指針式精密時鐘檢定規(guī)程

JJF1901—20211指針式精密時鐘校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于具有石英諧振器的指針式石英鐘、指針式石英手表、衛(wèi)星授時型指針式精密石英鐘和指針式精密石英手表的校準(zhǔn)。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG237—2010秒表JJG488—2018瞬時日差測量儀JJG2007—2015時間頻率計量器具JJF1403—2013全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(時間測量型)校準(zhǔn)規(guī)范GB/T6046—2016指針式石英鐘凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語3.1電壓系數(shù)voltagecoefficient石英鐘的供電電壓由滿量程供電電壓降至0.9倍滿量程供電電壓,折算成電壓每變化1V所引起的石英鐘瞬時日差變化量。4概述指針式精密時鐘是具有傳統(tǒng)指針式表盤面的計時器具,包括日差在±(0.03~0.5)s范圍的指針式石英鐘和指針式石英手表以及衛(wèi)星授時型指針式精密石英鐘和指針式精密石英手表。32768Hz,通過電子分頻器控制馬達運轉(zhuǎn),帶動指針。石英鐘表主要由石英諧振器、CMOS集成電路、步進電機、電源組成,此外還包括導(dǎo)電橡膠、微調(diào)電容、照明燈泡、蜂鳴器等元件。衛(wèi)星授時型指針式精密石英鐘和指針式精密石英手表接收衛(wèi)星信號進行時間同步,由GNSS接收模塊,本地同步校準(zhǔn)單元、測差單元、誤差處理及控制結(jié)構(gòu)等組成。5計量特性5.1日差±(0.03~0.5)s。5.2電壓系數(shù)JJF1901—20212±(0.05~0.8)s/V。5.3當(dāng)前時刻同步誤差優(yōu)于±1s。5.4失鎖重捕獲時間≤120s。注:15.1僅適用于指針式石英鐘和指針式石英手表。5.2僅適用于指針式石英鐘。5.3、5.4僅適用于衛(wèi)星授時型指針式精密石英鐘和石英手表。2以上指標(biāo)僅供參考,不用于合格性評判的說明。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件6.1.1環(huán)境溫度:(20±5)℃范圍內(nèi)任選一值,溫度最大允許變化±1℃。6.1.2環(huán)境相對濕度:≤80%。6.1.3電壓:(220±22)V;頻率:(50±1)Hz。6.1.4周圍無影響儀器正常工作的電磁干擾和機械振動。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備6.2.1日差測試儀或校表儀a)最大允許誤差:±0.05s;b)分辨力:0.01s。6.2.2參考時間a)與UTC(NIM)的時間偏差:優(yōu)于±0.1ms;b)顯示分辨力:1ms。6.2.3衛(wèi)星導(dǎo)航信號模擬器a)輸出頻率:支持被測指針式精密時鐘可接收的GNSS信號,至少包含GPSL1或BDSB1頻點。b)信號功率:輸出范圍(-150~-110)dBm;絕對功率誤差:±2dB。c)內(nèi)部時基相對平均頻率偏差:優(yōu)于1×10-8。6.2.4秒表a)測量范圍:0s~99999s;b)日差:優(yōu)于±0.5s。6.2.5其他設(shè)備6.2.5.1高清照相機a)像素:4096×1024;b)防抖動。6.2.5.2數(shù)顯角度尺測量范圍0°~360°;JJF1901—20213分辨力:0.05°。7校準(zhǔn)項目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項目校準(zhǔn)項目及對應(yīng)的被測計量器具見表1。表1校準(zhǔn)項目一覽表校準(zhǔn)項目名稱指針式石英鐘指針式石英手表衛(wèi)星授時型指針式精密石英鐘衛(wèi)星授時型指針式精密石英手表外觀及工作正常性檢查++++++- 電壓系數(shù)+-- 當(dāng)前時刻同步誤差--++失鎖重捕獲時間--++注:“+”為應(yīng)測項目,“-”為不測項目。7.2校準(zhǔn)方法7.2.1外觀及工作正常性檢查用目測的方法檢查指針式精密時鐘的外觀和結(jié)構(gòu),被檢指針式精密時鐘不應(yīng)有影響正常運行和讀數(shù)的機械損傷、故障和異?，F(xiàn)象,如零部件松動、指針彎曲折斷、度盤刻度損傷、秒針疾馳或停跳等。