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        電秒表檢定儀檢定用輔助電路裝置設(shè)計

        2024-01-01 00:00:00鄧家成黃艷玲
        品牌與標(biāo)準(zhǔn)化 2024年4期
        關(guān)鍵詞:檢定設(shè)計

        【摘要】電秒表檢定儀的檢定規(guī)程JJG 601—2022《時間檢定儀》給出了檢定電秒表檢定儀的方法、步驟和所需的輔助電路接線圖,但在實際操作過程中輔助檢定電路的搭建較為復(fù)雜且容易出錯。對于剛接觸此類儀器檢定的人員來說,輔助電路接線圖較難識別,進而影響檢定效率。為此,本文設(shè)計了一款電秒表檢定儀檢定用輔助電路裝置,將電秒表檢定儀檢定接線圖的輔助電路部分集成到一個裝置中,提供功能開關(guān)切換和接線端子匹配,從而達到簡化檢定電路搭建、提升檢定效率的目的。

        【關(guān)鍵詞】電秒表檢定儀;檢定;輔助電路裝置;設(shè)計

        【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.04.074

        Design of Auxiliary Circuit Device for Calibrating Electric Stopwatch Calibrator

        DENG Jiacheng, HUANG Yanling

        (Guangxi ZhuangAutonomous Region Institute of Metrology and Testing, Nanning 530200, China)

        Abstract: The verification regulations for electronic stopwatch calibrators, JJG 601—2022 Time Calibrators, provide methods, steps, and the necessary auxiliary circuit diagrams for calibrating electronic stopwatch calibrators. However, in actual operation, the construction of the auxiliary verification circuit is quite complex and prone to errors. For individuals who are new to the calibration of such instruments, the auxiliary circuit wiring diagrams are difficult to identify, which can affect the efficiency of calibration. To address the issue, this article designs an auxiliary circuit device for the calibration of electronic stopwatch calibrators, integrating the auxiliary circuit part of the electronic stopwatch calibrator calibration wiring diagram into a single device. It provides functional switch selection and matching connection terminals to simplify the construction of the calibration circuit and improve calibration efficiency.

        Keywords: electromotive stop watch calibrators; verification; auxiliary circuit device; design

        電秒表檢定儀是一種用于檢定指針式電秒表和數(shù)字電秒表的時頻類計量標(biāo)準(zhǔn)器具,其所需計量溯源的參數(shù)為時間間隔。對于指針式電秒表,檢定儀檢定功能的工作模式為連續(xù)或觸動;對于數(shù)字電秒表,檢定儀檢定功能的工作模式為一對空節(jié)點或兩對空節(jié)點的閉合或斷開。通過連接輔助電路,將檢定儀的動作持續(xù)時間過程轉(zhuǎn)化為脈沖電平輸出的形式,如單個脈沖的脈沖寬度、兩個脈沖之間的時間間隔。隨后,再利用時間間隔測量儀測量脈沖電平信號,從而實現(xiàn)對電秒表檢定儀時間間隔參數(shù)的計量。

        1電秒表檢定儀的檢定接線方法

        根據(jù)JJG 601—2022《時間檢定儀》,指針式電秒表檢定儀連續(xù)性和觸動性的檢定接線原理圖分別見圖1和圖2。

        數(shù)字式電秒表檢定儀一對空接點和兩對空接點的檢定接線原理圖分別見圖3和圖4。

        從規(guī)程中的檢定接線圖中可以看出,檢定過程中電路需要接入直流電源、電阻進行輔助,進而產(chǎn)生可便于測量的電平脈沖信號。以指針式電秒表檢定儀觸動性的檢定為例,按規(guī)程實際進行接線操作的現(xiàn)場圖見圖5。

