Поверка электронно-счетных частотомеров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проверка электронно-счетных частотомеров



Введение

Измерение - один из важнейших путей познания природы человека.

Они играют значительную роль в современном обществе. Наука, техника и промышленность не могут существовать без измерений. Каждую сек в мире производится 1 млрд. измерительных операции результаты которых используются для обеспечения технического уровня и необходимого качества продукта, безопасности работы транспорта и т.д. Практически нет ни одной сферы деятельности где бы не использовались результаты измерений. Диапазоны измеряемых величин постоянно растут. Например длина измеряется 10^-'°-10^-» метра, температура 0,5-10⁶ К, сопротивление 10^-26-10¹⁶ Ом, сила тока 10^-16-10⁴А. С ростом диапазона измеряемых величин возрастает и сложность измерения. Измерения по сути своей перестают быть одноактивным действием, превращают сложную процедуру подготовки эксперимента, интерпретации измеренной информации. В этом случае следует говорить об измерительных технологиях понимающихся как последовательность действий направленных на получение измерительной информации. Другой фактор, подтверждающий фактор измерений - их значимость. Основой любой формы управления, анализа, планирования, контроля и регулирования является достоверная исходная информация, которая может быть получена путём измерения физических величин, параметров и показателей. Только высокая и гарантированная точность результатов измерений может обеспечить правильность применяемых решений.

Современный уровень науки и техники позволяет выполнять многочисленные и точные измерения однако затраты на них равны затратам на исполнительные операции. Важной задачей метрологии как науки является создание эталонов физических величин имеющих диапазон необходимый для современной науки и техники. Эти эталоны постоянно совершенствуются с учётом последних открытий науки. Стоимость поддержания мировой системы эталонов высока. Сотрудничество с зарубежными странами совместная разработка научных программ Её высокая точность, качество и достоверность единообразия принципов и способов оценки и точность измерения имеет огромное значение.

Измерение частоты составляет одну из важных задач измерительной техники. В современной электронике, автоматике и других близких к ним областях науки и техники используются сигналы самых разнообразных частот - инфранизких до сверхвысоких. Наиболее распространенным методом является резонансный, гетеродинный, заряда и разряда конденсатора. Каждый из этих методов эффективен в определенном диапазоне частот.

За последние годы в технику измерения частот, прочно внедрился метод дискретного счета. Сочетание этого метода с гетеродинным существенно расширило диапазон измеряемых частот.

Кроме того электронно-счетные частотомеры имеют цифровую иsдикацию, уменьшающую возможность субъективной ошибки измерения, и кроме частоты могут измерят отношение частот, период и другие временные интервалы.

Принцип действия электронно-счетных частотомеров рассмотрим на примере частотомера ЧЗ-57.



1. Основные термины и определения

калибровка метрология частотомер

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности

Физические величины - истинное значение физической величины Значение физической величины, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую физическую ве.^-zичину.

Действительное значение физической величины - значение физической величины, полученное экспериментальным путем и настолько близкое к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано вместо него.

Единицы физических величин - основная единица системы единиц физических величин

Производная единица системы единиц физических величин - единица производной физической величины системы единиц, образованная в соответствии с уравнением, связывающим ее с основными единицами или с основными и уже определенными производными.

Измерение физической величины - совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины.

Абсолютное измерение - измерение, основанное на прямых измерениях одной или нескольких основных величин и(или) использовании значений физических констант.

Относительное измерение - измерение отношения величины к одноименной величине, играющей роль единицы, или измерение изменения величины по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение физической величины получают непосредственно.

Косвенное измерение - определение искомого значения физической величины па основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

Совокупные измерения - проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

Совместные измерения - проводимые одновременно измерения двух или нескольких не одноименных величин для определения зависимости между ними.

Техническое средство измерений - техническое средство, предназначенное для измерении, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и(или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешностиi в течение известного интервала времени.

Мера физической величины - средство измерений, предназначенное для воспроизведения и(или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Измерительный прибор - средство измерений, предназначенное для получения значений измеряемой физической величины в установленном диапазоне.

Измерительная установка - совокупность функционально объединенных мер, измерительны к приборов, измерительных преобразователей и других устройств, предназначенная для измерений одной или нескольких физических величин и расположенная в одном месте.

Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

Метрологическая характеристика средства измерений - характеристика одного из свойств - средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми метрологическими характеристиками, а определяемые экспериментально - действительными метрологическими характеристиками.

Вариация показаний измерительного прибора - разность показаний прибора в одной и той же точке диапазона измерений при плавном подходе к этой точке со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.

Диаrгазон измерений средства ггзмерений - область значений величинь_, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений.

Номинальное значение меры - значение величины, приписанное мере или партии мер при изготовлении.

Действительное значение меры значение величины, приписанное мере на основании ее калибровки или поверки.

Чувствительность средства измерений - свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины.

Средства поверки - эталоны, поверочные установки и другие ср°дсгва измерений, применяемые при поверке в соответствии с установленными правилами.

