Назначение
Частотомеры универсальные Ч3-86А (далее - приборы) предназначены для измерения частоты (периода) непрерывных синусоидальных и видеоимпульсных сигналов, временных параметров видеоимпульсных сигналов (длительности, периода следования, длительности фронта и спада импульсов), интервалов времени, отношения частот двух сигналов и счета числа колебаний, частоты непрерывных колебаний и несущей частоты радиоимпульсных сигналов в диапазоне СВЧ, разности фаз двух синхронных синусоидальных сигналов.
Описание
Принцип действия приборов основан на формировании на установленном уровне входного сигнала и последующем измерении интервала Тх равного при временных измерениях измеряемому параметру (длительности, длительности фронта или спада импульса, длительности интервала времени) или целому числу периодов входного сигнала за установленное время измерения (счета) te при измерении частоты и периода сигнала.
Высокая точность измерений обеспечивается внутренним опорным кварцевым термостатированным генератором. Возможна работа прибора от внешнего источника опорного сигнала. Внешний или внутренний опорный сигнал подается также на наружный разъем и может быть использован для синхронизации внешних устройств.
Работа приборов осуществляется под контролем встроенного микропроцессорного устройства, которое обеспечивает управление режимами работы и отображение параметров на экране, а также дистанционное управление по интерфейсу RS-232, универсальному последовательному интерфейсу USB и последовательно-параллельному интерфейсу КОП.
Разъемы интерфейсов RS-232, КОП и USB выведены на заднюю панель прибора для осуществления работы в режиме дистанционного управления.
Приборы имеют конструкцию настольного исполнения и выполнены в унифицированном корпусе типа «Надел-85».
Каркас приборов состоит из двух боковых стенок, верхней и нижней крышек. На нижней крышке расположены съемные ножки прибора.
Управление приборами осуществляется с помощью клавиатуры, размещенной на передней панели прибора.
Передняя панель состоит из несущей панели, на которой закреплена печатная плата клавиатуры с кнопочными переключателями управления и световыми индикаторами, входные ВЧ разъемы и графический жидкокристаллический дисплей.
Индикация режимов измерения, результатов измерения и вспомогательной информации осуществляется на экране графического дисплея в алфавитно-цифровой форме.
Между боковыми стенками закреплено горизонтальное шасси, на котором размещены печатные узлы функциональных частей прибора: устройство микропроцессорное; блок счетный, генератор ударного возбуждения (ГУВ) 2 шт., блок питания, блок опорных частот с кварцевым генератором, умножитель частоты, делитель с переменным коэффициентом деления, блок индикации (дисплей), клавиатура передней панели, усилитель широкополосный, интерфейс КОП.
Межузловые соединения выполнены с помощью ВЧ кабелей с соединителями врубного типа (SMB) и ленточных кабелей - шлейфов с НЧ соединителями.
Общий вид частотомера универсального Ч3-86А представлен на рисунке 1.
Схема пломбировки от несанкционированного доступа, обозначение мест нанесения знака поверки представлены на рисунке 2.
Рисунок 1 - Общий вид частотомера универсального Ч3-86А
Рисунок 2 - Схема пломбировки от несанкционированного доступа, обозначение мест нанесения знака поверки
Программное обеспечение
Выполнение алгоритма функционирования приборов осуществляется программным обеспечением (ПО). ПО приборов имеет структуру с разделением на метрологически значимую и метрологически незначимую части.
Метрологически значимая часть включает в себя встроенное программное обеспечение, данные которого зашиты в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС), микроконтроллере центрального процессора, предназначено для управления режимами работы прибора и индикации.
Встроенное ПО предназначено для приема внешних команд управления, изменения режимов работы в соответствии с полученными командами, приема внешних запросов о текущем состоянии при подключении к ПЭВМ, выполнения процедуры самотестирования и проведения калибровки.
ПЗУ хранит программу работы частотомера универсального. При включении прибора происходит перепись программы в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), воспроизводимую при работе прибора.
В энергонезависимой памяти центрального процессора хранятся калибровочные коэффициенты, версия ПО и другая информация, необходимая для функционирования приборов.
Метрологически незначимая часть ПО предназначена для дистанционного управления прибором через интерфейсы RS-232, КОП и USB.
Метрологически незначимая часть ПО управляется операционной системой Microsoft Windows XP SP2 или более поздней версией.
Диск CH3-86а.ехе ТНСК.411142.003Д9 для дистанционного управления прибором входит в комплект поставки приборов ( по отдельному заказу).