        現(xiàn)場所用計量標(biāo)準(zhǔn)器為53230A通用頻率計數(shù)器(時間間隔測量儀)并外接銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn),被檢對象為SJJDY-01型時間檢定儀,其他常見型號的時間檢定儀檢定原理一致。被檢對象的指針式電秒表檢定端口通過測試線依次與兩個1 kΩ實物電阻和直流電源連接,設(shè)定好動作時間間隔,用通用頻率計數(shù)器的CH1和CH2通道分別檢測經(jīng)過2個實物電阻的電平脈沖信號,進而測出兩個電平脈沖信號間的時間間隔。在實際操作過程中,輔助檢定電路的搭建較為繁雜,測試線較多容易造成接線錯誤。對于剛接觸此類儀器檢定的人員來說,接線圖不易理解,操作難度較高,再加上每種工作模式的檢定都需要單獨搭建一種接線方式,這就降低了檢定效率。

        2輔助電路裝置的設(shè)計

        基于電秒表檢定儀在實際計量檢定過程中輔助電路搭建的復(fù)雜性,本文專門設(shè)計了一款用于檢定電秒表檢定儀的輔助電路裝置,將檢定電秒表檢定儀所需搭建的輔助電路部分集成到一個裝置中,輔助電路元件和連接線固定焊接成整體部件,裝置在接線上只引出被檢儀器的接線端和計量標(biāo)準(zhǔn)器接線端,簡化了原檢定時的電路搭建步驟和流程,并且在電路中增加切換開關(guān),在同一電路下通過切換開關(guān)按鍵就可分別對數(shù)字式電秒表檢定儀和指針式電秒表檢定儀的所有功能進行檢定,從而達到優(yōu)化檢定平臺搭建,提高檢定效率的目的。

        檢定用輔助電路裝置的設(shè)計思路是依據(jù)JJG 601—2022《時間檢定儀》中的檢定接線圖和電秒表檢定儀的輸出動作原理?,F(xiàn)有電秒表檢定儀在不同工作模式下各個輸出端口的動作特性如下:1)一對空接點閉合時,檢定儀I、III端動作過程為初始斷開、持續(xù)期閉合、持續(xù)期結(jié)束后又恢復(fù)斷開,II端不參與工作;2)一對空接點斷開時檢定儀I、II端動作過程為初始閉合、持續(xù)期斷開、持續(xù)期結(jié)束后又恢復(fù)閉合,III端不參與工作;3)兩對空接點閉合時,檢定儀I、III端先閉合,持續(xù)期結(jié)束后I、II端再閉合;4)兩對空接點斷開時,檢定儀I、II端先斷開,斷開持續(xù)期結(jié)束后I、III端再斷開。

        根據(jù)上述檢定儀各端口動作原理及波形形式,設(shè)計了一款用于檢定電秒表檢定儀的輔助電路裝置,其結(jié)構(gòu)示意圖見圖6。

        其中兩個電阻阻值均為1 kΩ,BNC接頭9和BNC接頭10用于連接時間間隔測量儀的CH1和CH2測量端,插座4、插座5、插座6分別用于連接被檢電秒表檢定儀I、II、III輸出端。接入該輔助裝置后,檢定指針式電秒表檢定儀連續(xù)性功能時,閉合切換開關(guān)7,檢定儀工作模式設(shè)置為連續(xù)性并開始輸出,此時檢定儀I、III端瞬間閉合,使得直流電源1、電阻2形成完整測量回路。時間間隔測量儀CH1通道并聯(lián)測量電阻兩端電壓,閉合前電阻兩端電壓為零,閉合時電阻兩端電壓等于直流電源輸出電壓,閉合結(jié)束斷開瞬間測量回路電壓歸零,故其電壓波形為單個脈沖形式,最后通過時間間隔測量儀CH1通道對該單個脈沖的脈沖寬度進行測量,得到連續(xù)性時間值。

        檢定指針式電秒表檢定儀觸動性功能時,同時閉合切換開關(guān)7和8,檢定儀工作模式設(shè)置為觸動性,設(shè)置閉合的持續(xù)時間值,然后開始輸出。此時檢定儀I、III端先瞬間閉合,持續(xù)期后結(jié)束檢定儀I、II端再閉合,先后形成兩個完整測量回路。兩個回路先后各輸出一個脈沖,最后通過時間間隔測量儀CH1通道、CH2通道對這兩個脈沖先后產(chǎn)生的時間間隔(即時間差)進行測量,得到觸動性時間值。

