振弦式頻率讀數(shù)儀校準規(guī)范

1振弦式頻率讀數(shù)儀校準規(guī)范本規(guī)范適用于頻率范圍在300Hz～6000Hz的各類振弦式頻率讀數(shù)儀的校準。其GB/T3412.1—2009大壩監(jiān)測儀器檢測儀第1部分：振弦式儀器檢測儀其最新版本(包括所用的修改單)適用于本規(guī)范。3.2激勵excitation為使傳感器正常工作而施加的外部能量(電壓、電流等)。3.3振弦式頻率讀數(shù)儀vibratingwirefrequenc具有為振弦式傳感器提供激勵信號、測量傳感器輸出頻率、顯示頻率或頻率模數(shù)振弦式傳感器輸出頻率f(Hz)的平方除以1000獲得的值。用英文字母F表示，金屬弦在一定的拉力、應力作用下具有一定的自振頻率，根據(jù)彈性體振動理論推振弦式頻率讀數(shù)儀(以下簡稱振弦儀)為振弦式傳感器的測讀儀表，專門用于測量注：振弦式頻率讀數(shù)儀在GB/T3412.1—2009中命名為“振弦式儀器檢測儀”。成，工作原理如圖1所示。2集線箱傳感器傳感器圖1振弦儀基本工作原理圖振弦儀多以間歇激勵方式工作，首先向傳感器發(fā)出激勵信號，激勵信號一般有兩將測量結果顯示于面板上。振弦儀顯示模式一般為頻率(或周期)、頻率模數(shù)、其他物5.1.1掃頻式：一般在某一頻率范圍內以掃頻的方式輸出，幅值為5V～35V矩振弦儀測頻范圍一般為表1所列的各類。表1頻率測量范圍及測量誤差編號頻率范圍(下限f?~上限fm)最大允許誤差1士0.5Hz34535.4時基準確度時基準確度≤1×10-*。6校準條件6.1環(huán)境條件6.1.1環(huán)境溫度：(18～28)℃。6.1.2環(huán)境濕度：≤80%RH。6.1.3電源電壓及頻率：電壓220(1±10%)V,頻率50(1±5%)Hz。6.1.4周圍無強電磁場干擾及無影響校準系統(tǒng)正常工作的機械振動。6.2測量標準及其他設備6.2.1低頻信號發(fā)生器(或函數(shù)信號發(fā)生器)頻率輸出范圍：(0～1)MHz,分辨力：≤0.01Hz;頻率準確度：優(yōu)于被校振弦儀時基準確度一個數(shù)量級或有外接頻標功能；6.2.2數(shù)字示波器帶寬：優(yōu)于100MHz;采樣率：優(yōu)于1GS/s;探頭：10:1高阻無源探頭。6.2.3可變衰減器頻率范圍滿足振弦儀頻率測量范圍；衰減(0～60)dB,可調步進：1dB,10dB。6.2.4專用校準連接器幅度限制范圍：200mV～600mV(峰峰值)。7校準項目和校準方法校準項目見表2。序號名稱方法條款號1外觀及工作正常性檢查23頻率測量范圍及測量誤差4頻率測量分辨力5時基準確度7.2校準方法7.2.1外觀及工作正常性檢查被校振弦儀應帶有必要的附件。外觀完好無影響正常工作的機械損傷，測試接口、4顯示、存儲、時鐘等功能均應正常，如有自檢功能，應按要求完成自檢并確認符合7.2.2激勵方式按圖2連接。振弦儀振弦儀10:1探頭510Ω電阻圖2激勵信號校準連接圖示波器的10:1探頭與振弦儀的頻率測量端相連接，設置示波器輸入衰減×10,DC耦合，輸入阻抗1MΩ。為了真實觀測激勵信號的波形及幅值，偏轉系數(shù)和掃描時表3數(shù)字示波器設置激勵方式設置垂直偏轉系數(shù)設置掃描時間系數(shù)設置脈沖高壓式脈沖低壓式掃頻式時圖形，并觀測波形及幅值，判定激勵方式(信號形式、波形)。