В приборах предусмотрены меры защиты от преднамеренного и непреднамеренного изменения. Потребитель не имеет возможности обновления или загрузки новых версий ПО. В режиме внешнего управления реализовано однозначное назначение каждой команды в соответствии с руководством по эксплуатации, поэтому невозможно подвергнуть ПО приборов искажающему воздействию через интерфейсы пользователя. Без нарушения целостности заводских пломб и конструкции приборов невозможно удаление запоминающих устройств или их замена.
Метрологические характеристики нормированы с учетом влияния программного обеспечения.
Конструкция приборов исключает возможность несанкционированного влияния на ПО приборов и измерительную информацию.
Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений в соответствии с Р 50.2.077 - 2014 - высокий.
Таблица 1 - Идентификационные данные программного обеспечения
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| Идентификационное наименование ПО | СН3-86а Setup.exe |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | не ниже 1.4 |
| Цифровой идентификатор ПО | 0х18С399ВА1 |
| Алгоритм вычисления цифрового идентификатора ПО | CRC-32 |
Технические характеристики
Таблица 2 - Метрологические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| 1 | 2 |
| Диапазон измерений: - по входу А: частоты непрерывных синусоидальных сигналов, Гц периода следования видеоимпульсных сигналов, с - по входу В частоты непрерывных синусоидальных и видеоимпульсных сигналов, Гц | от 0,005 до 1-108 от 140’8 до 200 от 0,01 до 1-108 |
| Уровни входных сигналов, В: - синусоидальной формы - видеоимпульсной формы | от 0,03 до 7 от 0,1 до 10 |
| Минимальная длительность импульса, нс, не более | 5 |
| Диапазон измерения длительности импульсов положительной и отрицательной полярности по входу А на установленном уровне запуска при максимальной частоте следования не более 50 МГц, нс | от 10 до 9999999999999 |
| Уровень входных видеоимпульсных сигналов, В | от 0,1 до 10 |
| Диапазон измерения длительности фронта и спада импульсов положительной и отрицательной полярности по входу А, нс | от 5 до 1-105 |
| Уровень входных видеоимпульсных сигналов, В | от 1 до 2,5 |
| Диапазон измерения длительности интервала времени (задержки) между импульсами положительной или/и отрицательной полярности, поступающих на входы А и В, на заданных уровнях запуска каналов А и В, нс | от -9999999999999 до +9999999999999 |
| Минимальная длительность импульсов, нс, не более | 5 |
| Уровень входных видеоимпульсных сигналов, В | от 0,1 до 10 |
Продолжение таблицы 2
| 1 | 2 |
| Диапазон измерения разности фаз двух синхронных синусоидальных сигналов, поступающих на входы А и В, с частотой от 1 кГц до 10 МГц, ° | от 0 до ±180 |
| Уровень входных синусоидальных сигналов, В | от 0,03 до 7 |
| Диапазон высшей (fn) из сравниваемых частот непрерывных синусоидальных или видеоимпульсных сигналов (вход В), Гц | от 1 до 1-108 |
| Диапазон низшей (Гн) из сравниваемых частот непрерывных синусоидальных или видеоимпульсных сигналов (вход А), Гц | от 0,1 до 1-108 |
| Уровень входных сигналов, В: - непрерывных синусоидальных сигналов - видеоимпульсных сигналов | от 0,03 до 7 от 0,1 до 10 |
| Диапазон установки и индикации уровней запуска каналов А и В с учетом полярности сигнала в автоматическом (при частоте синусоидальных колебаний или частоте следования импульсов более 10 кГц) или в ручном режимах, В | от -2,5 до +2,5 |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности установки уровней запуска, В | ±0,05 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерения частоты по входам А и В (и периода по входу А), 6(f, P) | ±(|5оЖЗзап|+2^р|Лс)*1 |
| Пределы допускаемой погрешности запуска, 6зап | ±2-(3ош+ип)^-Г*2 |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения временных параметров импульсов Atx (длительность, фронт, спад) и интервалов времени, с | ±(3о • Г+ЛГис+АГр+ЛГап+Л^,)* |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности среднего значения разности фаз двух синхронных синусоидальных сигналов, ° - в диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц - в диапазоне частот выше 1 МГц | ±0,36 ±3,6 |
| Диапазон измерения среднего за время счета tc значения частоты непрерывных синусоидальных колебаний по входу С при уровне входных сигналов от 0,03 до 1 В, МГц | от 100 до 1000 |
