停车场电子计时装置检定仪校准规范

JJF1900—20211停车场电子计时装置检定仪校准规范1范围本规范适用于停车场电子计时装置检定仪的校准。2引用文件本规范引用了下列文件:JJF1180时间频率计量名词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概述停车场电子计时装置检定仪(以下简称“检定仪”)是用于校准电子停车计时收费表和停车场电子计时收费装置的计量器具。检定仪通过接收全球导航卫星系统(GNSS)卫星信号、解码时间信息,提供高准确的当前时刻,并对本地时钟进行同步。在GNSS卫星信号未锁定情况下,检定仪当前时刻由本地时钟提供。检定仪的控制单元通过传感器单元发出或接收某一时间间隔的启停信号,该时间间隔经计时单元测量,实现对停车场电子计时装置计时误差的检定,同时控制单元将该时间间隔在“计时信号输出端”输出。传感器单元主要有:手动启停键盘、射频控制器、地感泊车模拟器和地磁车辆模拟器等。检定仪组成框图如图1所示。图1检定仪组成框图1PPS—秒脉冲信号输出端;T—计时信号输出端;f—内部晶振频率信号输出端24计量特性4.1当前时刻当前时刻误差:±1s。4.2秒脉冲秒脉冲定时偏差:±100μs。注:“+”表示检定仪秒脉冲超前参考秒脉冲,“—”表示检定仪秒脉冲滞后参考秒脉冲。4.3内部晶体振荡器4.3.1输出频率:10kHz、100kHz、10MHz、20MHz。4.3.2相对频率偏差:±5×10-6。4.3.3频率稳定度:优于2×10-7s-1。4.4时间间隔4.4.1测量范围:1.00s~99999.99s。4.4.2最大允许误差:±(Δ+|A|·T),其中,Δ为内部晶体振荡器以外因素引入的最大误差,由仪器说明书给出;A为内部晶体振荡器相对频率偏差;T为时间间隔。5校准条件5.1环境条件5.1.1环境温度:(20±5)℃之间任选一点,温度变化应不超过±2℃。5.1.2相对湿度:≤80%。5.1.3电源电压及频率:(220±22)V,(50±1)Hz。5.1.4周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动。5.2测量标准及其他设备5.2.1参考时间频率源数字显示时、分、秒的北京时间,显示分辨力应优于被校时钟分辨力的1/10,当5MHz/10MHz、1PPS信号,频率稳定度应优于被校检定仪内部晶体振荡器频率稳定度的1/3,其他技术指标如相对频率偏差、秒脉冲定时偏差等应优于被校检定仪相应指标一个数量级。5.2.2通用计数器应有外接频标功能,频率测量范围、时间间隔测量范围应覆盖被校检定仪相应项目的测量范围,测量误差应优于被校检定仪相应项目指标一个数量级。6校准项目和校准方法6.1校准项目检定仪校准项目如表1所示。JJF1900—20213表1检定仪校准项目序号校准项目名称1外观和工作正常性检查2当前时刻误差3秒脉冲定时偏差4内部晶体振荡器相对频率偏差5内部晶体振荡器频率稳定度6时间间隔测量误差6.2校准方法6.2.1外观和工作正常性检查检查检定仪的外观和附件。检定仪应具有仪器名称、型号、出厂编号、生产厂商等标识,外观不应有影响正常工作的机械损伤,附件应齐全。检定仪的按键开关应灵敏可靠,输入、输出端口应安装牢固,显示应清晰完整。检定仪应能锁定GNSS信号,并成功同步。检定仪和所有测量标准设备,校准前均应按说明书和规定预热。6.2.2当前时刻误差检定仪锁定GNSS卫星信号,并同步成功后,同时记录检定仪和参考时间频率源显示的当前时刻,按式(1)计算检定仪的当前时刻误差。Δt=t-t0(1)式中:t———检定仪显示的当前时刻;t———参考时间频率源显示的当前时刻。6.2.3秒脉冲定时偏差仪器连接如图2所示。图2秒脉冲定时偏差校准接线图通用计数器置时间间隔测量功能,在检定仪锁定GNSS卫星信号,并同步成功后,将检定仪的秒脉冲前沿作为开门信号接入通用计数器启动端,将参考时间频率源的秒脉隔TA。JJF1900—20214将检定仪和参考时间频率源设置为显示当前时刻。b)若无法分辨出秒跳变先后顺序,且TA≤0.5s(TA接近0s),则检定仪秒脉冲-b)若无法分辨出秒跳变先后顺序,且TA≤0.5s(TA接近0s),则检定仪秒脉冲-(1s-TA)。定时偏差ΔT1PPS=TA;若TA>0.5s(TA接近1s),则检定仪秒脉冲定时偏差-(1s-TA)。