Метод непосредственной оценки - метод измерений, при котором значение величины определяют непосредственно по показывающему средству измерений

Метод сравнения с мерой - метод измерений, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, воспроизводимой мерой.

Нулевой метод измерений - метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия измеряемой величины и меры на прибор сравнения доводят до нуля.

Метод измерений замирением - метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины.

Дифференциальный метод измерений - метод измерений, при котором измеряемая величина сравнивается с однородной величиной, имеющей известное значение, незначительно отличающееся от значения измеряемой величины, и при котором измеряется разность между этими двумя величинами

Методика выполнения измерений - установленная совокупность операций и правил при измерении, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с гарантированной точностью в соответствии с принятым методом.

Погрешность результата измерения - отклонение результата измерения от истинного (действительного) значения измеряемой величины.

Систематическая погрешность измерения - составляющая погрешности результата измерения, остающаяся постоянной или закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Инструментальная погрешность измерения - составляющая погрешности измерения, обусловленная погрешностью применяемого средства измерений.

Погрешность метода измерений - составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная несовершенством принятого метода измерений.

Погрешность (измерения) из-за изменений условий измерения - составляющая систематической погрешности измерения, являющаяся следствием неучтенного влияния отклонения в одну сторону какого-либо из параметров, характеризующих условия измерений, от установленного значения.

Субъективная погрешность измерения - составляющая систематической погрешности измерений, обусловленная индивидуальными особенностями оператора.

Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) при повторных измерениях, проведенных с одинаковой тщательностью, одной и той же физической величины.

Абсолютная погрешность измерения погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины

Абсолютное значение погрешности - значение погрешности без учета ее знака (модуль погрешности)

Относительная погрешность измерения - погрешность измеренi3я, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или измеренному значению измеряемой величины.

Статическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям статического измерения

Динамическая погрешность измерений - погрешность результата измерений, свойственная условиям динамического измерения

Промах - погрешность результата отдельного измерения, входящего в ряд измерений, которая для данных условий резко отличается от остальных результатов этого ряда.

Нормальные условия измерений - условия измерения, характеризуемые совокупностью значений или областей значений влияющих величин, при которых изменением результата измерений пренебрегают вследствие малости.

Рабочие условия измерений - условия измерений, при которых значения влияющих величин находятся в пределах рабочих областей.

Эталоны единиц физических величин - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и(или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Первичный эталон - эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью.

Вторичный эталон - эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы

Эталон сравнения - эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом

Исходный эталон - эталон, обладающий наивысшими метрологическими свойствами (в данной лаборатории, организации, на предприятии), от которого передают размер единицы подчиненным эталонам и имеющимся средствам измерений.

Эталоны, стоящие в поверочной схеме ниже исходного эталона, обычно называют подчиненными эталонами

Рабочий эталон - эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

Государственный первичный эталон - первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.

Национальный эталон - эталон, признанный официальным решением служить в качестве исходного для страны.

Международный эталон - эталон, принятый по международному соглашению в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами.

Поверочная схема для средств измерений - нормативный документ, устанавливающий соподчинение средств измерений, участвующих в передаче размера единицы от эталона рабочим средствам измерений (с указанием методов и погрешности при передаче).

Государственная поверочная схема - поверочная схема, распространяющаяся на все средства измерений данной физической величины, имеющиеся в стране.

Локальная поверочная схема - поверочная схема, распространяющаяся на средства измерений данной физической величины, применяемые в регионе, отрасли, ведомстве или на отдельном предприятии (в организации)

2. Организационные и нормативно-правовые основы обеспечения единства измерений (ОЕИ)

Организационно правовая основа разделяется на:

1) Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»;

Настоящий закон устанавливает правовые основы обеспечения единства измерений в Российской Федерации, регулирует отношения государственных органов управления Российской Федерации с юридическими и физическими лицами по вопросам изготовления, выпуска, эксплуатации, ремонта, продажи и импорта средств измерений и направлен на защиту прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики Российской Федерации от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений.

2) метрологические службы государственных органов и юридических ЛИЦ;

11У 50-732-93 ГСИ. Типовое положение о метрологической службе государственных органов управления Российской Федерации и юридических лиц.

3) Испытания средств измерений;

ПР 50.2.009-94 ГСИ. Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений;

ПР 50.2.010-94 ГСИ. Требования к государственным центрам испытаний средств измерений и порядок их аккредитации;

ПР 50.2.011-94 ГСИ. Порядок ведения Государственного реестра средств измерений;

МИ 2146-98 Рекомендация. ГСИ. Порядок разработки и требования к содержанию программ испытаний средств измерений для целей утверждения их типа.

4) Система обязательной сертификации средств измерений;

МИ 2277-93 Рекомендация. ГСИ. Система сертификации средств измерений. Основные положения и порядок проведения работ;

МИ 2278-93 Рекомендация. ГСИ. Система сертификации средств измерений. Органы по сертификации. Порядок аккредитации;

МИ 2279-93 Рекомендация. ГСИ. Система сертификации средств измерений. Порядок ведения реестра системы.