| Диапазон измерения частоты следования видеоимпульсов прямоугольной формы по входу С при скважности равной 2 (меандр) и амплитуде импульсов от 0,1 до 2,5 В, МГц | от 100 до 300 |
| Диапазон измерения частоты сигналов по входу D, МГц: - непрерывного синусоидального - несущей частоты непрерывной радиоимпульсной последовательности (ИМ) | от 6-102 до 17,85-103 от 6-102 до 17,85-103 |
| Параметры радиоимпульсов: - минимальная длительность радиоимпульса, мкс - максимальная длительность радиоимпульса - частота следования радиоимпульсов Fo, кГц - скважность радиоимпульсной последовательности - время нарастания и спада колебаний при форме радиоимпульса близкой к прямоугольной, мкс, не более | 1 определяется периодом следования импульсов от 0,1 до 500 от 2 до 103 0,1 |
| Уровень мощности входных сигналов по входу D, мВт | от 0,03 до 5 |
| КСВН канала D, не более | 3 |
Продолжение таблицы 2
| 1 | 2 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерения частоты 5f сигналов по входам С и непрерывных синусоидальных D | ±(50+2Atp/tc) |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерения среднего значения несущей частоты импульсно-модулированных сигналов 5f (ИМ) по входу D | ±[50+6^tp/(t^N1/2)]*4 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерения отношения частот 5 | ±(5зап-ас.ад+1/^в)*5 |
| Номинальное значение частоты внутреннего кварцевого генератора, МГц | 10 |
| Относительная погрешность по частоте кварцевого генератора при выпуске прибора, по истечении времени установления рабочего режима не менее 1 ч | ±2-10-8 |
| Относительная погрешность по частоте кварцевого генератора через 10 мин. после включения прибора | ±2-10-7 |
| Относительная погрешность по частоте кварцевого генератора за 12 мес. по истечении времени установления рабочего режима | ±2-10-7 |
| Пределы коррекции частоты кварцевого генератора относительно номинального значения | ±3-10-7 |
| Частота внешнего источника опорного сигнала напряжением от 0,2 до 1 В на нагрузке 50 Ом, МГц | 5 или 10 |
| Частота выходного опорного сигнала с уровнем не менее 0,3 В на нагрузке 50 Ом при работе от внутреннего или внешнего источника опорного сигнала, МГц | 10 |
| Устанавливаемое время счета tc, мс | 1-10-3; 1-10-2; 1-10-1; 1; 10; 100; 1-103; 1-104 *6 |
| Длительность положительного импульса напряжением от 1 до 2 В на нагрузке 50 Ом в режиме внешней синхронизации при подаче на вход «ВНЕШН» на задней панели, нс, не менее | 50 |
| *1 где 60 - относительная погрешность по частоте опорного генератора; 6зап - относительная погрешность запуска - случайная составляющая погрешности, обусловленная влиянием внутренних шумов измерительного тракта, отношением сигнал/ шум входного сигнала и крутизной перепада напряжения входного сигнала в точке запуска; Atp - аппаратурная разрешающая способность измерения - случайная составляющая погрешности, обусловленная несовпадением фаз входного и опорного сигналов, находится в пределах ±Г10-10с; tc - установленное время счета. |
Продолжение таблицы 2
*2
* где ош - приведенное к входу измерительного тракта среднеквадратическое значение шума в рабочей полосе частот, которое не превышает 1-10’4 В.
Un - напряжение помехи входного сигнала (пиковое значение), если помеха имеет случайный характер с эффективным значением оп, то ип = 3оп;
S - крутизна перепада напряжения входного сигнала в точке запуска:
- для синусоидального входного сигнала при уровне запуска, равном нулю, значение крутизны S = 2яГит/Катт;
-для импульсного входного сигнала значение крутизны S = итЛф-Катт, где: Um - амплитуда сигнала;
Катт - коэффициент ослабления аттенюатора;
1ф - длительность рабочего фронта импульса;
Катт = 1 или 10 в зависимости от положения входных аттенюаторов «Х1» и «Х10» соответственно.
*3 где 60 - относительная погрешность по частоте опорного генератора;
tx - измеряемый временной интервал, с;
А^сис - систематическая погрешность измерения, обусловленная не идентичностью трактов прохождения сигналов старт и стоп; значение AtG находится в пределах ±1 нс;
Atyp - погрешность измерения, обусловленная погрешностью установки уровней запуска:
Atyp = ±(| АИургКттх/Зх | + | Аиур2^Катг2^21),
где: Аиур1,2 - погрешность установки уровней запуска каналов А и В, находится в пределах ±0,05 В; ’
S1,2 - значение крутизны сигнала по входам А и В, в точке запуска каналов.