注：激勵方式校準時，一般高壓激勵方式的信號幅度與傳感器內阻有關，校準時可不做定量測試。利用信號發(fā)生器模擬傳感器的諧振頻率對振弦儀進行校準。振弦儀有多種顯示模式，一般國產(chǎn)振弦儀多以頻率或頻率模數(shù)兩種模式顯示；進口的振弦儀多以頻率或周期、頻率模數(shù)或微應變等多種模式顯示(微應變=頻率模數(shù)×K,K值為傳感器系數(shù)，a)振弦儀具有校驗功能的將其切換至校驗狀態(tài)，用示波器觀測，確認激勵信號處于關閉狀態(tài)。按圖3連接(電路串聯(lián)的無極性電容起隔直作用，為預防誤操作使激勵信5號漏出而損壞信號發(fā)生器)。信號發(fā)生器輸出波形設為正弦波，幅度峰值調至100mV~振弦儀振弦儀圖3測量范圍及測量誤差校準連接圖(1)b)振弦儀無校驗功能且激勵信號幅度小于衰減器最大允許電壓，先將衰減器衰減量調至30dB,按圖4連接儀器，用示波器觀測激勵信號幅度，逐步增大或減小衰減量，使其幅度保持在100mV～500mV內，再改為與信號發(fā)生器連接，信號發(fā)生器輸出波形設置為正弦波，幅度峰值調至200mV～1V。圖4測量范圍及測量誤差校準連接圖(2)c)振弦儀無校驗功能的且激勵信號幅度大于衰減器最大允許電壓、或校準時沒有衰減器時，按圖5連接，信號發(fā)生器輸出波形設置為正弦波，幅度峰值調至200mV~振弦儀振弦儀圖5測量范圍及測量誤差校準連接圖(3)注：專用校準連接器主要由RC衰減電路組成，對激勵信號做特殊處理，起保護信號發(fā)生器的作用。7.2.3.2頻率測量范圍被校振弦儀選擇測量功能，信號發(fā)生器按被校振弦儀說明書給出的頻率范圍選取中間值為起點，逐步降低頻率值，觀測振弦儀示值，當振弦儀顯示的頻率值從符合技術要求的狀態(tài)(讀數(shù)值與標準值之差滿足表1中最大允許誤差士0.5Hz且穩(wěn)定可靠)變?yōu)椴环霞夹g要求狀態(tài)時的最低頻率值為測量范圍的下限值ft。同理逐步升高信號發(fā)生器輸出頻率值，當被校振弦儀顯示的頻率值從符合技術要求的狀態(tài)變?yōu)椴环霞夹g要求狀態(tài)時的最高頻率值為測量范圍的上限值fn。以區(qū)間ft～fn為實際的頻率測量范圍。7.2.3.3頻率測量誤差在f?~fa頻率范圍內均勻選取一組頻率值做為測試點f?,并根據(jù)不同的頻率點按說明書要求選擇適當?shù)募顡跷唬繙y一個頻率點時應重置一次測量鍵，以確認振弦儀處于測量狀態(tài)，待振弦儀的示值穩(wěn)定可靠后，取三次測得的算術平均值fz,按公式(1)或公式(2)計算測量誤差。6式中：f?——振弦儀測得值的平均值，Hz;f?——信號發(fā)生器輸出的標準頻率值，Hz。式中：7.2.4頻率測量分辨力按7.2.3要求正確連接儀器。信號發(fā)生器調至1kHz,分辨力適當，逐步增大或減小輸出頻率，觀察振弦儀讀數(shù)應有變化，其顯示的最小單位為測量分辨力。7.2.5時基準確度按7.2.3正確連接儀器。信號發(fā)生器調至振弦儀實測頻率范圍的上限標稱值fho,且輸出幅度足夠大，確認振弦儀處于測量狀態(tài)，待振弦儀讀數(shù)穩(wěn)定可靠后，取三次測得值的算術平均值f,按公式(3)計算時基準確度。式中：A——時基準確度；fm——振弦儀測得的上限頻率平均值，Hz;fho——信號發(fā)生器輸出的實測頻率范圍上限標稱值，Hz。8校準結果表達振弦儀校準后出具校準證書。