5) Поверка средств измерений;

ПР 50.2.006-94 ГСИ. Порядок проведение поверки СИ; 11Р 50.2.007-94 ГСИ. Поверительные клейма; HP 50.2.012-94 ГСИ. Порядок аттестации поверителей си;

ПР 50.2.014-94 ГСИ. Правила проведения аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения поверки.

6) Калибровка средств измерений;

11Р 50.2.016-94 ГСИ. Требования к выполнению калибровочных paбor, HP 50.2.017-95 ГСИ. Положение о Российской системе калибровки;

HP 50.2.018-95 ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право проведения калибровочных работ Р РСК 001-95 Рекомендация. Российская система калибровки. Типовое положение о калибровочной лаборатории;

HP PCK 002-95 Российская система калибровки. Калибровочные клейма. 7) Методики выполнения измерений;

ГОСТ Р 8.563-96 ГСИ. Методики выполнения измерений;

МИ 2377-98 ГСИ. Разработка и аттестация методик выполнения измерений;

ПР 50.2.013-97 ГСИ. Порядок аккредитации метрологических служб юридических лиц на право аттестации методик выполнения измерений и проведения метрологической экспертизы документов.

8) Государственный метрологический надзор.

HP 50.2.002 ГСИ. Порядок осуществления государственного метрологического надзора за выпуском, состоянием и применением средств изменений, аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами и соблюдением метрологических правил и норм;

ПР 50.2.005 ГСИ. Порядок лицензирования деятельности по изготовлению, ремонту, продаже и прокату средств измерений;

МИ 2304-94 ГСИ. Метрологический контроль и надзор, осуществляемые метрологическими службами юридических лиц;

МИ 2277-93 Рекомендация. ГСИ. Система сертификации средств измерений. Основные положения и порядок проведения работ;

МИ 2278-93 Рекомендация. ГСИ. Система сертификации средств измерений. Органы по сертификации. Порядок аккредитации;

МИ 2279-93 Рекомендация. ГСИ. Система сертификации средств измерений. Порядок ведения реестра системы.

Обеспечение единства измерений: Деятельность метрологических служб, направленная на достижение и поддержание единства измерений в соответствии с законодательными актами, а также правилами и нормами, установленными государственными стандартами и другими нормативными документами по обеспечению единства измерений.

Деятельность по обеспечению единства измерений направлена на охрану прав и законных интересов граждан, установленного правопорядка и экономики, а также на содействие экономическому и социальному развитию страны путем защиты от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений во всех сферах жизни общества на основе конституционных норм, законов, постановлений правительства Российской Федерации (РФ) и нормативной документации.

Вся метрологическая деятельность в РФ осуществляется в соответствии с Конституцией РФ (статья 71 р), которая устанавливает, что в федеральном ведении находятся стандарты, эталоны, метрическая система и исчисление времени, и закрепляет централизованное руководство основными вопросами законодательной метрологии, такими как единицы физических величин (сРВ) эталоны и связанные с ними другие метрологические основы. В развитие этой конституционной нормы приняты Федеральные законы «Об обеспечении единства измерений» и» О стандартизации», детализирующие основы метрологической деятельности.

Текущая метрологическая деятельность регламентируется постановлениями Правительства РФ. Наиболее важным из принятых в последнее время является постановление < Об организации работ по стандартизации, обеспечению единства измерений, сертификации продукции и услуг (с изменениями от 12 января 1996 г.) (утверждено Постановлением Правительства РФ оТ 12.02.1994 г. Na 100)

Для реализации положений Федеральных законов «Обеспечении единства измерений» и» О стандартизации», а также постановлений Правительства РФ разрабатываются и принимаются подзаконные акты - нормативные документы - документы, устанавливающие правила, общие принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности или их результатов.

К нормативным документам по метрологии, действующим на территории России, относятся следующие:

Стандарт - нормативный документ по стандартизации, разработанный на основе консенсуса и принятый признанным органом, в котором устанавливаются для всеобщего и многократного использования правила, общие принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности или результатов, который направлен на достижение оптимальной степени упорядочения в определенной области.

Государственный стандарт РФ (ГОСТ Р) - национальный стандарт, принятый федеральным органом исполнительной власти по стандартизации или федеральным органом исполнительной власти по строительству. Национальный стандарт - стандарт, принятый национальным органом по стандартизации одной страны.

Межгосударственный стандарт (ГОСТ) - региональный стандарт, принятый государствами присоединившимся к Соглашению о проведении согласованной политики в области стандартизации, метрологии и сертификации и применяемый ими непосредственно.

Отраслевой стандарт (ОСТ) - стандарт, принятый федеральным органом исполнительной власти в пределах его компетентности.

Стандарт предприятия (СТП) - стандарт, принятый субъектом хозяйствования.

Правила (11Р) по стандартизации, метрологии, сертификации, аккредитации представляют собой нормативный документ, устанавливающий обязательные для применения организационно - технические и(или) общетехнические положения, порядки, методы выполнения работ в перечисленных выше областях.