重复测量ΔT1PPS3次,取算术平均值作为检定仪的秒脉冲定时偏差。6.2.4内部晶体振荡器相对频率偏差仪器连接如图3所示。图3内部晶体振荡器校准接线图通用计数器置频率测量功能,参考输入端接参考时间频率源。被校检定仪内部晶体振荡器输出端接通用计数器频率测量端。设置通用计数器取样时间τ=10s,在通用计数器上读取被校检定仪内部晶体振荡器频率值fx。按式(2)计算内部晶体振荡器相对频率偏差。(2)式中:y(τ)———检定仪内部晶体振荡器相对频率偏差;fx———通用计数器测量的频率值,Hz;f0———检定仪内部晶体振荡器频率标称值,Hz:τ—取样时间,s。重复测量3次,取算术平均值作为检定仪内部晶体振荡器相对频率偏差。6.2.5内部晶体振荡器频率稳定度仪器连接如图3所示。设置通用计数器取样时间τ=1s,连续测量检定仪内部晶体振荡器的相对频率偏差101次,共测得101个yi(τ)值,按式(3)计算内部晶体振荡器频率稳定度。式中:σy(τ)———检定仪内部晶体振荡器频率稳定度;yi(τ)、yi+1(τ)———第i次和第i+1次测得的相对频率偏差。6.2.6时间间隔测量误差6.2.6.1选点原则JJF1900—20215根据停车收费标准选择校准点,至少包括免费停车时间点和单位收费时间点。6.2.6.2时间间隔测量误差校准仪器连接如图4所示。图4时间间隔测量误差校准接线图通用计数器参考输入端接参考时间频率源,检定仪计时信号输出端接通用计数器测量端,依据检定仪输出计时信号的方式和电平,设置通用计数器。按选择的校准点,设置检定仪输出时间间隔为T的计时信号,用通用计数器测量其实际值为T0,按式(4)计算检定仪时间间隔测量误差。ΔT=T-T0(4)式中:ΔT———检定仪时间间隔测量误差,s;T———检定仪设定的时间间隔值,s;T0———通用计数器测量的时间间隔值,s。改变校准点,依次对其他校准点的时间间隔测量误差进行校准。7校准结果表达校准结果应在校准证书上反映。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)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;j)校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)对校准规范的偏离的说明;m)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;n)校准结果仅对被校对象有效的声明;o)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。JJF1900—202168复校时间间隔建议检定仪的复校时间间隔为1年。由于复校时间间隔的长短由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定,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。JJF1900—20217附录A校准记录格式委托单位名称证书编号 制造单位型号/规格仪器编号 校准依据校准地点环境温度℃;相对湿度%标准器及配套设备:型号/规格准确度等级/不确定度/最大允许误差证书编号有效期至A.1外观和工作正常性检查A.2当前时刻误差参考时钟显示当前时刻检定仪显示当前时刻误差/s扩展不确定度U(k=2)A.3秒脉冲定时偏差通用计数器测量值/s检定仪秒脉冲定时偏差/s扩展不确定度U(k=2)A.4内部晶体振荡器相对频率偏差标称值实测值误差相对频率偏差扩展不确定度U(k=2)A.5内部晶体振荡器频率稳定度标称值实测值频率稳定度(1s)扩展不确定度U(k=2)8A.6时间间隔测量误差标称值实际值误差扩展不确定度U(k=2)校准员:核验员:校准日期:9附录B校准证书内页格式B.1外观和工作正常性检查B.2当前时刻误差参考时钟显示当前时刻检定仪显示当前时刻误差/s扩展不确定度U(k=2)B.3秒脉冲定时偏差检定仪秒脉冲定时偏差/s扩展不确定度U(k=2)B.4内部晶体振荡器相对频率偏差标称值相对频率偏差扩展不确定度U(k=2)B.5内部晶体振荡器频率稳定度标称值频率稳定度(1s)扩展不确定度U(k=2)B.6时间间隔测量误差标称值实际值误差扩展不确定度U(k=2)以下空白JJF1900—202110附录C校准结果的不确定度评定示例C.1概述检定仪的校准项目有6项,其中涉及计量特性的有:当前时刻误差、秒脉冲定时偏XDJ—5H型检定仪的校准结果不确定度评定为例,说明检定仪各校准项目的不确定度评定程序。