JJF 2240-2025 比相仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2240—2025
比相仪校准规范
CalibrationSpecificationforPhaseComparators
2025-03-27发布2025-09-27实施
国家市场监督管理总局 发布
比相仪校准规范
CalibrationSpecificationfor
PhaseComparators

JJF2240—2025
代替JJG433—2004
归口单位:全国时间频率计量技术委员会
主要起草单位:北京无线电计量测试研究所
参加起草单位:中国计量科学研究院
北京大华无线电仪器有限责任公司
本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释
JJF2240—2025
本规范主要起草人:
柳 丹(北京无线电计量测试研究所)
杨 军(北京无线电计量测试研究所)
参加起草人:
史晓洋(北京无线电计量测试研究所)
张爱敏(中国计量科学研究院)
张 越(中国计量科学研究院)
张京真(北京大华无线电仪器有限责任公司)
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目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 术语和计量单位……………………………………………………………………… (1)
4 概述…………………………………………………………………………………… (1)
5 计量特性……………………………………………………………………………… (2)
5.1 输入灵敏度………………………………………………………………………… (2)
5.2 相位漂移(对5MHz、10MHz) ……………………………………………… (2)
6 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
6.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
6.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (3)
7 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
7.1 校准项目…………………………………………………………………………… (3)
7.2 校准方法…………………………………………………………………………… (3)
8 校准结果表达………………………………………………………………………… (5)
9 复校时间间隔………………………………………………………………………… (5)
附录A 原始记录格式………………………………………………………………… (6)
附录B 校准证书内页格式…………………………………………………………… (7)
附录C 不确定度评定示例…………………………………………………………… (8)
Ⅰ
JJF2240—2025
引 言
JJF1001 《通用计量术语及定义》、JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》
和JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范制修订工作的基
础性系列规范。
本规范是对JJG433—2004 《比相仪检定规程》的修订,主要修订内容如下:
———原规程名称为《比相仪检定规程》,现修改为《比相仪校准规范》;
———将“频率准确度”改为“频率偏差”;
———完善了比相仪工作原理的表述;
———删除了非线性误差、鉴相死区性能。
本规范历次版本发布情况为:
———JJG433—2004;
———JJG433—1986。
Ⅱ
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比相仪校准规范
1 范围
本规范适用于比相仪的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJF1180 时间频率计量名词术语及定义
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文
件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。
3 术语和计量单位
3.1 相位漂移 phasedrift
比相仪自身引入的相位差的缓慢变化,用1天内相位差的变化来表示,单位为纳秒
(ns)。
4 概述
比相仪是时间频率精确测量的专用设备,通过对两台频标输出信号的相位进行比
对,来测量这两个信号的相位差,由此可计算出频率偏差、频率漂移率及频率稳定度
等。比相仪由放大整形电路、鉴相器、滤波器、开关、A/D 数据采集、控制及数据处
理模块等组成。
比相仪工作原理如图1所示。
图1 比相仪工作原理图
被测信号和参考信号(f1、f2)经放大整形为方波,一路(f1)将两个相位差
180°的信号分别送到两个鉴相器,另一路(f2)将两个相位相同的信号也分别送到两个
鉴相器。经过鉴相、滤波后,产生鉴相电压信号。这两个鉴相器的输出电压信号相位差
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180°,如图2所示。
当鉴相器Ⅰ的输出信号进入非线性区(或死区)时,鉴相器Ⅱ的输出正好在线性
区。反之,当鉴相器Ⅱ的输出信号进入非线性区(或死区)时,鉴相器Ⅰ的输出正好在
线性区。控制及数据处理模块控制开关切换,使A/D转换器总是采集线性区的电压信
号,测试过程无死区,A/D输出信号如图3所示。由控制及数据处理模块将采集的数