Рекомендации (Р) (в том числе межгосударственные РМГ) по стандартизации, метрологии, сертификации, аккредитации являются нормативными документами, содержащими добровольные для применения организационно - технические и(или) общетехнические положения, порядки, методы выполнения работ, а также рекомендуемые правила выполнения этих работ.

Методические инструкции (МИ) и руководящие документы (РД) являются нормативными документами методического содержания, разрабатываются организациями, подведомственными Госстандарту РФ.

ГОСТ Р 8.000 - 2000 «Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения»

3. Организация работ по ОЕИ на ОАО АПЗ «Ротор»

Назначение и область применения

1.1. В Положении о метрологической службе (далее - MC) содержится следующая информация: структура MC, основные задачи, обязанности, права, взаимодействие с другими структурными подразделениями и ответственность.

1.2. ПОложение О MC разработан0 на основании следующих документов: - Закона Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений»; -15-

- ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий»;

- ПР 50-732-93 «ГСИ. Типовое положение о метрологической службе государственных органов управления Российской Федерации и юридических лиц»;

- Устава ОАО АПЗ «Ротор»

- Руководства по качеству ОАО АПЗ «Ротор» 4.2. Общие положения

2.1. Открытое Акционерное Общество «АПЗ Ротор» (далее Ротор) является юридическим лицом.

2.2. МС создана для выполнения задач по обеспечению единства и требуемой точности измерений в производстве, осуществления метрологического контроля и надзора, повышение эффективности производства и качества продукции.

2.3. МС осуществляет комплекс мероприятий по метрологическому обеспечению технологических процессов, выполняемых на предприятии и направленных на обеспечение единства и точности измерений, повышения эффективности производства и улучшение качества выпускаемой продукции.

2.4. В своей работе МС руководствуется действующим законодательством, в том числе Законом Российской Федерации «Об обеспечении единства измерений», ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий», стандартами государственной системы обеспечения единства измерений (ГСИ), правилами по метрологии, инструкциями и другими нормативными документами Россаккредитация, определяющими организацию и методику проведения работ по оценке и обеспечению точности измерений, а также стандартами предприятий по обеспечению качества, Уставом «Ротор» и настоящим Положением.

2.5. Государственный метрологический контроль и надзор за состоянием и применением средств измерений (далее - СИ), аттестованными методиками выполнения измерений, эталонами, применяемыми для поверки си, соблюдением метрологических правил и норм, а также за работой «Ротор» осуществляют органы Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Россаккредитация).

Структура МС

3.1. Метрологическая служба является самостоятельным структурным подразделением и возглавляется Начальником одела метрологических измерений (ОМИ) -, подчиняется Заместителю Генерального директора по управлению качеством. Структура МС представлена в Приложении 1.

3.2. MC осуществляет свою деятельность через лаборатории, которые административно подчиняются начальнику ОМИ

3.3. Количество и состав исполнителей определены штатным распйсанием, которое может быть изменено с изменением возложенных обязанностей.

3.4. Начальник ОМИ осуществляет методическое руководство в части метрологического обеспечения подразделений завода, через ответственных лиц за состояние и применение СИ в этих подразделениях.

Основные задачи МС

4.1. Обеспечение единства и требуемой точности измерений, повышение уровня метрологического обеспечения предприятия.

4.2. Внедрение современных методов измерений, эталонов, применяемых для поверки СИ.

4.3. Проведение метрологической экспертизы конструкторской и технологической документации, проектов стандартов и других нормативно-технических документов.

4.4. Организация работы испытательной лаборатории (далее - ЛИ) «Ротор» по проведению сертификационных испытаний

4.5. Организация и проведение поверки СИ, находящихся в эксплуатации. 4.6. Составление и соблюдение графиков поверки СИ.

4.7. Составление своевременного уточнения перечня СИ, подлежащих поверке.

Обязанности МС

5.1. Осуществление метрологического контроля путём поверки СИ, проверки своевременности представления контрольного комплекта СИ на поверку. 5.2. Осуществление метрологического контроля за состоянием и применением СИ, аттестованными методиками измерений, эталонами единиц величин, применяемыми для поверки СИ, соблюдение метрологических правил и норм, нормативных документов (далее - НД) по обеспечению единства измерений.

5.3. Организация и проведение испытаний и контроля качества поступающих на завод материалов и комплектующих изделий.

5.4. Оформление и оперативный учёт результатов испытаний и контроля.

5.5. Составление графиков поверки СИ «Ротор» и контроль их выполнения цехами и подразделениями завода.

5.6. Организация и проведение ремонта СИ, находящихся в эксплуатации.

4.5.7. Хранение и поддержание на должном уровне эталонов для воспроизведения единиц величин, других средств поверки СИ.

5.8. Проведение метрологической экспертизы разрабатываемых на заводе технических условий, конструкторской и технологической документации.

5.9. Проведение анализа состояния измерений, контроля и испытаний на всех стадиях жизненного цикла продукции с целью правильного определения приоритетов в решении задач метрологического обеспечения.