C.2当前时刻误差校准结果的标准不确定度评定C.2.1测量模型按照6.2.2的方法和步骤,用参考时间频率源校准检定仪的当前时刻误差,测量模型可用式(C.1)表示:Δt=t-t0(C.1)式中:t———检定仪显示的当前时刻;t0———参考时间频率源显示的当前时刻。各不确定度(包括所有分量)之间不相关,不确定度传播律可用式(C.2)表示:u(Δt)=cu2(t)+c0u2(t0)(C.2)式中:uc(Δt)———检定仪当前时刻误差的合成标准不确定度,s;u(t)———检定仪引入的标准不确定度,s;u(t0)———参考时间频率源引入的标准不确定度,s。C.2.2标准不确定度来源C.2.2.1u(t)的来源:a)测量重复性引入的标准不确定度u1(t);b)检定仪时钟读数分辨力引入的标准不确定度u2(t)。C.2.2.2u(t0)的来源:a)参考时间频率源当前时刻误差引入的标准不确定度u1(t0);b)参考时间频率源分辨力引入的标准不确定度u2(t0)C.2.3标准不确定度的评定C.2.3.1测量重复性引入的标准不确定度u1(t)测量重复性引入的标准不确定度,采用A类方法评定,通过多次重复测量,经计算得到。多次重复测量结果如表C.1所示。JJF1900—202111表C.1当前时刻误差测量结果第i次测量12345678910当前时刻误差/s0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0用贝塞尔公式计算实验标准差,得:δ(t)==0.0s测量重复性引入的标准不确定度u1(t)为:u1(t)=δ(t)=0.0sC.2.3.2检定仪时钟分辨力引入的标准不确定度u2(t)检定仪时钟读数分辨力为1s,采用B类方法进行评定,区间半宽度为a=0.5s。按均匀分布计算,检定仪时钟读数分辨力引入的标准不确定度为:C.2.3.3检定仪引入的标准不确定度u(t)C.2.3.4参考时间频率源当前时刻误差引入的标准不确定度u1(t0)由于u1(t)远小于u2(t),所以忽略u1(t),C.2.3.4参考时间频率源当前时刻误差引入的标准不确定度u1(t0)参考时间频率源说明书给出,在锁定GPS状态下时钟相对UTC的偏差为±100ns,按均匀分布计算,参考时钟显示的当前时刻误差引入的标准不确定度u1(t0)为:C.2.3.5参考时间频率源分辨力引入的标准不确定度u2(t0)0.05s。按均匀分布计算,参考时间频率源分辨力引入的标准不确定度为:0.05s。按均匀分布计算,参考时间频率源分辨力引入的标准不确定度为:=0.029sC.2.3.6参考时间频率源引入的标准不确定度u(t0)C.2.4标准不确定度分量一览表标准不确定度分量汇总见表C.2。表C.2当前时刻误差校准结果的不确定度分量一览表不确定度分量不确定度来源灵敏系数标准不确定度/s|ci|ui/su(t)检定仪时钟分辨力10.290.29u(t0)参考时间频率源-10.0290.029C.2.5合成标准不确定度各不确定度分量之间互不相关,故合成标准不确定度为:uc(Δt)=cu2(t)+c0u2(t0)=0.30sJJF1900—202112C.2.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展(Δt)=0.6sC.3秒脉冲定时偏差校准结果的不确定度评定C.3.1测量模型按照6.2.3的方法和步骤,用参考时间频率源和通用计数器校准检定仪的秒脉冲定时偏差,测量模型可用式(C.3)表示。ΔT1PPS=t1PPS(DUT)-t1PPS(REF)(C.3)式中:ΔT1PPS———秒脉冲定时偏差值,s;t1PPS(DUT)———与参考时间频率源在同一秒下,检定仪1PPS信号的时间,s;t1PPS(REF)———与检定仪在同一秒下,参考时间频率源1PPS信号的时间,s。各不确定度(包括所有分量)之间不相关,不确定度传播律可用式(C.4)表示。