据存储、显示,并进行数据处理和打印输出。
图2 鉴相器输出示意图
a—鉴相器Ⅰ的输出;b—鉴相器Ⅱ的输出
图3 A/D输出示意图
5 计量特性
5.1 输入灵敏度
≤300mV (有效值)(100kHz~10MHz,输入阻抗50Ω)。
5.2 相位漂移(对5MHz、10MHz)
≤4ns(测量时间1d)。
注:以上指标仅供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
6.1.1 温度
在18℃~28℃范围内选择某一温度点,校准过程中环境温度的变化不超过±2℃,
且不应有温度突变。
6.1.2 湿度
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相对湿度:≤80%。
6.1.3 供电电源
电压:220V±22V;
频率:50Hz±2Hz。
6.1.4 其他
周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。
6.2 测量标准及其他设备
6.2.1 参考频标
输出频率:5MHz、10MHz;
频率偏差:优于±5×10-11。
6.2.2 频率合成器
输出频率:应覆盖被校比相仪的测量范围;
输出电平:10mV~1V (有效值)(输出阻抗50Ω);
有外接频标功能。
6.2.3 相位微跃器或精密移相器
相位调整分辨力:优于1ns;
最大允许误差:±0.1ns。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
校准项目见表1。
表1 校准项目表
序号校准项目
1 外观及工作正常性检查
2 输入灵敏度
3 相位漂移
7.2 校准方法
7.2.1 外观及工作正常性检查
7.2.1.1 外观检查
前面板或后面板上应标有:仪器名称、型号、制造厂、出厂编号及电源要求。
电源开关、输入输出端口、功能设置开关等均应有识别标志,显示屏能正常显示工
作参数。
各接口应牢固可靠、各功能旋钮应灵活可用,无影响正常工作的机械损伤。
7.2.1.2 工作正常性检查
仪器连接如图4所示。
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图4 工作正常性检查连接示意图
检查步骤如下:
a)接通电源,设置频率合成器Ⅰ和频率合成器Ⅱ输出频率和输出电压符合被校比
相仪输入信号要求;
b)检查比相仪各种功能是否正常,零刻度及满刻度调节是否能正常调节,各种指
示灯及测量显示是否清晰可见;
c)对有外控功能的比相仪按说明书的要求连接好控制电缆,检查通过控制指令比
相仪是否能正常工作。
7.2.2 输入灵敏度
仪器连接如图4所示。在被校比相仪工作频率范围内选上限、下限及常用频率点,
测量输入灵敏度。
a)频率合成器输出频率设置为被校比相仪上限10MHz、下限100kHz或常用频
率点;
b)设置频率合成器和比相仪阻抗匹配,频率合成器Ⅱ的输出电压调至被校比相仪
最小输入电压指标值的2~3倍,频率合成器Ⅰ的输出电压调至被校比相仪最小输入电
压指标值的十分之一左右,然后增加频率合成器Ⅰ的输出信号幅度,直至比相仪正常显
示图3所示的一个完整周期,记录此时频率合成器Ⅰ的输出频率值及输出幅度值,即为
比相仪A输入端该频率点的输入灵敏度,将数据记录到附录A.2中。
c)采用7.2.2b)方法测量比相仪B输入端的输入灵敏度。
7.2.3 相位漂移
仪器连接如图5所示。
图5 相位漂移校准连接示意图
a)按比相仪说明书分别调节比相仪的零刻度、满刻度,参考频标输出信号频率
(5MHz或10MHz),调整相位微跃器或精密移相器使A、B端两输入信号的相位差在
180°附近,开始测量,测量时间为1d;
b)记录被校比相仪1d的显示记录值的最大变化量ΔP ,按公式(1)计算被校比
相仪的相位漂移ΔX ,将数据记录到附录A.3中。
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ΔX = ΔP
M -N ×T (1)
式中:
ΔX ———相位漂移,ns;
ΔP ———显示记录值的最大变化量,(°);
M ———比相仪满刻度值,(°);
N ———比相仪零刻度值,(°);
T ———被校比相仪输入信号的周期,ns。
8 校准结果表达
校准证书应至少包括以下内容:
a)标题“校准证书”;
b)实验室名称和地址;
c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);
d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;
e)客户的名称和地址;
f)被校对象的描述和明确标识;
g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的
接收日期;
h)如果与校准结果的有效性或应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;
i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;
j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;
k)校准环境的描述;
l)校准结果及其测量不确定度的说明;
m)对校准规范的偏离的说明;
n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;
o)校准结果仅对被校对象有效的说明;
p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。
9 复校时间间隔
复校时间间隔由用户根据使用情况自行决定,建议不超过12个月。