5.10. Изучение потребности в СИ, контроля и испытаний, эталонов по поверке СИ, стандартных образцов состава и свойств веществ материалов, подготовка предложений по их приобретению.

5.11. Участие во внедрении новых средств и методов измерений.

5.12. Участие в изготовлении стандартных образцов и других средств поверки, необходимых для настройки и проверки работоспособности используемых СИ

5.13. Организация работы по обучению, повышению квалификации и аттестации кадров в области метрологии.

5.14. Ведение учета и паспортизация СИ.

5.15. Осуществление взаимодействия с органами государственных - региональных центров метрологии (далее - ГРЦМ), по вопросам обеспечения единства измерений, оказания содействия органам Россаккредитации при осуществлении ими государственного метрологического контроля и надзора.

5.16 Осуществление контроля за устранением недостатков в обеспечении единства измерений, выявленных органами Россаккредитации.



4. Поверка и калибровка средств измерений

Работа частотомера основана на счетно-импульсном принципе, который заключается в том, что счетный блок считает количество поступающих на его вход импульсов в течении определенного интервала времени

Периодический сигнал частоту (f_X) которого необходимо измерить поступает на вход А. После усиления или ослабления во втором блоке сигнал подается на формирователь, где преобразуется в периодическую последовательность однополярных импульсов, частота следования которых равна частоте измеряемого сигнала.

Эти импульсы поступают на вход 1 временного селектора. Они проходят в счетчик лишь тогда, когда на входе 2 селектора действует стробирующий импульс строго определенной длительности. Последний нормируется из напряжения высокочастотного кварцевого генератора. Так как период мал, то для получения требуемой длительности стробирующего импульса (например, L~) в схеме предусмотрен делитель частоты.

Блок формирования и управления формирует сторобирующий импульс длительностью ?t.

?t обычно выбирается равным 1; 10; 10²; 10³ и 10⁴ мс. Редко 10⁵ мс Кроме этого, блок управляет индикацией и производит сброс.

Измерение периода

Измеряемый сигнал подается на вход Б. Усилитель-преобразователь преобразует входной сигнал в последовательность коротких импульсов с периодом следования T_X.

Далее эти импульсы поступают в блок формирования и управления, где из последовательности коротких импульсов формируется прямоугольный строб-импульс с крутым фронтом и срезом, равный по длительности, измеряемому интервалу. Строб-импульс подается на второй план селектора.

За время действия этого импульса счетчик считает импульсы, сформированные из высокостабильных колебаний кварцевого генератора, непрерывно поступающие на первый вход селектора.

Число импульсов, подсчитанное счетчиком, соответствует измеряемому интервалу времени и фиксируется с помощью системы цифровой индикации на табло прибора.

Область применения и основные технические характеристики Частотомер ЧЗ-57 предназначен для:

измерения частоты синусоидальных и частоты следования сигналов;

измерения периода синусоидальных и периода следования сигналов;

измерение длительности импульсов;

измерения отношения частот электрических сигналов;

счета числа электрических колебаний;

выдачи сигнала опорной частоты;

выдачи информации о результатах измерения на регистрирующее устройство.

Прибор измеряет по выходу А частоту синусоидальных сигналов и частоту следования импульсных сигналов любой полярности в диапазоне от 0,1 Гц до 100 МГц при напряжении входного сигнала:

от 0,1 до 10 В-для сигнала синусоидальной формы;

от 0,3 до 10 В-для сигнала импульсной формы;

Минимальная длительность импульса выходного сигнала - 5 нс. Относительная погрешность при измерении частоты синусоидальных и импульсных сигналов - в пределах значений, рассчитанных по формуле:

-д_i (д_o+(1/f_изм * t_сч))

где: д_o - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого генератора;

f_изм - измеряемая частота, Гц;

t_сч - время счета, с.

Номинальное значение частоты кварцевого генератора - 5МГц.

Действительное значение частоты кварцевого генератора при выпуске прибора установлено с погрешность в пределах ± 2+10^-8 относительно номинального значения

Относительная погрешность по частоте кварцевого генератора - в пределах:

± 1,5* 10^-7 за 30 суток;

± 2,5* 10^-7 за 6 месяцев;

± 5* 10^-7 за 12 месяцев.

Прибор измеряет по входу Б единичный и усредненный период сигналов синусоидальной и импульсной формы любой полярности при длительности импульсов не менее 0,1 мкс в диапазоне от 1 мкс до 10⁴ с (1 МГц -10⁴ Гц) при напряжении входного сигнала:

от 0,1 до 10 В-для сигнала синусоидальной формы;

от 0,3 до 10 В-для сигнала импульсной формы;

Число передаваемых периодов (множитель периода) - 10; 10²; 10³; 10⁴.