u(ΔT1PPS)=c(DUT)u2(t1PPS(DUT))+c(REF)u2(t1PPS(REF))(C.4)式中:c1PPS(DUT)、c1PPS(REF)———灵敏系数;c1PPS=1,c1PPSuc(ΔT1PPS)———检定仪1PPS信号时差值的合成标准不确定度,ns;u(t1PPS(DUT))———检定仪引入的标准不确定度,ns;u(t1PPS(REF))———参考时间频率源引入的标准不确定度,ns。C.3.2标准不确定度来源C.3.2.1u(t1PPS(DUT))的来源:a)测量重复性引入的标准不确定度u1(t1PPS(DUT))。b)通用计数器引入的标准不确定度u2(t1PPS(DUT))。其中包括通用计数器时间间隔测量误差引入的标准不确定度u21(t1PPS(DUT))和通用计数器时间间隔测量分辨力引入的标准不确定度u22(t1PPS(DUT))。C.3.2.2u(t1PPS(REF))的来源:参考时间频率源引入的标准不确定度u(t1PPS(REF))。C.3.3标准不确定度的评定C.3.3.1测量重复性引入的标准不确定度u1(t1PPS(DUT))测量重复性引入的标准不确定度,采用A类方法评定,通过多次重复测量,经计算得到。多次重复测量结果如表C.3所示。JJF1900—202113表C.3秒脉冲定时偏差测量结果第i次测量12345678910秒脉冲定时偏差/μs5.8515.8365.8345.8435.8705.8685.8535.8085.8035.836测量结果的平均值为:t1PPS(DUT)=5.840μs用贝塞尔公式计算实验标准差:δ(t1PPS(DUT))=23ns三次测量取平均值,所以测量重复性引入的标准不确定度为:C.3.3.2通用计数器器时间间隔测量引入的标准不确定度u2(t1PPS(DUT))C.3.3.2.1通用计数器时间间隔测量误差引入的标准不确定度u21(t1PPS(DUT))通用计数器说明书给出,测量时间间隔T的最大允许误差为±(100ps+T×参考频率的相对频率偏差)。参考频率的相对频率偏差为1×10-10,测量5.9μs时间间隔的最大允许误差为±0.1ns,按B类方法评定,以均匀分布计算,通用计数器时间间隔测量误差引入的标准不确定度为C.3.3.2.2通用计数器时间间隔测量分辨力引入的标准不确定度u22(t1PPS(DUT))通用计数器时间间隔测量分辨力为25ps,采用B类方法进行评定,区间半宽度为a=12.5ps。按均匀分布计算,时间间隔测量分辨力引入的标准不确定度为:由于u22(t1PPS(DUT))远小于u1(t1PPS(DUT)),所以忽略由通用计数器分辨力引入的标u1SS(DUT))=u21(t1PPS(DUT))=0.06ns。u(t1PPS(DUT))=u(t1PPS(DUT))+u(t1PPS(DUT))=13.4nsC.3.3.3参考时间频率源引入的标准不确定度u(t1PPS(REF))参考时间频率源的相对频率偏差为1×10-10,1PPS信号的偏差为±0.1ns,按B类方法评定,以均匀分布计算,时间间隔测量误差引入的标准不确定度为C.3.4标准不确定度分量一览表标准不确定度分量汇总见表C.4。JJF1900—202114表C.4秒脉冲定时偏差校准结果的不确定度分量一览表不确定度分量不确定度来源灵敏系数标准不确定度/ns|ci|ui/nsu(t1PPS(DUT))测量重复性和通用计数器时间间隔测量误差113.313.3u(t1PPS(REF))参考时间频率源-10.060.06C.3.5合成标准不确定度各不确定度分量之间互不相关,故合成标准不确定度:uc(ΔT1PPS)=c(DUT)u2(t1PPS(DUT))+c(REF)u2(t1PPS(REF))=13.5nsC.3.6扩展不确定度取包含因子k=2,则扩展不确定度为:U(ΔT1PPS)=k×uc(ΔT1PPS)=27nsC.4内部晶体振荡器相对频率偏差校准结果的不确定度评定C.4.1测量模型依据6.2.4的方法和步骤,用参考时间频率源和通用计数器校准检定仪的内部晶体振荡器相对频率偏差,测量模型可用式(C.5)表示。(C.5)式中:y(τ)———检定仪内部晶体振荡器相对频率偏差;fx———通用计数器测量的频率值,Hz;f0———检定仪内部晶体振荡器频率标称值,Hz。各不确定度(包括所有分量)之间不相关,不确定度传播律可用式(C.6)表示。