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附录A
原始记录格式
A.1 外观及工作正常性检查
检查项目结果
外观
工作正常性
A.2 输入灵敏度(有效值,50Ω负载)
输入信号频率测量通道输入灵敏度/mV 不确定度U/mV (k=2)
100kHz
5MHz
10MHz
A.3 相位漂移
输入信号频率显示刻度值差值ΔP/ (°) 相位漂移/ns 不确定度U/ns (k=2)
5MHz
10MHz
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附录B
校准证书内页格式
B.1 外观及工作正常性检查
检查项目结果
外观
工作正常性
B.2 输入灵敏度(有效值,50Ω负载)
输入信号频率测量通道输入灵敏度/mV 不确定度U/mV (k=2)
100kHz
5MHz
10MHz
B.3 相位漂移
输入信号频率相位漂移/ns 不确定度U/ns (k=2)
5MHz
10MHz
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附录C
不确定度评定示例
C.1 输入灵敏度校准结果不确定度评定
测量方法见7.2.2,其中参考频标为铯原子频率标准5071A,频率合成器为
33250A,测量被校比相仪的输入灵敏度。
C.1.1 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
a)频率合成器电平误差引入的不确定度;
b)测量重复性引入的不确定度。
C.1.2 标准不确定度评定
a)频率合成器电平误差引入的标准不确定度u1
依据频率合成器33250A技术说明书,其电平误差为± (1%设定值+1mV) (峰
峰值),按B类方法评定,设为均匀分布,包含因子k= 3,则:
u1=1%×70mV (有效值)+1/2
3 ≈0.81mV (有效值) (C.1)
b)测量重复性引入的标准不确定度u2
采用A类方法进行评定,对被校比相仪输入信号灵敏度连续独立测量10次,用贝
塞尔法计算实验标准偏差,重复性测量数据见表C.1。
表C.1 输入灵敏度的测量重复性
序号输入信号灵敏度xi
1 69mV
2 70mV
3 70mV
4 70mV
5 71mV
6 70mV
7 70mV
8 70mV
9 71mV
10 70mV
x 70mV
sn (x) 0.57mV
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标准不确定度:
u2 =sn(x)= 1 n -1Σn
i=1(xi -x)2 =0.57mV (C.2)
C.1.3 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表C.2。
表C.2 输入灵敏度标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号评定方法分布k 值标准不确定度
频率合成器电平误差u1 B类均匀3 0.81mV
测量重复性u2 A 类正态1 0.57mV
以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22 ≈0.99mV (C.3)
C.1.4 扩展不确定度
取包含因子k=2,扩展不确定度为:
U =kuc=2×0.99mV≈2mV (C.4)
C.2 相位漂移校准结果不确定度评定
测量方法见7.2.3,其中参考频标为铯原子频率标准5071A,用相位微跃器进行相
位微调来测量被校比相仪的相位漂移。
C.2.1 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
a)相位微跃器最大允许误差引入的不确定度;
b)测量重复性引入的不确定度。
C.2.2 标准不确定度评定
a)相位微跃器最大允许误差引入的标准不确定度u1
相位微跃器最大允许误差为±0.1ns,按B类方法评定,设为均匀分布,包含因子
k= 3,则:
u1=0.1ns
3 ≈0.058ns (C.5)
b)测量重复性引入的标准不确定度u2
采用A类方法进行评定,对被校比相仪相位漂移连续独立测量10次,用贝塞尔法
计算实验标准偏差。重复性测量数据见表C.3。
表C.3 相位漂移的测量重复性
序号相位漂移xi
1 1.3ns
2 1.5ns
3 1.4ns
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表C.3 (续)
序号相位漂移xi
4 1.6ns
5 1.2ns
6 1.5ns
7 1.3ns
8 1.6ns
9 1.4ns
10 1.2ns
x 1.4ns
sn(x) 0.15ns
标准不确定度:
u1 =sn(x)= 1 n -1Σn
i=1(xi -x)2 ≈0.15ns (C.6)
C.2.3 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表C.4。
表C.4 相位漂移标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号评定方法分布k 值标准不确定度
相位微跃器最大允许误差u1 B类均匀3 0.058ns
测量重复性u2 A 类正态1 0.15ns
以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22 ≈0.16ns (C.7)
C.2.4 扩展不确定度
取包含因子k=2,扩展不确定度为:
U =kuc=2×0.16ns≈0.3ns (C.8)
注:以上不确定度评定示例中,当测量环境符合环境校准要求时,环境影响引入的不确定度分
量可以忽略不计,不再单独列出。
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