Период частоты заполняется (метки времени) - 10^-7; 10^-6; 10^-5; 10^-4; 10^-3 с

Относительная погрешность при измерении периода синусоидального сигнала с длительностью фронта импульсов более половины периода частоты заполнения - в пределах значений, рассчитанных по формуле

д_i = ± (д_o + д₃ /n⁺T_такт /n^* Т_изм)

где: д₃ - относительная погрешность уровня запуска;

n - число усредняемых периодов (множитель периода);

Т_такт - период тактовой частоты или частоты заполнения (метки времени);

Т_изм - измеряемый период.

При импульсной форме входного сигнала с длительностью фронта импульсов не более половины периода сигнала частоты заполнения относительная погрешность - в пределах значений рассчитанных по формуле:

д_i = ± (д_o + Т_такт / n^* Т_изм)

Прибор измеряет по входу Б длительность импульсов любой полярности от 1 мкс до 10⁴с при частоте следования импульсов не более 500 кГц и выходном напряжении от 0,3 до 10В.

Относительная погрешность при измерении длительных импульс в-в пределах значений, рассчитанных по формулам:

1) при суммарной длительности фронта и среза измеряемых импульсов более половины периода сигнала частоты заполнения

Sт^-+ (bo+(i+ i~)/2^* i ИЗМ+ТТакт/^'ТИзМ) i ИЗм



- длительность измеряемого сигнала на уровне 0,5

2) при суммарной длительности фронта и среза измеряемых импульсов не более половины периода сигнала частоты заполнения

Sт^-? ^- (S°+Ттакт/n^*Тизм)

Прибор измеряет отношение частот электрических сигналов диапазон высшей из сравниваемых частот (вход А) - от 0,1 Гц до 100 МГц.

Прибор производит по выходу А счет числа (суммирование) электрических колебаний в диапазоне частот от 0,1 Гц до 1 ООМГц за время, устанавливаемое вручную.

Прибор выдает сигнал опорной частоты 5 МГЦ с погрешностью по частоте, равной погрешности внутреннего кварцевого генератора, напряжением не менее 0,5В

Причины погрешностей, возникающие при измерении частоты

При измерении частоты периодического сигнала наиболее весомы две составляющие погрешности: погрешность меры и погрешность дискретности.

Погрешность меры определяется нестабильностью частоты напряжения кварцевого генератора. Эта составляющая погрешности может быть ощутима при измерении очень высоких частот. В современных цифровых частотомерах применяются кварцевые генераторы с малой нестабильностью частоты, например ± 1* 10^-1° за 1 с и+5 * 10^-9 за сутки.

Погрешность обусловлена тем, что фронт и срез стробирующего импульса не синхронизированы с моментами появления заполняющих временные ворота импульсов периодической последовательности, которые сформированы из исследуемого сигнала. Максимальное значение абсолютной погрешности дискретности составляет плюс - минус единицу дискретизации и не зависит от измеряемого значения частоты. Так как при измерении частоты за единицу дискретизации принять значение F_o6p, то максимальная абсолютная погрешность дискретности при измерении частоты

Of ±F_o6_p^-±1/Ot_K

Этому соответствует +1 младшего разряда счета, причем значение Of выражено в герцах, если интервал Ot_K выражен в секундах.

Предел основной допускаемой абсолютной погрешности цифрового частотомера:

О «реД ⁺(⁸КВ^* fX+1/ OtK),

где: 8_КВ - общая погрешность кварцевого генератора

Предел основной допускаемой относительной погрешности, выраженной в процентах от измеряемого значения (8_ПреД 100 д «_реД, f_X) определится формулой

(S_преД +1 00 ((S_кв +1/ 11)

Из формулы 0 «_реД +(b_KB* f_X+1/ Ot_K) видно, что при измерении высоких частот за OtK 1 с удельный вес погрешности дискретности, характеризуемый членом 1/ Ot_K. невелик и точность измерения получается высокой

В случае же измерения низких частот погрешность дискретности является определяющей действительно, при fX 1 оГц (= 5* 10⁶ и OtK 1 с) погрешность дискретности составляет 1Гц и полностью характеризует общую абсолютную погрешность.

Относительная погрешность составляет 10°/о, что очень много.

Таким образом, из-за больших погрешностей дискретности низкие частоты измеряются с невысокой точностью.

Имеются несколько способов повышения точности измерения низких частот.

Первый способ сводится к увеличению длительности временных ворот, то есть продолжительность измерения. Но возможности такого способа ограничены, так как для получения приемлемой точности требуется очень большое время измерения. Так, например, чтобы измерить частоту 1 оГц с погрешностью не более 0,001%, временные ворота должны составлять l 0000с, то есть около Зч.

Второй способ сводится к увеличению числа импульсов, заполняющих временные ворота, достигаемому умножением частоты исследуемого сигнала. Осуществление данного способа сопряжено с применением дополнительного блока-умножителя частоты, что усложняет и удорожает аппаратуру.

Третий способ заключается в непосредственном измерении периода исследуемого сигнала с последующим вычислением числового значения, -обратного результату измерения периода. Этот способ позволяет резко уменьшить погрешности дискретности при измерении низких частот.