Atjan - случайная составляющая погрешности, обусловленная влиянием шумов измерительных трактов, отношением сигнал/шум входного сигнала и крутизной перепада напряжения входного сигнала в точке запуска:
Atзaп = ±(| Atзaп1 | + | Atзaп2 |),
где: А€зап1,2 - погрешность запуска каналов А и В:
А1зап1,2 = ОСш+ип^УКатИД/^Д,
где: ип1,2 - пиковое значение помехи по входам А и В.
ош - приведенное к входу измерительного тракта среднеквадратическое значение шума в рабочей полосе частот, которое не превышает 140’4 В.
S1,2 - значение крутизны сигнала по входам А и В, в точке запуска каналов.
Atp - аппаратурная разрешающая способность измерения - случайная составляющая погрешности, обусловленная несовпадением фаз входного и опорного сигналов, находится в пределах: ±140 -10 с при измерении интервалов времени менее 1000 с;
±140 -9 с при измерении интервалов времени равных или больших 1000 с.
* 4 где tH- длительность радиоимпульса на уровне 0,5 импульсной мощности;
N - коэффициент усреднения.
* 5 где Гн - значение низшей из сравниваемых частот;
fв - значение высшей из сравниваемых частот.
* 6 Реальное время счета устанавливается автоматически равным целому числу периодов входного сигнала с учетом выбранного времени счета, но не может быть менее одного периода входного сигнала
Таблица 3 - Основные технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Параметры электрического питания: - напряжение переменного тока, В - частота переменного тока, Гц | 220+22 или 220±11 50+1 или |
| Потребляемая мощность, В-А, не более | 50 |
| Габаритные размеры средства измерений, мм, не более - высота - ширина - длина | 136 299 435,5 |
| Масса, кг, не более | 7,5 |
| Условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, °С - относительная влажность воздуха при температуре 30 °С, % - атмосферное давление, кПа | от -10 до +50 90 от 60 до 106 |
| Средний срок службы, лет | 15 |
| Средняя наработка на отказ, ч | 10000 |
Знак утверждения типа
наносится на титульный лист руководства по эксплуатации и формуляра типографским способом и на приборы сеткографическим способом.
Комплектность
Таблица 4 - Комплектность средства измерений
| Наименование, тип | Обозначение | Количество |
| Частотомер универсальный Ч3-86А | ТНСК.411142.003 | 1 шт. |
| Комплект принадлежностей | ТНСК.411142.131 | 1 шт. |
| Диск с программой СН3-86а.exe | ТНСК.411142.003 Д9 | 1 шт.* |
| Руководство по эксплуатации | ТНСК.411142.003 РЭ | 1 экз. |
| Формуляр | ТНСК.411142.003 ФО | 1 экз. |
| * поставляется по требованию заказчика |
Поверка
осуществляется по документу ТНСК.411142.003 РЭ «Частотомер универсальный Ч3-86А. Руководство по эксплуатации», раздел 7 «Поверка прибора» с изменением № 1, утвержденному ФБУ «Нижегородский ЦСМ» 26 марта 2018 г.
Основные средства поверки:
Генератор сигналов высокочастотный Г4 - 227 (регистрационный № 47059-11).
Генератор сигналов низкочастотный прецизионный Г3 - 122 (регистрационный № 10237-85).
Генератор сигналов низкочастотный Г3-123 (регистрационный № 11185-88).
Генератор сигналов высокочастотный Г4-176 (регистрационный № 11207-88).
Генератор сигналов высокочастотный Г4 - 204 (регистрационный № 20772-01).
Ваттметр поглощаемой мощности М3 - 90 (регистрационный № 11477-88).
Генератор импульсов Г5 - 56 (регистрационный № 5269-12).
Генератор импульсов Г5-78 (регистрационный № 8776-82).
Источник временных сдвигов И1-8 (регистрационный № 4987-75).
Стандарт частоты и времени Ч1 - 81 (регистрационный № 13442-03).
Частотомер вычислительный Ч3 -65 (регистрационный № 9510-84).
Калибратор фазы Ф1-4 (регистрационный № 7922-80).
Осциллограф универсальный двухканальный широкополосный С1 - 97 (регистрационный № 7464-79).
Вольтметр универсальный В7-79 (регистрационный № 34480-07).
Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемых частотомеров универсальных Ч3-86А с требуемой точностью.
Знак поверки наносится давлением на специальную мастику пломб, которые расположены на задней панели в местах крепления верхней и нижней крышек и над потенциометром «КОРР ЧАСТ».
Сведения о методах измерений
приведены в эксплуатационном документе.
Нормативные документы
ГОСТ 22335-98 Частотомеры электронно-счетные. Общие технические требования и методы испытаний
ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия
ТНСК.411142.003 ТУ Частотомер универсальный Ч3-86А. Технические условия
22246-01