u(y)=cxu2(fx)+c0u2(f0)(C.6)式中:cfx、cf0———灵敏系数;uc(y)———检定仪内部晶体振荡器相对频率偏差的合成标准不确定度;u(fx)———通用计数器和参考时间频率源引入的标准不确定度;u(f0)———检定仪引入的标准不确定度。C.4.2标准不确定度来源C.4.2.1u(fx)的来源:a)测量重复性引入的标准不确定度u1(fx)。b)参考时间频率源不准确引入的标准不确定度u2(fx)。c)参考时间频率源不稳定引入的标准不确定度u3(fx)。d)通用计数器频率测量误差引入的标准不确定度u4(fx)。JJF1900—202115C.4.2.2u(f0)的来源检定仪的标称频率为一常数,所以被校检定仪引入的标准不确定度u(f0)=0Hz。C.4.3标准不确定度的评定C.4.3.1测量重复性引入的标准不确定度u1(fx)测量重复性引入的标准不确定度,采用A类方法评定,通过多次重复测量,经计算得到。多次重复测量结果如表C.5所示。表C.5内部晶振相对频率偏差测量结果第i次测量12345y(τ=10s)6.07×10-86.57×10-86.63×10-86.71×10-86.83×10-8第i次测量678910y(τ=10s)6.58×10-86.42×10-86.49×10-86.60×10-86.32×10-8平均值为y=6.522×10-8用贝塞尔公式计算单次实验标准差为3次测量取平均值,所以重复性引入的标准不确定度为C.4.3.2参考时间频率源不准确引入的标准不确定度u2(fx)参考时间频率源的相对平均频率偏差为±1×10-10,按均匀分布计算,由参考时间频率源不准确引入的标准不确定度为C.4.3.3参考时间频率源不稳定引入的标准不确定度u3(fx)参考时间频率源说明书给出短期稳定度1×10-11(取样时间τ=10s),按均匀分布计算,由参考时间频率源不稳定引入的标准不确定度为C.4.3.4通用计数器频率测量误差引入的标准不确定度u4(fx)通用计数器说明书给出频率测量误差:±(350ps/闸门时间+参考时基的相对频率偏差)×频率,参考时基的相对频率偏差1×10-10,闸门时间10s,所以最大允许误差为±1.35×10-10。按均匀分布计算,由通用计数器频率测量误差引入的标准不确定度为:16C.4.4标准不确定度分量一览表标准不确定度分量汇总见表C.6。表C.6内部晶振相对频率偏差校准结果的不确定度分量一览表不确定度分量不确定度来源灵敏系数标准不确定度|ci|uiu1(fx)测量重复性1/f01.3×10-91.3×10-9u2(fx)参考时间频率源不准确1/f05.8×10-115.8×10-11u3(fx)参考时间频率源不稳定1/f05.8×10-125.8×10-12u4(fx)通用计数器频率测量误差1/f08×10-118×10-11C.4.5合成标准不确定度各不确定度分量之间互不相关,故合成标准不确定度为:uc(y)=cxu(fx)+cxu(fx)+cxu(fx)+cxu(fx)=1.4×10-9C.4.6扩展不确定度取包含因子k=2,则()c(:y)=2.8×10-9C.5时间间隔测量误差的标准不确定度评定C.5.1测量模型依据6.2.6的方法和步骤,用参考时间频率源和通用计数器校准检定仪的时间间隔测量误差,测量模型可用式(C.7)表示。ΔT=T-T0(C.7)式中:ΔT———检定仪时间间隔测量误差,s;T———检定仪设定的时间间隔值,s;T0———通用计数器测量时间间隔值,s。各不确定度(包括所有分量)之间不相关,不确定度传播律可用式(C.8)表示。u(ΔT)=cu2(T)+c0u2(T0)(C.8)式中:uc(ΔT)———检定仪时间间隔测量误差的合成标准不确定度,s;u(T)———检定仪引入的标准不确定度,s;u(T0)———通用计数器和参考时间频率源引入的标准不确定度,s。C.5.2标准不确定度来源C.5.2.1u(T)的来源度u(T)=0s。C.5.2.2u(T0)的来源通用计数器和参考时间频率源引入的不确定度u(T0)主要包括:a)测量重复性引入的标准不确定度u1(T0);b)参考时间频率源不准确引入的标准不确定度u2(T0);c)参考时间频率源不稳定引入的标准不确定度u3(T0);d)通用计数器时间间隔测量误差引入的标准不确定度u4(T0);e)通用计数器时间间隔测量分辨力引入的标准不确定度