Операция поверки

При поверке должны быть выполнены следующие операции: - внешний осмотр;

- опробование и самоконтроль;

- определение основной относительной погрешности измерения частоты;

- определение основной относительной погрешности измерения периода при синусоидальном сигнале

Средства поверки

При проведении поверки должны быть применены следующие средства: 1. Кварцевый генератор ч1-53. Измерение частоты в месяц 1,5 * 10^-~; 2. Синтезатор частоты Чб-31. Диапазон частот 50Гц - 50Мгц; 3. Умножитель частоты Чб-36. Диапазон частот 50 - 500МГц;

4. Рубидиевый стандарт частоты Ч1-50 с относительным систематическим изменением частоты в месяц б* 10^-", применяемый для подстройки кварцевого генератора Ч1-53;

5. Высокочастотный генератор сигналов Г4-107. Диапазон 12,2 - 400МГц. Погрешность по частоте 1°/о;

б. Высокочастотный генератор сигналов Г4-117. Диапазон 20Гц - 10МГц. Погрешность по частоте 2°/о;

7. Низкочастотный широкодиапазонный декадный генератор сигналов ГЗ-105. Диапазон 0,01 - 2Мгц. Погрешность по частоте 5* 10^-'.

8. Универсальный осциллограф С1-70 с полосой частот 0-50МГц и минимальным коэффициентом отклонения 10 мВ/гв;

9. Компаратор частоты Ч7-12 с коэффициентом умножения разности частот входных сигналов частотой 1 МГц, равным 10000; - 1ГГц.

10. Вольтметр переменного тока ВЗ-43. Диапазон частот 10кГц

11. Вольметр переменного тока ВЗ-44. Диапазоны частот 20Гц -

Пределы измерений 10мВ - ЗООв. Погрешность 2,5^°/о.

Условия поверки и подготовка к ней

При поверке должны быть соблюдены следующие условия:

- Температура окружающего воздуха 50±5^°С при его относительной влажности 65+15°/о

Напряжение сети питания 220В+2°/о при частоте 50Гц+10°/о и содержания гармоник до 5°/о

Перед началом поверки ЧЭС должен быть включен для самопрогревания на время, указанное в технической документации.

Перед началом поверки средства поверки должны находиться в рабочем состоянии.

При поверке должны быть соблюдены все правила технической безопасности.

Проведение поверки

1. Внешний осмотр.

При внешнем осмотре должно быть установлено:

- исправность всех органов управления;

- отсутствие механических повреждений. Препятствующих или затрудняющих работу.

2. Опробование и самоконтроль.

Опробование допускается проводить через 5 минут после включения ЧЭС.

Опробование следует проводить при положении переключателя «Род работы» - «Контроль».

ЧЭС устанавливается в режим «Непрерывный счет». С генератора сигналов ГЗ-105 подают сигнал с частотой 1Гц. При этом на световом табл~ ЧЭС должны последовательно высвечиваться показания разрядов: 1,2,3,4,5,6,7,8,9,0. увеличивая частоты в 10, 100, 1000 и т.д. раз проверяют последовательность высвечивания предыдущих разрядов цифрового табло, пока не будут проверены все разряды.

ЧЭС устанавливается в режиме измерений частоты. С генератора сигналов Г4-117 на вход ЧЭС подают сигнал частотой не более 24Гц и напряжением, равным минимальному входному напряжению ЧЭС в режиме измерения частоты. Значение частоты, измеренное ЧЭС, должно отличаться от установленного на генераторе не более чем на значение погрешность установки частоты +1 единица счета низшего разряда.

Аналогичные измерения проводят в середине и конце диапазона, при необходимости заменяя генератор сигналов Г4-117 на Г4 - 107.

ЧЭС устанавливают в режиме измерения периода. С генератора сигналов Г4-117 на вход ЧЭС подают сигнал частотой не более 20Гц и напряжением равным минимальному напряжению ЧЭС в режиме.

Измерения периода. Измеряют один период. Измеренные значения периода не должны отличаться от установленных на генераторе сигналов значений более чем на величину ОТ, определяемую по формуле:



ОТ=(3* 10^-3+[0о] +[Л])+ 1/f₃

где, О_о - относительная погрешность по частоте кварцевого генератора ЧЭС. f₃ - частота заполнения.

А_С - относительная погрешность установки периода Т на генераторе сигналов, по абсолютной величине равная относительной погрешности установки частоты.

Измерения проводят в середине и конце диапазона, при необходимости, заменяя генератор сигналов Г4-117 на Г4-107.

Определение метрологических параметров. Определение основной относительной погрешности измерения частоты

ЧЭС устанавливают в режиме измерения частоты. От синтезатора непосредственно или через умножитель на ЧЭС подают сигнал частотой, которая может быть несколько ниже, но не более чем на 20°/о наибольшей частоты, измеряемой ЧЭС и входным напряжением равным минимальному при работе ЧЭС в режиме измерения частоты.

Проводят серию из десяти наблюдений и определяют для каждого наблюдения значения основной относительной погрешности измерений частоты по формуле:

Of;/fH^-Г(fi'fBH)/ fBH]

где: f; - значение частоты, полученное при ее измерении ЧЭС;

f_вН - значение, установленное на синтезаторе.

