振弦式頻率讀數(shù)儀校準(zhǔn)規(guī)范

1振弦式頻率讀數(shù)儀校準(zhǔn)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(zhǔn)。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(lì)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(lì)信號(hào)、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(yīng)力作用下具有一定的自振頻率，根據(jù)彈性體振動(dòng)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(lì)方式工作，首先向傳感器發(fā)出激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)一般有兩將測量結(jié)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(nèi)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(hào)頻率范圍(下限f?~上限fm)最大允許誤差1士0.5Hz34535.4時(shí)基準(zhǔn)確度時(shí)基準(zhǔn)確度≤1×10-*。6校準(zhǔn)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(qiáng)電磁場干擾及無影響校準(zhǔn)系統(tǒng)正常工作的機(jī)械振動(dòng)。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1低頻信號(hào)發(fā)生器(或函數(shù)信號(hào)發(fā)生器)頻率輸出范圍：(0～1)MHz,分辨力：≤0.01Hz;頻率準(zhǔn)確度：優(yōu)于被校振弦儀時(shí)基準(zhǔn)確度一個(gè)數(shù)量級(jí)或有外接頻標(biāo)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(diào)步進(jìn)：1dB,10dB。6.2.4專用校準(zhǔn)連接器幅度限制范圍：200mV～600mV(峰峰值)。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)項(xiàng)目見表2。序號(hào)名稱方法條款號(hào)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(shí)基準(zhǔn)確度7.2校準(zhǔn)方法7.2.1外觀及工作正常性檢查被校振弦儀應(yīng)帶有必要的附件。外觀完好無影響正常工作的機(jī)械損傷，測試接口、4顯示、存儲(chǔ)、時(shí)鐘等功能均應(yīng)正常，如有自檢功能，應(yīng)按要求完成自檢并確認(rèn)符合7.2.2激勵(lì)方式按圖2連接。振弦儀振弦儀10:1探頭510Ω電阻圖2激勵(lì)信號(hào)校準(zhǔn)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(shè)置示波器輸入衰減×10,DC耦合，輸入阻抗1MΩ。為了真實(shí)觀測激勵(lì)信號(hào)的波形及幅值，偏轉(zhuǎn)系數(shù)和掃描時(shí)表3數(shù)字示波器設(shè)置激勵(lì)方式設(shè)置垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)設(shè)置掃描時(shí)間系數(shù)設(shè)置脈沖高壓式脈沖低壓式掃頻式時(shí)圖形，并觀測波形及幅值，判定激勵(lì)方式(信號(hào)形式、波形)。注：激勵(lì)方式校準(zhǔn)時(shí)，一般高壓激勵(lì)方式的信號(hào)幅度與傳感器內(nèi)阻有關(guān)，校準(zhǔn)時(shí)可不做定量測試。利用信號(hào)發(fā)生器模擬傳感器的諧振頻率對(duì)振弦儀進(jìn)行校準(zhǔn)。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(jìn)口的振弦儀多以頻率或周期、頻率模數(shù)或微應(yīng)變等多種模式顯示(微應(yīng)變=頻率模數(shù)×K,K值為傳感器系數(shù)，a)振弦儀具有校驗(yàn)功能的將其切換至校驗(yàn)狀態(tài)，用示波器觀測，確認(rèn)激勵(lì)信號(hào)處于關(guān)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(yù)防誤操作使激勵(lì)信5號(hào)漏出而損壞信號(hào)發(fā)生器)。信號(hào)發(fā)生器輸出波形設(shè)為正弦波，幅度峰值調(diào)至100mV~振弦儀振弦儀圖3測量范圍及測量誤差校準(zhǔn)連接圖(1)b)振弦儀無校驗(yàn)功能且激勵(lì)信號(hào)幅度小于衰減器最大允許電壓，先將衰減器衰減量調(diào)至30dB,按圖4連接儀器，用示波器觀測激勵(lì)信號(hào)幅度，逐步增大或減小衰減量，使其幅度保持在100mV～500mV內(nèi)，再改為與信號(hào)發(fā)生器連接，信號(hào)發(fā)生器輸出波形設(shè)置為正弦波，幅度峰值調(diào)至200mV～1V。圖4測量范圍及測量誤差校準(zhǔn)連接圖(2)c)振弦儀無校驗(yàn)功能的且激勵(lì)信號(hào)幅度大于衰減器最大允許電壓、或校準(zhǔn)時(shí)沒有衰減器時(shí)，按圖5連接，信號(hào)發(fā)生器輸出波形設(shè)置為正弦波，幅度峰值調(diào)至200mV~振弦儀振弦儀圖5測量范圍及測量誤差校準(zhǔn)連接圖(3)注：專用校準(zhǔn)連接器主要由RC衰減電路組成，對(duì)激勵(lì)信號(hào)做特殊處理，起保護(hù)信號(hào)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(hào)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(diǎn)，逐步降低頻率值，觀測振弦儀示值，當(dāng)振弦儀顯示的頻率值從符合技術(shù)要求的狀態(tài)(讀數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)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(shù)要求狀態(tài)時(shí)的最低頻率值為測量范圍的下限值ft。同理逐步升高信號(hào)發(fā)生器輸出頻率值，當(dāng)被校振弦儀顯示的頻率值從符合技術(shù)要求的狀態(tài)變?yōu)椴环霞夹g(shù)要求狀態(tài)時(shí)的最高頻率值為測量范圍的上限值fn。以區(qū)間ft～fn為實(shí)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(nèi)均勻選取一組頻率值做為測試點(diǎn)f?,并根據(jù)不同的頻率點(diǎn)按說明書要求選擇適當(dāng)?shù)募?lì)擋位，每測一個(gè)頻率點(diǎn)時(shí)應(yīng)重置一次測量鍵，以確認(rèn)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(shù)平均值fz,按公式(1)或公式(2)計(jì)算測量誤差。