7.2.2日差通過測量平均瞬時日差值的方式得到指針式精密時鐘的日差值,采用日差測試儀或校表儀進行校準(zhǔn),儀器連接見圖1,校準(zhǔn)步驟如下:a)打開日差測試儀/校表儀,待儀器穩(wěn)定,設(shè)定好頻率和顯示擋位;b)將被檢指針式精密時鐘放在相應(yīng)的傳感器上(或?qū)⑻筋^置于被測指針式精密時鐘晶振處),至日差測試儀顯示出瞬時日差值;c)測量時間選為10s,直接讀出瞬時日差值,重復(fù)測量三次瞬時日差m1、m2、—m3,平均瞬時日差m按式(1)計算,將測量結(jié)果記錄在附錄A中。(1)=(1)式中:m1、m2、m3—連續(xù)3次測得的瞬時日差值,s。JJF1901—20214圖1日差校準(zhǔn)連接示意圖7.2.3電壓系數(shù)a)儀器連接如圖1所示;b)打開日差測試儀,待儀器穩(wěn)定,設(shè)定好頻率和顯示擋位;c)調(diào)節(jié)日差測試儀為被測指針式精密時鐘的滿量程供電電壓值V0,將指針式精密時鐘放置于日差測試儀的傳感器(或?qū)⑻筋^置于被測指針式精密時鐘晶振處),至日差測試儀顯示出瞬時日差值mV0;d)調(diào)節(jié)日差測試儀為被測指針式精密時鐘0.9倍滿量程電壓值0.9V0,將指針式精密時鐘放置于日差測試儀的傳感器(或?qū)⑻筋^置于被測指針式精密時鐘晶振處),至日差測試儀顯示出瞬時日差值m0.9V0,電壓系數(shù)CV按式(2)計算。CV(2)式中:CV—電壓系數(shù),s/V;mV0—電壓為滿量程供電電壓時的瞬時日差,s;m0.9V0—電壓為0.9倍滿量程供電電壓時的瞬時日差,s;V0—滿量程供電電壓值,V。7.2.4當(dāng)前時刻同步誤差a)通過轉(zhuǎn)發(fā)天線將室外天線接收的導(dǎo)航衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)到實驗室內(nèi),或確保實驗室內(nèi)可接收到導(dǎo)航衛(wèi)星信號,確認被測指針式精密時鐘處于鎖定衛(wèi)星信號的狀態(tài)。b)將被測指針式精密時鐘擺放于標(biāo)準(zhǔn)時間輸出信號屏幕旁邊。c)將高清照相機置于被測指針式精密時鐘正前方,設(shè)置自動拍照時間獲取當(dāng)前時刻被測指針式精密時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間的圖像。d)記錄標(biāo)準(zhǔn)時間當(dāng)前時刻的顯示值T0,讀出指針式精密時鐘表盤上的時針和分針?biāo)甘镜淖x數(shù)。e)用數(shù)顯角度尺測量出被測指針式精密時鐘表盤的圖像中秒針偏離零點零分零秒的角度,計算出當(dāng)前時刻的秒讀數(shù)(可精確到毫秒),記錄被測指針式精密時鐘當(dāng)前時刻值Tx。5f)標(biāo)準(zhǔn)時間與被測指針式精密時鐘當(dāng)前時刻的差值作為當(dāng)前時刻同步誤差,如式(3)所示。δT=Tx-T0(3)式中:δT—測得的當(dāng)前時刻同步誤差,ms;Tx—被測指針式精密時鐘顯示值;T0—標(biāo)準(zhǔn)時間讀數(shù)。g)同樣的方法測量三次,取三次測量的平均值作為指針式精密時鐘當(dāng)前時刻同步誤差的測量值。h)保持狀態(tài)下的指針式精密時鐘當(dāng)前時刻同步誤差按照步驟b)~步驟g)進行測量。7.2.5失鎖重捕獲時間失鎖重捕獲時間可以采用模擬器法或?qū)嵕皽y量法進行測量,對于留有天線接口指針式精密時鐘建議采用模擬器法測量,其他可采用實景測量法測量。7.2.5.1模擬器法儀器連接見圖2,校準(zhǔn)步驟如下:圖2失鎖重捕獲時間校準(zhǔn)連接示意圖a)打開GNSS信號模擬器(簡稱模擬器),開啟首次定位時間校準(zhǔn)場景(此場景為靜態(tài)場景,可見衛(wèi)星為6顆,幾何精度因子為2.5,衛(wèi)星均勻分布在天頂上空,信號功率置為-120dBm,仿真時間60min),模擬器開始仿真;b)規(guī)定時間(如1min)后,待測授時型指針式精密時鐘開機并正常運行一定時間;c)通過操作模擬器控制軟件暫停輸出仿真信號,不改變授時型指針式精密時鐘的放置位置,手動將其鐘面時間調(diào)偏(不小于1min),5s或規(guī)定時間后再繼續(xù)輸出仿真信號;d)記錄從模擬器重新輸出仿真信號至授時型指針式精密時鐘顯示的時刻與標(biāo)準(zhǔn)時鐘時刻達到一致的時間間隔,記為失鎖重捕獲時間。7.2.5.2實景測量法a)將待測授時型指針式精密時鐘放置于可正常接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號的位置,靜置一段時間使其搜星正常并處于鎖定狀態(tài);b)不改變授時型指針式精密時鐘的放置位置,遮擋GNSS信號使授時型指針式精密時鐘失鎖,手動將其鐘面時間調(diào)偏(不小于1min),去除遮擋,將指針式精密時鐘設(shè)置為授時模式,同時按下秒表開始計時;c)待授時型指針式精密時鐘搜星正常再次鎖定,停止秒表計時,并記錄秒表顯示的計時時間,作為失鎖重捕獲時間。