Результаты девяти наблюдений не должны превышать относительной погрешности измерения частоты ЧЭС, определяемой как:

Of/ fBI^-I⁼[OOj⁺{kl fBHj



где: 4_° - относительная погрешность по частоте кварцевого генератора ЧЭС;

k - значение единицы последнего разряда.

При определении основной относительной погрешности измерении частоты ЧЭС допускается определять основную относительную погрешность по частоте кварцевого генератора ЧЭС (4_°) сравнением его сигнала с сигналом образцовой меры, при помощи компаратора частоты ч7-12 или по осциллографу.

При использовании компаратора при установке коэффициента умножения на компараторе, равного k, 0_° определяют по формуле:

0°=F/10°*k,

где: F - частота биений на выходе компаратора, определяемая при помощи ЧЭС.

При измерении частоты по формулам Лиссажу 0_° определяют по формуле:

0_°=1 /T_n* f,

где: Т_П - период повторения фигуры Лиссажу, с;

- номинальное значение сравниваемых частот, Гц.

Определение основной относительной погрешности измерения периода при синусоидальном сигнале

ЧЭС устанавливают в режиме измерения периода. От синтезатора частоты подают сигнал частотой не более 20Гц. Число усредняемых периодов берут равным единицы.

Проводят серию из десяти наблюдений и определяют для каждого наблюдения значения основной относительной погрешности измерений периода по формуле:

ЛТ/ ТвН⁼[(Т; ^- Твн)/ Твн]

где: Т; - период, определяемый повторяемый ЧЭС, Т_ВН=1 / fвН,

f_вН - значение частоты сигнала, передаваемого на ЧЭС результат девяти наблюдений не должны превышать относительной погрешности измерения периода, определяемой как:

4Т/ Т_вН=3 * 10^-З+ 1/ f3* Твн

где: f₃ - частота заполнения.

Измерения выполняют на частоте заполнения 1 ООкГц.

Метрологическая оценка погрешностей при поверке и способы их снабжения

При поверке с помощью образцовых средств измерений проверяют не выходят ли погрешности за допускаемые пределы. В связи с тем, что образцовые средства измерения имеют погрешность измерения О_о, то возникает неточность оценок погрешностей. Это приводит к ошибкам, в результате которых часть неисправных, то есть недостаточно точных, признается годными для дальнейшего применения, а часть действительно годных признается непригодными.

0 - погрешность проверяемого средства измерения; 4_о - погрешность образцового средства измерения; х - измеряемая величина;

у - показания образцового прибора 0 и О_о для всей шкалы постоянны



Из рисунка видно, если погрешность попадает в область I ([х-уj [0-4_о]), то поверяемое средство безусловно годное независимо от того, в какоп, отношении находятся погрешности образцового и поверяемого приборов.

Если погрешность попадает в зону ц или III ([x-y]>[Л+4_о]) - средства измеряемые безусловно не годные.

А если погрешности средства измерения лежат в области IV, V ([Л-О_о]< [х-у]< [0+4_о]), то такие средства измерения, по существу, нельзя забраковать, ни признать годными, так как среди них в действительности и годные и негодные. Если их признать годными, то к потребителю попадет какоето число не годных приборов. Это брак поверки.

При выпуске средств измерений из производства или ремонта сомнительные средства измерения целесообразно относить к негодным.

При регулярных поверках это не всегда возможно. Когда процент сомнительных средств измерений оказывается значительным, а средства измерения дорого и трудно ремонтируются, целесообразна их дополнительная поверю.

Самый надежный вариант - перепроверка с помощью более точных образцовых средств измерений. При 5-10 кратной разнице в погрешностях, погрешностью образцовых средств пренебрегают, так как вероятность попадания в зоны IV, V невелика ввиду того, что зоны IV, V узки. И ошибочно признать годными можно такие приборы, погрешности которых не намного отличаются от установленного для ник предела.

Оформление результатов поверки

Результаты поверки должны быть оформлены протоколом, в котором указывается: определяемые параметры, применяемые средства поверки, результаты операций поверки, заключение по результатам поверки и фамилия оператора, производившего поверку.

При положительных результатах поверки ЧЭС выдается свидетельство сроком на шесть месяцев, заверенное поверителем и наносится оттиск поверительного клейма.

На построечном элементе кварцевого генератора так же должен быть оттиск клейма.

В случае отрицательных результатов поверки выдается извещение о характере неисправности и прибор направляется на ремонт.

Измерения являются могучим средством, объединяющим теорию с практической деятельностью человека. Результаты измерений в современном обществе приобретают большую значимость. Они служат основой для научных знаний, создания новой техники, учета материальных ресурсов и планирования, для внутренней и внешней торговли, обеспечения качества продукции, взаимозаменяемости узлов и деталей и совершенствования технологии, для автоматизация производства, стандартизации, обеспечения безопасности труда и здоровья трудящихся и многих других отраслей человеческой деятельности.

Размещено на Allbest.ru

...