке подлежат следующие параметры:

- диапазон измеряемых частот синусоидальных и импульсных сигналов;

- погрешность измерения частоты;

- диапазон частот при измерении периода синусоидальных и импульсных сигналов;

- погрешность измерения периода;

- диапазон измерения отношения частот;

- погрешность измерения отношения частот и др.

2.2 Средства измерений, применяемые при поверке.

При поверке ЭСЧ применяются следующие эталонные и вспомогательные средства поверки:

- приемники эталонных частот;

- рубидиевые стандарты частоты с номинальными значениями частот 100 кГц, 1 и 5 МГц с относительной нестабильностью порядка 10^-11;

- кварцевые генераторы с теми же значениями номинальных частот и относительной нестабильностью порядка 10^-8;

- стандарты частоты и кварцевые генераторы являются мерами образцовой частоты, и если есть возможность и необходимость, то точность этих мер контролируется с помощью приемников эталонных частот;

- синтезаторы частоты, перекрывающие диапазон частот 0,01 Гц –
50 МГц;

- умножители частоты;

- компараторы частоты;

- генераторы универсальные, вольтметры переменного напряжения и осциллографы.

2.3 Условия поверки и подготовка к ней.

При проведении операций поверки должны соблюдаться следующие условия:

- прибор, поступивший на поверку, подвергается внешнему осмотру. При этом следует обращать внимание на наличие, исправность и чистоту всего имущества, состояние лакокрасочных покрытий и четкость маркировки. Наличие грязи и ржавчины недопустимо. Прибор не должен иметь механических повреждений, могущих влиять на его работу, например, плохое крепление ручек управления, повреждение зажимов, плохая фиксация переключателей;

- приборы, имеющие неисправность, в поверку не принимаются.

Поверка параметров прибора производится при номинальном напряжении сети в нормальных условиях:

- температура окружающей среды 293±5°К (20±5°С);

- относительная влажность воздуха 65 ± 15%;

-атмосферное давление 100±4 кН/м²(750±30 мм. рт. ст.);

- напряжение питающей сети 220 В±4,4 В.

Перед проведением операций поверки, необходимо произвести следующие подготовительные работы:

- разместить поверяемый прибор на рабочем месте, обеспечив удобство работы и исключив попадание на него прямых солнечных лучей;

-соединить проводом клеммы поверяемого и образцовых приборов, применяемых при поверке, с шиной заземления;

-произвести подключение поверяемого прибора к образцовым приборам с помощью штатных кабелей и переходников;

-подключить приборы к сети переменного тока с напряжением 220 В, 50 Гц;

-включить приборы в сеть и дать им прогреться под током в течение 1 часа.

2.4 Проведение операций поверки.

Внешний осмотр

При проведении внешнего осмотра должно быть проверено:

— отсутствие механических повреждений, влияющих на точность показаний прибора;

— наличие и прочность крепления органов управления и коммутации, четкость фиксации их положений, плавность вращения ручек органов настройки;

— правильность установки стрелок показывающих приборов против нулевых отметок шкалы;

— чистота гнезд, разъемов и клемм;

— состояние соединительных проводов, кабелей, переходников;

— состояние лакокрасочных покрытий и четкость маркировок;

— отсутствие отсоединившихся или слабо закрепленных элементов схемы и посторонних предметов (определяется на слух при наклонах прибора).

При наличии дефектов прибор, подлежащий поверке, подлежит забраковыванию и направлению в ремонт.

Опробование

Проверка работоспособности прибора в режиме «Самоконтроль» на контрольных частотах прибора.

Поверка диапазонов измеряемых частот и периодов

Поверка диапазонов измеряемых частот и периодов проводится по схеме, приведенной на рис. 1, методом прямых измерений частоты (периода), задаваемых измерительными генераторами (ИГ) соответствующих диапазонов и видов.

Измерения проводятся на крайних точках диапазона частот f _н (T _н) и f _в (T _в) и в 5ти – 6ти точках внутри диапазона. При необходимости проверки минимальных значений входных напряжений к выходу генератора подключают вольтметр, с помощью которого и устанавливают минимальное значение напряжения входного сигнала. При этом на ЭСЧ должны наблюдаться устойчивые показания.