JJF1901—202168校準(zhǔn)結(jié)果表達指針式精密時鐘校準(zhǔn)后,出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包括以下信息:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書”;b)實驗室名稱和地址;c)進行校準(zhǔn)的地點(如果與實驗室的地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(如編號),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識;e)客戶的名稱和地址;f)被校對象的描述和明確標(biāo)識;g)進行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)說明被校對象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)時,應(yīng)對被校樣品的抽樣程序進行說明;i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識,包括名稱及代號;j)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;m)對校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明;n)校準(zhǔn)證書簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識;o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對被校對象有效的說明;p)未經(jīng)實驗室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。9復(fù)校時間間隔由于復(fù)校時間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的,送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。建議復(fù)校時間間隔為1年。JJF1901—20217附錄A原始記錄內(nèi)頁格式校準(zhǔn)地點校準(zhǔn)時間校準(zhǔn)儀器被校設(shè)備校準(zhǔn)人員校準(zhǔn)項目1.外觀和功能檢查外觀:□完好□損壞功能檢查:□正常□異常2.日差樣品編號m1m2m3m123擴展不確定度(k=2):3.電壓系數(shù)樣品編號滿量程供電電壓0.9倍滿量程供電電壓CV123擴展不確定度(k=2):84.當(dāng)前時刻同步誤差標(biāo)準(zhǔn)時間時刻值(h:min:ss.ms)實際測得時刻值(h:min:ss.ms)當(dāng)前時刻同步誤差ms擴展不確定度(k=2):5.失鎖重捕獲時間模擬器法:模擬器輸出功率/dBm重捕獲時間/s擴展不確定度(k=2):實景測量法:重捕獲時間:擴展不確定度(k=2):JJF1901—20219附錄B校準(zhǔn)證書(內(nèi)頁)格式m=2定度(k=2):滿量程供電電壓0.9倍滿量程供電電壓CV擴展不確定度(k=2):3當(dāng)前時刻同步誤差標(biāo)準(zhǔn)時間時刻值(h:min:ss.ms)實際測得時刻值(h:min:ss.ms)同步誤差ms擴展不確定度(k=2):4失鎖重捕獲時間擴展不確定度(k=2):Tk=擴展不確定度(k=2):JJF1901—202110附錄C校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評定示例C.1指針式精密時鐘日差測量結(jié)果不確定度評定本示例用日差測試儀對指針式精密時鐘的日差進行校準(zhǔn),并對日差測量結(jié)果的不確定度進行評定。C.1.1測量模型m=×24×3600(C.1)式中:m—日差,s;f0—被測指針式精密時鐘內(nèi)部諧振器振蕩頻率標(biāo)稱值32768Hz;f—被測指針式精密時鐘內(nèi)部諧振器振蕩頻率實際值。C.1.2不確定度來源日差的測量不確定度來源主要有三方面:日差測試儀晶振頻率不準(zhǔn)確引入的不確定度,傳感器、整形電路、誤差分辨力等引入的不確定度和測量重復(fù)性引入的不確定度。C.1.