6式中：f?——振弦儀測得值的平均值，Hz;f?——信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)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(hào)發(fā)生器調(diào)至1kHz,分辨力適當(dāng)，逐步增大或減小輸出頻率，觀察振弦儀讀數(shù)應(yīng)有變化，其顯示的最小單位為測量分辨力。7.2.5時(shí)基準(zhǔn)確度按7.2.3正確連接儀器。信號(hào)發(fā)生器調(diào)至振弦儀實(shí)測頻率范圍的上限標(biāo)稱值fho,且輸出幅度足夠大，確認(rèn)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(shù)平均值f,按公式(3)計(jì)算時(shí)基準(zhǔn)確度。式中：A——時(shí)基準(zhǔn)確度；fm——振弦儀測得的上限頻率平均值，Hz;fho——信號(hào)發(fā)生器輸出的實(shí)測頻率范圍上限標(biāo)稱值，Hz。8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)振弦儀校準(zhǔn)后出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書(報(bào)告)應(yīng)至少包括以下信息：a)標(biāo)題，如“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址；c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書或報(bào)告的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識(shí)；e)客戶的名稱和地址；f)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí)；g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性有關(guān)時(shí)，應(yīng)說明被校對(duì)象的接收h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明；i)對(duì)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí)，包括名稱及代號(hào)；7建議復(fù)校時(shí)間間隔為1年，用戶亦可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。8校準(zhǔn)原始記錄格式校準(zhǔn)原始數(shù)據(jù)激勵(lì)方式形式波形測量范圍及誤差測量范圍標(biāo)稱值實(shí)測值誤差測量分辨力時(shí)基準(zhǔn)確度頻率上限值f準(zhǔn)確度A測量結(jié)果不確定度頻率測量標(biāo)稱值f?測量結(jié)果f,注：原始記錄格式以常規(guī)校準(zhǔn)項(xiàng)目為參考，校準(zhǔn)時(shí)可根據(jù)實(shí)際校準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)做相應(yīng)的變化。9校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式校準(zhǔn)數(shù)據(jù)/結(jié)果校準(zhǔn)結(jié)果校準(zhǔn)結(jié)果形式激勵(lì)方式波形測量范圍實(shí)測值標(biāo)稱值實(shí)測值測量范圍及誤差測量分辨力時(shí)基準(zhǔn)確度擴(kuò)展不確定度頻率測量擴(kuò)展不確定度測量結(jié)果不確定度振弦式頻率讀數(shù)儀測量結(jié)果不確定度評(píng)定示例C.1概述振弦儀校準(zhǔn)結(jié)果主要為頻率測量誤差，其測量結(jié)果不確定度的評(píng)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(zhǔn)規(guī)范測量方法直接測量法測量標(biāo)準(zhǔn)被測對(duì)象SCJM振弦測試儀環(huán)境條件C.2數(shù)學(xué)模型見式(C.1)。f?——振弦儀所測得的頻率值，Hz:f?——信號(hào)發(fā)生器輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率值，Hz:n——振弦儀內(nèi)部計(jì)數(shù)器所計(jì)的脈沖數(shù)：r——振弦儀內(nèi)部計(jì)數(shù)器所用的閘門時(shí)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(xué)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(jié)果的不確定度來源主要為兩項(xiàng)：a.閘門時(shí)間r引入的不確定度，它反應(yīng)了儀器晶振的不準(zhǔn)和不穩(wěn)(用測頻法，閘門時(shí)間來自振弦儀內(nèi)部晶振。用測周期法，閘門時(shí)間來自所測信號(hào)的M倍周期，它源于信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部晶振)。b.脈沖數(shù)n計(jì)數(shù)引入的不確定度，因閘門與計(jì)數(shù)脈沖相位關(guān)系是隨機(jī)的，所以引入了±1量化誤差，另外因測量電路存在隨機(jī)抖動(dòng)被測頻率存在不穩(wěn)定等因素也可造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，它反應(yīng)了計(jì)數(shù)分辨力及隨機(jī)誤差(用測頻法，計(jì)數(shù)脈沖為信號(hào)生器內(nèi)部晶振產(chǎn)生的信號(hào)，用周期法時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來自振弦儀內(nèi)部晶振，即時(shí)基)。由于信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部晶振準(zhǔn)確度高于振弦儀內(nèi)部晶振一個(gè)量級(jí)，其引入的誤差可忽略，因此振弦儀晶振產(chǎn)生的閘門時(shí)間(或時(shí)基)的不準(zhǔn)和不穩(wěn)、計(jì)數(shù)分辨力和隨機(jī)抖動(dòng)是測量誤差的主要來源。綜上分析，振弦儀測頻的閘門時(shí)間(或時(shí)基)不準(zhǔn)引入的不確定度為ui;計(jì)數(shù)分辨力和隨機(jī)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(jié)果不確定度評(píng)定C.4.1閘門時(shí)間(或時(shí)基)不準(zhǔn)引入的不確定度分量u?u?由晶振頻率準(zhǔn)確度(即時(shí)基準(zhǔn)確度)來估算，如振弦儀時(shí)基準(zhǔn)確度為A=1×10-*,即區(qū)間半寬值為a=