振弦式频率读数仪校准规范

1振弦式频率读数仪校准规范本规范适用于频率范围在300Hz～6000Hz的各类振弦式频率读数仪的校准。其GB/T3412.1—2009大坝监测仪器检测仪第1部分：振弦式仪器检测仪其最新版本(包括所用的修改单)适用于本规范。3.2激励excitation为使传感器正常工作而施加的外部能量(电压、电流等)。3.3振弦式频率读数仪vibratingwirefrequenc具有为振弦式传感器提供激励信号、测量传感器输出频率、显示频率或频率模数振弦式传感器输出频率f(Hz)的平方除以1000获得的值。用英文字母F表示，金属弦在一定的拉力、应力作用下具有一定的自振频率，根据弹性体振动理论推振弦式频率读数仪(以下简称振弦仪)为振弦式传感器的测读仪表，专门用于测量注：振弦式频率读数仪在GB/T3412.1—2009中命名为“振弦式仪器检测仪”。成，工作原理如图1所示。2集线箱传感器传感器图1振弦仪基本工作原理图振弦仪多以间歇激励方式工作，首先向传感器发出激励信号，激励信号一般有两将测量结果显示于面板上。振弦仪显示模式一般为频率(或周期)、频率模数、其他物5.1.1扫频式：一般在某一频率范围内以扫频的方式输出，幅值为5V～35V矩振弦仪测频范围一般为表1所列的各类。表1频率测量范围及测量误差编号频率范围(下限f₁~上限fm)最大允许误差1士0.5Hz34535.4时基准确度时基准确度≤1×10-*。6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度：(18～28)℃。6.1.2环境湿度：≤80%RH。6.1.3电源电压及频率：电压220(1±10%)V,频率50(1±5%)Hz。6.1.4周围无强电磁场干扰及无影响校准系统正常工作的机械振动。6.2测量标准及其他设备6.2.1低频信号发生器(或函数信号发生器)频率输出范围：(0～1)MHz,分辨力：≤0.01Hz;频率准确度：优于被校振弦仪时基准确度一个数量级或有外接频标功能；6.2.2数字示波器带宽：优于100MHz;采样率：优于1GS/s;探头：10:1高阻无源探头。6.2.3可变衰减器频率范围满足振弦仪频率测量范围；衰减(0～60)dB,可调步进：1dB,10dB。6.2.4专用校准连接器幅度限制范围：200mV～600mV(峰峰值)。7校准项目和校准方法校准项目见表2。序号名称方法条款号1外观及工作正常性检查23频率测量范围及测量误差4频率测量分辨力5时基准确度7.2校准方法7.2.1外观及工作正常性检查被校振弦仪应带有必要的附件。外观完好无影响正常工作的机械损伤，测试接口、4显示、存储、时钟等功能均应正常，如有自检功能，应按要求完成自检并确认符合7.2.2激励方式按图2连接。振弦仪振弦仪10:1探头510Ω电阻图2激励信号校准连接图示波器的10:1探头与振弦仪的频率测量端相连接，设置示波器输入衰减×10,DC耦合，输入阻抗1MΩ。为了真实观测激励信号的波形及幅值，偏转系数和扫描时表3数字示波器设置激励方式设置垂直偏转系数设置扫描时间系数设置脉冲高压式脉冲低压式扫频式时图形，并观测波形及幅值，判定激励方式(信号形式、波形)。注：激励方式校准时，一般高压激励方式的信号幅度与传感器内阻有关，校准时可不做定量测试。利用信号发生器模拟传感器的谐振频率对振弦仪进行校准。振弦仪有多种显示模式，一般国产振弦仪多以频率或频率模数两种模式显示；进口的振弦仪多以频率或周期、频率模数或微应变等多种模式显示(微应变=频率模数×K,K值为传感器系数，a)振弦仪具有校验功能的将其切换至校验状态，用示波器观测，确认激励信号处于关闭状态。按图3连接(电路串联的无极性电容起隔直作用，为预防误操作使激励信5号漏出而损坏信号发生器)。信号发生器输出波形设为正弦波，幅度峰值调至100mV~振弦仪振弦仪图3测量范围及测量误差校准连接图(1)b)振弦仪无校验功能且激励信号幅度小于衰减器最大允许电压，先将衰减器衰减量调至30dB,按图4连接仪器，用示波器观测激励信号幅度，逐步增大或减小衰减量，使其幅度保持在100mV～500mV内，再改为与信号发生器连接，信号发生器输出波形设置为正弦波，幅度峰值调至200mV～1V。图4测量范围及测量误差校准连接图(2)c)振弦仪无校验功能的且激励信号幅度大于衰减器最大允许电压、或校准时没有衰减器时，按图5连接，信号发生器输出波形设置为正弦波，幅度峰值调至200mV~振弦仪振弦仪图5测量范围及测量误差校准连接图(3)注：专用校准连接器主要由RC衰减电路组成，对激励信号做特殊处理，起保护信号发生器的作用。