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定C.1.3.1日差測試儀晶振頻率不準(zhǔn)確引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1假定日差測試儀晶振在正常使用條件下(不再考慮溫度、電源電壓等其他條件影響),y(τ)優(yōu)于2×10-7,其變化量y(τ)為均勻概率分布,由日差測試儀晶振頻率引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u1=86400s×2×10-7 3=0.010s(C.2)C.1.3.2日差測試儀傳感器、整形電路及誤差計數(shù)器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2一般日差測試儀傳感器及整形電路貢獻給誤差計數(shù)器的計數(shù)值遠遠小于分辨力引入的不確定度,因此不確定評定中可以忽略。誤差計數(shù)器分辨力0.005s,其概率分布為均勻分布,其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u2=0.005s3=0.0029s(C.3)C.1.3.3測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3測量重復(fù)無性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以用A類不確定度評定,被測指針式精密時鐘的日差測量重復(fù)性就是被測指針式精密時鐘本身引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。等精度獨立測量日差10次,測量結(jié)果如表C.1所示。JJF1901—202111表C.1日差測量10次的結(jié)果測量次數(shù)12345日差測量值/s0.110.130.150.120.13測量次數(shù)678910日差測量值/s0.120.150.120.140.11測量結(jié)果的不確定度為u3=C.1.3.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表(mi-)210-1 3=0.009s(C.4)日差測量不確定度來源及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表C.2。表C.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度不確定度來源分布包含因子不確定度分量u1日差測試儀晶振頻率不準(zhǔn)確均勻 30.010su2日差測試儀傳感器、整形電路及誤差計數(shù)器分辨力均勻 30.0029su3測量重復(fù)性0.009sC.1.4不確定度分量之間相關(guān)性估計各不確定度分量之間無相關(guān)性。C.1.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:uc=u+u+u≈0.01sC.1.6擴展不確定度取包含因子k=2,擴展不確定度為:U=k×uc≈0.02s日差校準(zhǔn)結(jié)果的擴展不確定度為U=0.02s(k=2)。C.2電壓系數(shù)測量結(jié)果不確定度評定C.2.1測量模型CV式中:CV—電壓系數(shù),s/V;mV0—電壓為滿量程供電電壓時的瞬時日差,s;(C.5)(C.6)(C.7)JJF1901—202112m0.9V0—電壓為0.9倍滿量程供電電壓時的瞬時日差,s;V0—滿量程供電電壓值,V。C.2.2測量不確定度來源不確定度來源主要有三方面:日差測量不準(zhǔn)確引入的不確定度、日差測試儀直流供電電壓分辨力引入的不確定度和測量重復(fù)性引入的不確定度。C.2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定分量評定C.2.3.1日差測量不準(zhǔn)確引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1日差測量不準(zhǔn)確引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.005s,以直流供電電壓為1.5V的指針式精密時鐘為例,則引起的電壓系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u1=0.005s/0.15V3=0.019s/V(C.8)C.2.3.2直流供電電壓分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2C.2.小,可忽略不計,即u2=0在相同的實驗條件下,重復(fù)測量10次電壓系數(shù),測得的結(jié)果如表C.3所示表C.3電壓系數(shù)測量10次的結(jié)果測量次數(shù)12345電壓系數(shù)測量值/(s/V)0.110.130.150.120.13測量次數(shù)678910電壓系數(shù)測量值/(s/V)0.120.150.120.140.11u3=2ViV (C-C)2ViVi=1 10-1=0.015s/V(C.9)C.2.3.