 

Рисунок 1 – Поверка диапазонов частот (периодов) методом прямых измерений

 

Определение основной относительной погрешности измерения частоты производится согласно выражению:

 

	,	(1)
	,

 

где ;

δ_кг – относительная погрешность опорного кварцевого генератора;

Т _сч – время измерения (время счета);

f _с – измеряемая частота.

Определение основной относительной погрешности измерения периода производится согласно выражению:

 

	,	(2)
	,

 

где ;

Т _кг – период сигнала опорного кварцевого генератора;

Т _с – измеряемый период;

n = 10^ν, ν = 0, 1, 2, 3, 4,….– множитель периода сигнала;

m = 10^ε, ε = 0, 1, 2, 3, 4,….– множитель частоты кварцевого генератора.

 

При определении погрешностей δ _f и δ _T проверяют отдельно:

- относительную погрешность частоты опорного кварцевого генератора (δ_кг);

- составляющие погрешности измерения частоты и периода из-за дискретности (вторые слагаемые в формулах (1) и 2)).

Определение относительной погрешности по частоте опорного кварцевого генератора

Относительную погрешность по частоте опорного кварцевого генератора определяют методом сравнения при помощи компаратора по схеме, приведенной на рис. 2.

Выход опорного кварцевого генератора поверяемого ЭСЧ соединяется со входом 1 компаратора. От источника образцовой частоты, которым является стандарт частоты вида Ч1-, подается сигнал такой же частоты на вход 2 компаратора и на разъем «5МГц» частотомера типа Ч3-, использующего этот сигнал вместо собственного сигнала опорной частоты.

 

Рисунок 2 – Определение относительной погрешности по частоте опорного кварцевого генератора методом сравнения

 

Выходной сигнал компаратора с частотой f _к подается на вход вспомогательного ЭСЧ, работающего в режиме измерения частоты при времени измерения 1 или 10 сек.

Для повышения достоверности результатов измерения снимается не менее 10 последовательных показаний частотомера и находится их среднее арифметическое значение:

 

,

(3)

 

где f_ki – значения частоты выходного сигнала компаратора единичного измерения;

n – количество проведенных единичных измерений.

Относительная погрешность по частоте опорного генератора определяется по формуле:

 

,

(4)

 

где f _к – значение частоты компаратора, соответствующее номинальному значению частоты опорного генератора;

f _н – номинальное значение частоты опорного генератора.

 

В приложении Б приведены НМХ стандарта частотыЧ1-53, компаратора частотного Ч7-12 и синтезатора частоты. При выполнении лабораторной работы вместо приведенных образцовых приборов можно использовать аналогичные по НМХ приборы.

Определив относительную погрешность δ_кг, проводят коррекцию частоты опорного генератора ЭСЧ, после чего шлиц «коррекция частоты» пломбируется.

Определение составляющих погрешности измеряемой частоты и периода из-за дискретности счета

Определение данных составляющих погрешности проводят методом прямого измерения образцовой частоты. В качестве источника эталонной частоты используется либо синтезатор частоты, либо синтезатор совместно с умножителем частоты.

Схема соединения приборов при этой операции поверки приведена на рис.3.

 

Рисунок 3 – Определение составляющих погрешности дискретности

 

Синтезатор и поверяемый ЭСЧ должны быть засинхронизированы от опорного генератора поверяемого прибора.

На вход поверяемого ЭСЧ подают сигнал, близкий к частоте верхнего предела и напряжением, равным минимальному входному напряжению, при котором ЭСЧ должен нормально работать. При отсутствии у синтезатора градуированного по напряжению выхода сигнала, необходимо контролировать это напряжение с помощью вольтметра.

Проводят серию из 10 наблюдений. Результаты поверки считаются положительными, если 9 наблюдений (показаний прибора) при измерении не отличаются от f _кг более, чем на ±1 деление младшего разряда счета.

По аналогичной методике определяется составляющая погрешности из-за дискретности при измерении периода. При этом на вход частотомера подают частоты, соответствующие верхней и нижней частоте диапазона, установленного для частотомера в режиме измерения периода.

 

3 Ключевые вопросы

3.1 Дайте определение термину «Испытания СИТ».

3.2 Как производится калибровка (калибровочные работы) ЭСЧ.

3.3 Сформулируйте определение поверки ЭСЧ.

3.4 Виды поверок и межповерочные интервалы?

