时钟测试仪校准规范

JJF1662—20171时钟测试仪校准规范1范围本规范适用于测量电能表日计时误差等计量性能的时钟测试仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJG180电子测量仪器内石英晶体振荡器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概述时钟测试仪一般由波形整形电路、分频电路、电子控制电路、显示电路等组成,具有快速测量电能表内置时钟信号、显示秒脉冲日计时误差及频率偏差等功能。时钟测试仪广泛应用于电能表生产企业及计量部门。4计量特性4.1日计时误差4.1.1测量范围:(-10~10)s;4.1.2测量误差:±0.05s。4.2频率测量4.2.1测量范围:1Hz~10MHz;4.2.2最大允许误差:±2×10-7×f(f为被测频率)。4.3频率输出信号4.3.1输出频率:100kHz、50kHz、10kHz、1kHz;4.3.2开机特性:优于5×10-8;4.3.3相对平均频率偏差:优于±2×10-7。4.4时钟时刻误差优于±1s。注:以上指标不是用于合格性判别,仅供参考。5校准条件5.1环境条件5.1.1环境温度:在(15~30)℃范围内任选一点,校准过程中环境温度的变化不应超过±2℃,并且不应有温度突变。5.1.2环境相对湿度:≤80%。25.1.3供电电源:电压:220(1±10%)V;频率:(50±1)Hz。5.1.4周围无影响正常校准的电磁干扰和机械振动。5.2测量标准及其他设备5.2.1参考频标参考频标的频率稳定度应优于被校时钟测试仪频率稳定度的,其他计量性能指标如开机特性、频率偏差等应优于被校相应技术指标一个数量级。5.2.2通用计数器频率测量范围:1Hz~10MHz。内置时基:频率偏差应优于被校频率偏差一个数量级。或具有外频标输入功能。5.2.3函数发生器频率范围:1Hz~10MHz。电平范围:满足被校输入电平范围要求。内置时基:频率偏差应优于被校频率偏差一个数量级。或具有外频标输入功能。5.2.4参考时钟参考时钟的时刻误差应优于被校时钟一个数量级。6校准项目和校准方法6.1外观及工作正常性检查6.1.1被校时钟测试仪应完好无损,无影响正常工作及读数的机械损伤,各开关、按钮工作正常。6.1.2接通电源后,时钟测试仪应能正常工作,指示器显示正常,各功能按钮切换正常。6.2日计时误差图1日计时误差测量误差示意图按图1连接。时钟测试仪测量功能选择秒脉冲测量状态,函数发生器分别输出电平幅值5V(rms),占空比50%的0.1Hz和1Hz方波信号到时钟测试仪秒脉冲测量端口,记录时钟测试仪显示秒脉冲日计时误差值,取3次测量结果的算术平均值作为测量结果M,按式(1)计算秒脉冲日计时误差测量误差ΔM。ΔM=M(1)式中:ΔM—日计时误差测量误差,s;M—日计时误差测量结果,s。注:其他校准点可参考上述校准方法。6.3频率测量按图1连接。时钟测试仪测量功能选择频率测量状态,函数发生器输出电平幅值31Vrms的正弦波信号到时钟测试仪频率测量端口,输入频率为时钟测试仪测频范围内最高频率值,记录时钟测试仪显示测量频率值,取3次测量结果的算术平均值作为测量结果f,按式(2)计算频率测量误差Δf。Δf=f-f0(2)式中:Δf—频率测量误差,Hz;f—频率测量结果,Hz;f0—测量频率标称值,Hz。6.4频率输出信号6.4.1开机特性图2开机特性测量示意图按图2连接。时钟测试仪经说明书规定预热时间后,将其输出信号加到通用计数器测频输入端,设置通用计数器的取样时间为10s,每隔1h测量一次,连续测量三个数,取算术平均值为一次测量结果,记为yi(τ),连续测量7h,共得8个yi(τ),按式(3)计算开机特性。V=ymax(τ)-ymin(τ)(3)式中:V—开机特性;ymax(τ)—相对平均频率偏差的最大值;ymin(τ)—相对平均频率偏差的最小值;τ—平均时间或取样时间。6.4.2相对平均频率偏差按图2连接。时钟测试仪经说明书规定预热时间后,将其输出信号加到通用计数器测频输入端,设置通用计数器的取样时间为10s,连续测量三个数,取算术平均值为一次测量结果,记为fx,按式(4)计算相对平均频率偏差。y(τ)=(4)式中:y(τ)—相对平均频率偏差;f'0—被校频率输出标称值,Hz;fx—被校频率在τ内的平均测量值,Hz。6.5时钟时刻误差将时钟测试仪显示时间与参考时钟的显示时间进行比较,按式(5)计算时钟时刻误差,时钟时刻误差应满足4.4要求。ΔT=T-T0(5)JJF1662—20174式中:ΔT—时钟时刻误差,s;T—时钟测试仪显示时刻;T0—参考时钟显示时刻。7校准结果表达时钟测试仪校准后,出具校准证书。