Introduction
Certains capteurs envoient leur signal sur une fréquence ou sur une largeur d’impulsion. Une mesure de fréquence de précision , de largeur d’impulsion, de rapport cyclique ou la période d’un signal implique une base de temps précise de l’appareil de mesure. Cette base de temps est définie par l’horloge système. La précision et la signification des données mesurées et enregistrées dépendent fortement de la précision de l’horloge de l’instrument.
Par exemple, certains capteurs de couple délivrent le couple mesuré sous forme de fréquence (par exemple centrée autour de 60 kHz). Une horloge système imprécise du dispositif de mesure conduit alors à un couple mesuré imprécis. C’est pourquoi la précision de l’horloge est si importante. Et dans ce livre blanc, nous découvrirons la précision réelle de l’horloge système des systèmes DEWE3, même en fonction de la température et du vieillissement.
Configuration de mesure
Pour mesurer la précision de la mesure de fréquence et avec elle la précision de l’horloge système, une source de fréquence très précise est nécessaire. Cette source est ensuite connectée à une entrée de compteur DEWE3 pour mesurer la fréquence de la source.
Fig. 1 : Configuration de mesure
Le générateur de fonction arbitraire (AFG) fournit un signal carré TTL de 1 Hz à une entrée de compteur du DEWE3. L’instrument mesure la fréquence du signal et un écart est calculé :
Où f MEASURED est la fréquence mesurée et affichée dans OXYGEN, le logiciel de mesure fonctionnant sur le système DEWE3 et f INPUT est la fréquence réglée sur le générateur de fonctions, qui est exactement de 1 Hz. Le générateur de fonctions lui-même a non seulement une précision d’amplitude mais également une précision d’horloge.
Stabilité de la réponse en fréquence interne – tous sauf ARB : ±1 ppm 0 °C à 50 °C.
Cela signifie que le générateur de fonctions qui est la source de fréquence du signal 1 Hz ne délivre pas exactement la fréquence souhaitée. Mais l’AFG a une dérive minimale dans cette déviation. Étant donné que le générateur de fonctions fournit une grande stabilité à court terme, la déviation de la source peut être comparée à un PPS (signal d’impulsion par seconde) du récepteur GPS (dev AFG ). Ainsi, l’écart d’AFG peut être compensé et est pris en compte dans le calcul de précision final.
Au total, l’écart de fréquence d’horloge d’un certain instrument DEWE3 s’élève à :
La soustraction de l’écart du générateur de fonction se situe dans un écart combiné de 20 ppm, une simplification autorisée. Par rapport à la fréquence réelle compensée, f ACT , qui se situe ici dans une plage de ±1 ppm de 1 Hz :
Alors que f ACT , la fréquence réellement générée par la source, mesurée avec le signal PPS est :
Depuis:
Lorsque ni l’écart du DEWE3 ni l’AFG ne dépasse 10 ppm, l’écart relatif entre les deux calculs ( dev DEW et dev ACT [ppm]) de l’écart est inférieur à 0,002 %, ce qui est accepté, car il suffit de soustraire le dev AFG . beaucoup plus facile et plus rapide.
Précision de la mesure de fréquence
Fondamentalement, l’horloge système et la base de temps sont déterminées par un oscillateur à cristal, communément abrégé en XTAL. Ce cristal piézoélectrique oscille à une fréquence élevée très stable. Ceci est utilisé dans de nombreux circuits électriques où des cycles d’horloge très précis sont nécessaires.
Les instruments DEWE3 sont équipés d’un oscillateur à cristal d’une précision initiale de ±1,5 ppm (à 25°C). Une dérive de température est donnée à ± 7 ppm et la dérive de fréquence la première année à ± 3 ppm.
La distribution de précision de fréquence de tous les instruments DEWE3 livrés à ce jour est la suivante :
Fig. 2 : Diagramme à barres de la précision de l’horloge
Sur une longue période, la précision de l’horloge du système DEWE3 livré est mesurée et surveillée, en fonction d’un graphique à barres et de la distribution de la précision de l’horloge initiale en ppm. Un pas sur l’axe de déviation est de 0,5 ppm.
- Moyenne : 1,01 ppm
- Médiane : 1,40 ppm
- Maximum : 7,10 ppm
- Minimum : -2,65 ppm
Coéfficent de température
Comme mentionné précédemment, l’oscillateur à cristal créant l’horloge système est un composant piézoélectrique. Ce composant n’est pas à l’abri des changements de température. Sa fréquence change très légèrement avec les changements de température.
Par conséquent, un test de température a été effectué en chambre climatique. En réglant la température la plus basse à 0 °C et la plus élevée à 50 °C, le cycle (1 h de chauffage / 1 h à 50 °C / 1 h de refroidissement / 1 h à 0 °C) a été répété trois fois.
Fig. 3 : Dépendance à la température de la précision de l’horloge
Le diagramme ci-dessus montre un tracé XY de la température par rapport à l’écart d’horloge. Deux capteurs de température ont été utilisés, l’un monté sur la surface de l’horloge et l’autre dans la chambre climatique. Notez que la température de l’horloge est toujours un peu plus élevée que la température ambiante de la chambre climatique, car le système de mesure DEWE3 produit intrinsèquement un peu de chaleur.
Pour des températures plus basses, l’écart d’horloge devient progressivement plus négatif. Cela signifie que la fréquence mesurée est inférieure à la valeur réelle, ce qui peut être attribué au cristal oscillant trop lentement à des températures plus basses.
A partir de cette mesure, un gradient de température de 0,03 ppm/°C peut être obtenu. Notez la forme d’hystérésis des graphiques provenant d’un certain taux de chauffage/refroidissement.
Conclusion
L’horloge du système DEWE3 est très précise. Ceci est important pour les capteurs, qui modulent leur grandeur physique mesurée comme le couple, la vitesse, la température et autres. Mais cette précision d’horloge n’est pas à l’abri des influences extérieures, comme la température et le vieillissement.
Tous les systèmes DEWE3 mesurés sont bien dans les limites typiques de ± 10 ppm spécifiées dans le manuel. L’évolution future due au vieillissement sera suivie dans l’étalonnage.
DEWETRON – Votre expert dans l’analyse de données et de mesure
DEWETRON est un spécialiste dans le domaine de l’analyse de données et test de mesure. L’objectif est de produire des équipements de mesure qui répondent aux normes de qualité les plus élevées possibles, qui soient modulaires et polyvalents, ainsi que faciles à utiliser.
Si vous souhaitez en savoir plus sur DEWETRON, vous pouvez visiter notre site Internet DEWETRON Services . Vous y trouverez des livres blancs ainsi que des articles de blog. Jetez un coup d’œil à notre compte LinkedIn.