        檢定數(shù)字式電秒表檢定儀一對空接點閉合功能時,斷開切換開關(guān)7,閉合期間檢定儀I、III端閉合使得直流電源1、時間間隔測量儀CH1通道形成完整測量回路。直流電源輸出的電壓直接作用于CH1通道阻抗,其電壓波形為單個正脈沖形式,最后通過時間間隔測量儀CH1通道對該單個正脈沖的脈沖寬度進行測量,得到一對空接點閉合時間值。

        檢定數(shù)字式電秒表檢定儀一對空接點斷開功能時,斷開切換開關(guān)8,初始時直流電源1、時間間隔測量儀CH2通道形成完整測量回路。直流電源輸出的電壓直接作用于CH2通道阻抗,斷開期間檢定儀I、II端,導(dǎo)致回路電壓歸零,其電壓波形為單個負脈沖形式,最后通過時間間隔測量儀CH2通道對該單個負脈沖的脈沖寬度進行測量,得到一對空接點斷開時間值。

        檢定數(shù)字式電秒表檢定儀兩對空接點閉合或斷開時,同時斷開切換開關(guān)7和8。兩對空接點閉合時檢定儀I、III端先瞬間閉合,持續(xù)期結(jié)束后檢定儀I、II端再閉合,兩個回路先后各輸出一個正脈沖;兩對空接點斷開時檢定儀I、II端先瞬間斷開,持續(xù)期結(jié)束后檢定儀I、III端再斷開,兩個回路先后各輸出一個負脈沖。最后通過時間間隔測量儀CH1通道、CH2通道對這兩個正(或負)脈沖先后產(chǎn)生的時間間隔進行測量得到兩對空接點閉合(或斷開)時間值。設(shè)計完成后的輔助電路裝置應(yīng)用到實際的檢定過程中,其檢定現(xiàn)場如圖7所示。

        可以看出,與圖5所示的檢定現(xiàn)場對比,使用輔助電路裝置后,電路搭建及接線得到了優(yōu)化。輔助電路裝置作為標(biāo)準(zhǔn)器與被檢對象儀器之間的橋接部分,各接線按圖完成連接后全程不需要再改變,只要通過切換開關(guān)按鍵,即可實現(xiàn)對電秒表檢定儀各功能模式進行檢定。

        3檢定結(jié)果驗證

        按規(guī)程原方法搭建電路檢定與通過輔助電路裝置檢定進行比對,采用相同的標(biāo)準(zhǔn)器與被檢對象,且標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)置、環(huán)境溫濕度等條件亦保持一致,以數(shù)字式電秒表檢定儀一對空接點閉合功能為例,檢定點1 s,測量3次取平均值作為測量結(jié)果,檢定結(jié)果采用標(biāo)準(zhǔn)化誤差指標(biāo)En值來評價,見表1。

        說明通過該輔助電路裝置檢定電秒表檢定儀可靠有效。

        4結(jié)束語

        本文根據(jù)JJG 601—2022《時間檢定儀》中電秒表檢定儀的檢定原理及接線方法,設(shè)計了一款電秒表檢定儀檢定用輔助電路裝置,將數(shù)字式電秒表檢定儀檢定接線圖和指針式電秒表檢定儀檢定接線圖的輔助電路部分集成到一個裝置中,提供功能開關(guān)切換和接線端子匹配,實現(xiàn)了簡化檢定電路搭建和提升檢定效率的目的。通過計量比對中標(biāo)準(zhǔn)化誤差指標(biāo)En值進行評價,驗證了該輔助電路裝置檢定電秒表檢定儀的可靠性和有效性。

        【參考文獻】

        [1]時間檢定儀:JJG 601—2022[S].

        [2]計量比對:JJF 1117—2010[S].

        【作者簡介】

        鄧家成,男,1987年出生,工程師,學(xué)士,研究方向為時間頻率計量。

        黃艷玲,女,1994年出生,助理工程師,學(xué)士,研究方向為計量科研管理。

        (編輯:李加鵬)

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