校准证书至少包含以下信息:a)标题,如“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)送校单位的名称和地址;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和应用有关时,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。8复校时间间隔建议12个月。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。JJF1662—20175附录A校准记录格式A.1外观及工作正常性检查。A.2日计时误差日计时误差实测值日计时误差测量平均值日计时误差测量误差不确定度(k=2)A.3频率测量测量频率标称值频率测量值频率测量结果频率测量误差不确定度(k=2)A.4开机特性测量时刻实测频率平均值开机特性不确定度(k=2)A.5相对平均频率偏差实测频率平均值相对平均频率偏差不确定度(k=2)A.6时钟时刻误差参考时钟示值被校时钟示值时刻误差不确定度(k=2)6附录B校准证书(内页)格式B.1外观及工作正常性检查。B.2日计时误差日计时误差平均值日计时误差测量误差不确定度(k=2)B.3频率测量测量频率标称值频率测量误差不确定度(k=2)B.4开机特性开机特性B.5相对平均频率偏差U=(k=2)实测频率平均值相对平均频率偏差不确定度(k=2)B.6时钟时刻误差参考时钟示值被校时钟示值时刻误差不确定度(k=2)JJF1662—20177=2.9×10-6Hz。=2.9×10-6Hz。校准不确定度示例C.1频率输出校准结果的不确定度评定C.1.1不确定度来源和测量模型由6.4可知,测量结果的不确定度来源为测量重复性和参考频标频率准确度,可建立如式(C.1)所示的测量模型。f=f0+Δf(C.1)式中:f—通用计数器显示频率,Hz;f0—输出频率标称值,Hz;Δf—频率测量误差,Hz。C.1.2标准不确定度分量的评定C.1.2.1测量重复性用通用计数器对时钟测试仪100kHz输出频率重复测量10次,测量结果如表C.11.4×10-5Hz所示。根据贝塞尔公式,得到测量重复性引入的标准不确定度分量为1.4×10-5Hz=8.1×10-6Hz3表C.1100kHz频率测量结果测量序号12345测量结果/Hz99999.9983599999.9983499999.9983399999.9983299999.99833测量序号678910测量结果/Hz99999.9983399999.9983599999.9983699999.9983399999.99832由于通用计数器的分辨力引入的标准不确定度为2.9×10-6Hz,小于测量重复性引入的标准不确定度,故不予考虑。C.1.2.2参考频标准确度参考频标的准确度为5×10-11,转化为频率绝对值为5×10-11×f,按均匀分布,则k=3。当测量频率为100kHz时,则参考频标的准确度引入的标准不确定度分量u2=5×10-11×100×103Hz3C.1.3标准不确定度分量汇总表表C.2标准不确定度分量汇总表不确定度来源评定方法符号数值测量重复性A类u18.1×10-6Hz参考频标准确度B类u22.9×10-6HzJJF1662—20178C.1.4计算合成标准不确定度由于各引入不确定度分量之间相互独立,则合成标准不确定度为:uc=u+u=8.6×10-6HzC.1.5计算扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度:C.1.6频率输出校准kuc=2×8.6×10-6Hz=1.7×10-5Hz测量100kHz频率输出时,校准结果为:f=99999.99834kHz,U=1.7×10-5Hz(k=2)C.2日计时误差校准结果的不确定度评定C.2.1不确定度来源和测量模型由6.2可知,测量结果的不确定度来源包括测量重复性和合成信号发生器准确度,可建立如式(C.2)所示的测量模型。M=M0+ΔM(C.2)式中:M—日计时误差测量结果,s;M0—日计时误差标称值,s;ΔM—日计时误差测量误差,s。C.2.2标准不确定度分量的评定C.2.2.1测量重复性将合成信号发生器1Hz频率信号输入到时钟测试仪秒脉冲输入端口,重复测量10次,测量结果如表C.3所示,根据贝塞尔公式,得到测量重复性引入的标准不确定度分量为u1=0.0024s。表C.3日计时误差测量结果测量序号12345测量结果/s0.010.010.020.010.01测量序号678910测量结果/s0.010.010.010.010.02由于时钟测试仪的分辨力引入的标准不确定度为0.00029s,小于测量重复性引入的标准不确定度,故不以考虑。C.2.2.2函数发生器准确度函数发生器的准确度为3×10-8,转化为日差绝对值为3×10-8×86400s,按均匀3×10-8×86400s分布,则k=3。则函数发生器的准确度引入的标准不确定度分量3×10-8×86400s=0.0015s。 3C.2.3