校準證書(報告)應至少包括以下信息：a)標題，如“校準證書”;b)實驗室名稱和地址；c)進行校準的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書或報告的唯一性標識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標識；e)客戶的名稱和地址；f)被校對象的描述和明確標識；g)進行校準的日期，如果與校準結果的有效性有關時，應說明被校對象的接收h)如果與校準結果的有效性和應用有關時，應對被校樣品的抽樣程序進行說明；i)對校準所依據(jù)的技術規(guī)范的標識，包括名稱及代號；7建議復校時間間隔為1年，用戶亦可根據(jù)實際使用情況自主決定復校時間間隔。8校準原始記錄格式校準原始數(shù)據(jù)激勵方式形式波形測量范圍及誤差測量范圍標稱值實測值誤差測量分辨力時基準確度頻率上限值f準確度A測量結果不確定度頻率測量標稱值f?測量結果f,注：原始記錄格式以常規(guī)校準項目為參考，校準時可根據(jù)實際校準的技術指標做相應的變化。9校準證書內頁格式校準數(shù)據(jù)/結果校準結果校準結果形式激勵方式波形測量范圍實測值標稱值實測值測量范圍及誤差測量分辨力時基準確度擴展不確定度頻率測量擴展不確定度測量結果不確定度振弦式頻率讀數(shù)儀測量結果不確定度評定示例C.1概述振弦儀校準結果主要為頻率測量誤差，其測量結果不確定度的評定如表C.1所示：表C.1基本信息表測量依據(jù)振弦式頻率讀數(shù)儀校準規(guī)范測量方法直接測量法測量標準被測對象SCJM振弦測試儀環(huán)境條件C.2數(shù)學模型見式(C.1)。f?——振弦儀所測得的頻率值，Hz:f?——信號發(fā)生器輸出的標準頻率值，Hz:n——振弦儀內部計數(shù)器所計的脈沖數(shù)：r——振弦儀內部計數(shù)器所用的閘門時間。C.3不確定度分量來源分析按照不確定度合成法由數(shù)學模型式(C.1)得測量不確定度傳播律：由式(C.2)可知影響頻率f.測量結果的不確定度來源主要為兩項：a.閘門時間r引入的不確定度，它反應了儀器晶振的不準和不穩(wěn)(用測頻法，閘門時間來自振弦儀內部晶振。用測周期法，閘門時間來自所測信號的M倍周期，它源于信號發(fā)生器內部晶振)。b.脈沖數(shù)n計數(shù)引入的不確定度，因閘門與計數(shù)脈沖相位關系是隨機的，所以引入了±1量化誤差，另外因測量電路存在隨機抖動被測頻率存在不穩(wěn)定等因素也可造成計數(shù)不準，它反應了計數(shù)分辨力及隨機誤差(用測頻法，計數(shù)脈沖為信號生器內部晶振產(chǎn)生的信號，用周期法時，計數(shù)脈沖來自振弦儀內部晶振，即時基)。由于信號發(fā)生器內部晶振準確度高于振弦儀內部晶振一個量級，其引入的誤差可忽略，因此振弦儀晶振產(chǎn)生的閘門時間(或時基)的不準和不穩(wěn)、計數(shù)分辨力和隨機抖動是測量誤差的主要來源。綜上分析，振弦儀測頻的閘門時間(或時基)不準引入的不確定度為ui;計數(shù)分辨力和隨機誤差以及其他不穩(wěn)定因素引入的不確定度為u?。C.4振弦儀頻率測量結果不確定度評定C.4.1閘門時間(或時基)不準引入的不確定度分量u?u?由晶振頻率準確度(即時基準確度)來估算，如振弦儀時基準確度為A=1×10-*,即區(qū)間半寬值為a=