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表電壓系數(shù)測量不確定度來源及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表C.4。表C.4電壓系數(shù)測量不確定度來源及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度不確定度來源分布包含因子不確定度分量/(s/V)u1日差測量不準(zhǔn)確均勻 30.019u2日差測試儀直流供電電壓分辨力均勻 3可忽略u3測量重復(fù)性0.015C.2.4不確定度分量之間相關(guān)性估計各不確定度分量之間無相關(guān)性。C.2.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:(C.10)uc=u+u+u(C.10)13C.2.6擴展不確定度取包含因子k=2,擴展不c≈0.04s/V(C.11)電壓系數(shù)校準(zhǔn)結(jié)果的擴展不確定度為U=0.04s/V,k=2。C.3當(dāng)前時刻同步誤差測量結(jié)果不確定度評定C.3.1測量模型δT=Tx-T0(C.12)式中:δT—測得的當(dāng)前時刻同步誤差,ms;Tx—被測指針式精密時鐘顯示值;T0—標(biāo)準(zhǔn)時間讀數(shù)。C.3.2測量不確定度來源測量不確定度來源主要有四方面:參考標(biāo)準(zhǔn)時間偏差引入的不確定度、數(shù)顯角度尺分辨力引入的不確定度和測量重復(fù)性引入的不確定度。C.3.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定C.3.3.1參考標(biāo)準(zhǔn)時間引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1參考標(biāo)準(zhǔn)時間時間偏差的最大允許誤差為1ms,視其為均勻分布,按B類評定,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u1=s=0.58ms(C.13)C.3.3.2數(shù)顯角度尺分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2×60×1000=0.83ms,視其為均勻分布,按B類評定,則:u2=0.83ms3=0.48ms(C.14)C.3.3.3測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3在相同的實驗條件下,重復(fù)測量10次當(dāng)前時刻同步誤差,測得的結(jié)果如表C.5所示,按A類評定。表C.5當(dāng)前時刻同步誤差測量10次的結(jié)果測量次數(shù)12345當(dāng)前時刻同步誤差測量值/s0.0050.1440.0710.0200.067測量次數(shù)678910當(dāng)前時刻同步誤差測量值/s0.1850.1740.2060.0080.137u3=10-TiT∑(δ-δ)TiTi=110-1 3=0.04s(C.15)JJF1901—202114C.3.3.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表當(dāng)前時刻同步誤差測量不確定度來源及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表C.6。表C.6當(dāng)前時刻同步誤差測量不確定度來源及標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表標(biāo)準(zhǔn)不確定度不確定度來源分布包含因子不確定度分量u1參考標(biāo)準(zhǔn)時間偏差引入均勻 30.58msu2數(shù)顯角度尺分辨力引入均勻 30.48msu3測量重復(fù)性引入0.04sC.3.4不確定度分量之間相關(guān)性估計各不確定度分量之間無相關(guān)性。C.3.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:(C.16)uc=u+u+u(C.16)C.3.6擴展不確定度取包含因子k=2,擴展不確定度為:(C.17)U=k×u(C.17)當(dāng)前時刻同步誤差校準(zhǔn)結(jié)果的擴展不確定度為U=0.08s(k=2)。C.4失鎖重捕獲時間測量結(jié)果不確定度