3.5 Какие основные МХ определяются при поверке ЭСЧ?

3.6 Перечислите средства измерений, применяемые при поверке ЭСЧ.

3.7 Укажите операции при проведении поверки ЭСЧ.

 

4. Домашнее задание

4.1 Изучить основные положения, которые касаются поверки и калибровки электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ).

4.2 Выписать метрологические характеристики компаратора частотного.

4.3 Выписать метрологические характеристики стандарта частоты.

4.4 Выписать метрологические характеристики синтезатора частоты.

 

5. Лабораторное задание

5.1 Ознакомьтесь с оборудованием на рабочем месте, соберите схему измерения согласно рис. 1. и подготовьте приборы к работе.

5.2 В режиме измерения частоты определите порог чувствительности (минимальное напряжение которое обеспечит устойчивое показание на табло) и поверку прибора на указанных частотах в табл. 5.1.

5.3 Рассчитать абсолютную погрешность измеренную и предельно допустимую погрешность, полученные результаты записать в табл. 5.1.

(δ_г – выбираем из паспортных данных заданного генератора)

 

Таблица 5.1 Поверка диапазона измеряемых частот

f г, кГц	T сч	U min	Результат на табло	Абсолютная погрешность Δ = f и – f г	Предельно допустимая погрешность Δг = δг · f г	Вывод
0,1

 

5.4 В режиме измерения периода произвести аналогичные измерения и расчеты. Результаты представить в виде табл. 5.2.

 

Таблица 5.2 Поверка диапазона измеряемых периодов

f г, кГц (T г)	T м	n	Результат на табло	U min	Абсолютная погрешность Δ = T и – T г	Предельно допустимая погрешность Δг = δг · T г	Вывод
0,1

 

5.5 Пользуясь техническими характеристиками заданного частотомера, выбрать время счета, обеспечивающее наименьшую погрешность в режиме измерения частоты. Результаты расчетов записать в табл. 5.3.

Допустимую δ в режиме частоты рассчитаем по формуле 1.

 

 

Таблица 5.3 Определение относительной погрешности измерения частоты (погрешность дискретности)

f г, кГц	T сч	Результат на табло	Абсолютная погрешность Δ = ± 1/ T сч	N	δ N	Допустимая δ	Вывод
0,1

 

5.6 Пользуясь техническими характеристиками заданного частотомера, выбрать параметры режима измерения периода таким образом, чтобы обеспечить наименьшую погрешность измерения периода. Результаты расчетов записать в табл. 5.4.

Допустимую δ в режиме периода рассчитаем по формуле 2.

 

Таблица 5.4. Определение относительной погрешности измерения периода (погрешность дискретности)

f г, кГц (T г)	T м	n	T сч	Результат на табло	Абсолютная погрешность Δ = ± T м / n	N	δ N	Допустимая δ	Вывод
0,1

6. Протокол лабораторной работы (№ … название …)

6.1 Цель эксперимента.

6.2 Перечень используемой аппаратуры в табл. 6.1.

 

Таблица 6.1 Перечень используемой аппаратуры

Наименование прибора	Тип	Заводской номер	Метрологические характеристики
Класс точности	Диапазон измерения	Частотный диапазон

 

6.3 Схема измерения

 

 

Тип калибруемого частотомера ______________________________________

Внешний осмотр _____________________________________________

Опробование_______________________________________________________

Условия калибровки

 

Температура окружающей среды ___________________________________ °С

Относительная влажность воздуха __________________________________ %

Атмосферное давление ______________________________________ мм рт.ст.

Время предварительного прогрева ________________________________ мин.

Напряжение сети _________________________________________________ В.

Частота напряжения сети ___________________________ ______________Гц.

 

6.4 На основании полученных результатов сделать выводы о проведенной поверке частотомера.

Поверка диапазона измеряемых частот исследуемого ЭСЧ _________

Вывод:

Поверка диапазона измеряемых периодов исследуемого ЭСЧ _________

Вывод:

Определение относительной погрешности измерения частоты исследуемого ЭСЧ __________

Вывод:

Определение относительной погрешности измерения периода исследуемого ЭСЧ __________

Вывод:

Общий вывод:

Поверка выполнена __________________________ «___» _________ 20 __ г.

ФИО

 

Протокол проверил: ( подпись)

Индивидуальное задание