7.2.3.2频率测量范围被校振弦仪选择测量功能，信号发生器按被校振弦仪说明书给出的频率范围选取中间值为起点，逐步降低频率值，观测振弦仪示值，当振弦仪显示的频率值从符合技术要求的状态(读数值与标准值之差满足表1中最大允许误差士0.5Hz且稳定可靠)变为不符合技术要求状态时的最低频率值为测量范围的下限值ft。同理逐步升高信号发生器输出频率值，当被校振弦仪显示的频率值从符合技术要求的状态变为不符合技术要求状态时的最高频率值为测量范围的上限值fn。以区间ft～fn为实际的频率测量范围。7.2.3.3频率测量误差在f₁~fa频率范围内均匀选取一组频率值做为测试点f₀,并根据不同的频率点按说明书要求选择适当的激励挡位，每测一个频率点时应重置一次测量键，以确认振弦仪处于测量状态，待振弦仪的示值稳定可靠后，取三次测得的算术平均值fz,按公式(1)或公式(2)计算测量误差。6式中：f₁——振弦仪测得值的平均值，Hz;f₀——信号发生器输出的标准频率值，Hz。式中：7.2.4频率测量分辨力按7.2.3要求正确连接仪器。信号发生器调至1kHz,分辨力适当，逐步增大或减小输出频率，观察振弦仪读数应有变化，其显示的最小单位为测量分辨力。7.2.5时基准确度按7.2.3正确连接仪器。信号发生器调至振弦仪实测频率范围的上限标称值fho,且输出幅度足够大，确认振弦仪处于测量状态，待振弦仪读数稳定可靠后，取三次测得值的算术平均值f,按公式(3)计算时基准确度。式中：A——时基准确度；fm——振弦仪测得的上限频率平均值，Hz;fho——信号发生器输出的实测频率范围上限标称值，Hz。8校准结果表达振弦仪校准后出具校准证书。校准证书(报告)应至少包括以下信息：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)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有关时，应说明被校对象的接收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；7建议复校时间间隔为1年，用户亦可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。8校准原始记录格式校准原始数据激励方式形式波形测量范围及误差测量范围标称值实测值误差测量分辨力时基准确度频率上限值f准确度A测量结果不确定度频率测量标称值f₀测量结果f,注：原始记录格式以常规校准项目为参考，校准时可根据实际校准的技术指标做相应的变化。9校准证书内页格式校准数据/结果校准结果校准结果形式激励方式波形测量范围实测值标称值实测值测量范围及误差测量分辨力时基准确度扩展不确定度频率测量扩展不确定度测量结果不确定度振弦式频率读数仪测量结果不确定度评定示例C.1概述振弦仪校准结果主要为频率测量误差，其测量结果不确定度的评定如表C.1所示：表C.1基本信息表测量依据振弦式频率读数仪校准规范测量方法直接测量法测量标准被测对象SCJM振弦测试仪环境条件C.2数学模型见式(C.1)。f₂——振弦仪所测得的频率值，Hz:f₀——信号发生器输出的标准频率值，Hz:n——振弦仪内部计数器所计的脉冲数：r——振弦仪内部计数器所用的闸门时间。C.3不确定度分量来源分析按照不确定度合成法由数学模型式(C.1)得测量不确定度传播律：由式(C.2)可知影响频率f.测量结果的不确定度来源主要为两项：a.闸门时间r引入的不确定度，它反应了仪器晶振的不准和不稳(用测频法，闸门时间来自振弦仪内部晶振。用测周期法，闸门时间来自所测信号的M倍周期，它源于信号发生器内部晶振)。b.脉冲数n计数引入的不确定度，因闸门与计数脉冲相位关系是随机的，所以引入了±1量化误差，另外因测量电路存在随机抖动被测频率存在不稳定等因素也可造成计数不准，它反应了计数分辨力及随机误差(用测频法，计数脉冲为信号生器内部晶振产生的信号，用周期法时，计数脉冲来自振弦仪内部晶振，即时基)。由于信号发生器内部晶振准确度高于振弦仪内部晶振一个量级，其引入的误差可忽略，因此振弦仪晶振产生的闸门时间(或时基)的不准和不稳、计数分辨力和随机抖动是测量误差的主要来源。综上分析，振弦仪测频的闸门时间(或时基)不准引入的不确定度为ui;计数分辨力和随机误差以及其他不稳定因素引入的不确定度为u₂。C.4振弦仪频率测量结果不确定度评定C.4.1闸门时间(或时基)不准引入的不确定度分量u₁u₁由晶振频率准确度(即时基准确度)来估算，如振弦仪时基准确度为A=1×10-*,即区间半宽值为a=