Kalibrierung

Zeit und Frequenz

Unsere Dienste

Seit Anbeginn der Menschheit konnten die Menschen Tag und Nacht, Jahreszeiten und andere Zeiteinheiten unterscheiden und haben mit dem Aufkommen der ersten Zivilisationen durch die Beobachtung der Sonne und anderer Himmelskörper bereits die ersten Uhren erfunden. Die Zeit ist praktisch zur wichtigsten und bekanntesten Einheit geworden. Was ist Zeit und was stellt dieser Parameter eigentlich dar? Bei SIQ wissen wir nicht nur, wie man diese Frage beantwortet, sondern wir wissen auch, wie man Zeit genau misst.

Meistens assoziieren wir mit Zeit eine Uhr. Eine Uhr ist eigentlich ein Messgerät, das ein bestimmtes Intervall misst, speichert oder generiert. Die Entwicklungsgeschichte der Zeitmessung begann mit den ältesten Uhren, die auf dem Wasserfluss basierten, bereits in babylonischer und altägyptischer Zeit bekannt, später auch in griechischer und römischer Zeit. Der erste große Sprung erfolgte im Mittelalter mit der Erfindung der Pendeluhr. Während des Ersten Weltkriegs wurden die piezoelektrischen Eigenschaften von Quarz untersucht, die bis 1960 als Grundlage der genauesten Uhr dienten, als die ersten Atomuhren auftauchten, auf denen noch heute die genaueste Zeitmessung basiert. Darüber hinaus ist die Zeit aufgrund der Genauigkeit von Atomuhren genau die physikalische Größe, die heute am genauesten gemessen werden kann.

SIQ besitzt auch eine Cäsium-Atomuhr, die zum Internationalen Büro für Maß und Gewicht (BIPM) in Frankreich gehört, einer internationalen Organisation für Standardisierung, die mit der Pflege eines internationalen Einheitensystems beauftragt ist. Durch die Aufnahme in das BIPM-System trägt die SIQ-Atomuhr auch zur Berechnung der von uns weltweit genutzten Echtzeit bei. Als Inhaber des nationalen Normals für Zeit und Frequenz kümmern wir uns bei SIQ auch um die Verteilung der genauesten Zeit in Slowenien. Unsere Atomuhr hat derzeit eine relative Frequenzabweichung von 6 × 10-15. Mit anderen Worten, es würde in 5 Millionen Jahren um weniger als 1 Sekunde überholen oder zurückbleiben.

Unser tägliches Leben hängt sehr stark von der Genauigkeit der Zeitmessung ab, ohne dass wir es überhaupt merken:

  • Wir wollen immer wissen, wie spät es ist, wir wollen die Uhrzeit in verschiedenen Zeitzonen für die Bedürfnisse von Reisen, Tagesplänen und Meetings kennen
  • Zeitmessung im Sport
  • Synchronisation von Messungen an verschiedenen Standorten (Land/Kontinent), z. B. synchrone Messung der Netzspannung an verschiedenen Standorten
  • Die großen Weltbanken setzen zunehmend auf automatisierten Handel auf der Grundlage leistungsstarker Computer und komplexer Handelsalgorithmen, und die Gesetzgebung einiger Länder erfordert eine äußerst genaue Aufzeichnung des Transaktionszeitpunkts, sogar mit einer Resolution von bis zu 1 μs
  • Immer mehr Instrumente haben ihre eigene interne Zeitbasis, von der die Genauigkeit des Instruments abhängt (Frequenzzähler und andere zeitbezogene Größen, Funktionsgeneratoren, Signalgeneratoren, Oszilloskope, Spektrumanalysatoren, Vektoranalysatoren usw.)
  • Heutzutage kennen wir alle die GPS-Navigation, aber nur wenige Menschen wissen, dass die Genauigkeit der Anzeige eines Standorts auf der Erde tatsächlich von der Genauigkeit der Atomuhren auf Satelliten abhängt, die die Erde umkreisen. Fortgeschrittenere Atomuhren ermöglichen es, die Position auf der Erde mit geringerer Resolution bzw. größerer Genauigkeit zu bestimmen.

Bei SIQ messen wir Zeit auf allen Genauigkeitsstufen, von der Kalibrierung herkömmlicher analoger und digitaler Stoppuhren bis hin zur Kalibrierung von Messzeiten einiger anderer Instrumente (z. B. Hochspannungsprüfer, Multifunktionsinstrumente, akustische Dosimeter usw.) und wir führen auch die genaueste Kalibrierungen durch, bei denen wir uns auf unsere Atomuhr verlassen (z. B. Frequenzmesser, GNSS-Empfänger, Zeitintervall-/Impuls-/Periodenmesser, Zeitintervall-/Impuls-/Periodengeneratoren, Frequenzverteiler), wir kalibrieren die Zeitbasen verschiedener Messgeräte (Funktionsgeneratoren, Signalgeneratoren, Oszilloskope, Spektrumanalysatoren, Vektoranalysatoren usw.). Die Frequenz kann direkt von 1 mHz bis 15 GHz und von 15 GHz bis 26,5 GHz über sog. Frequenzmodulationsverfahren gemessen werden.

Kalibrierung von Messgeräten auf SIQ

Frequenzzähler

Wir messen folgende Parameter:

  • Eingangsempfindlichkeit: Der Parameter sagt uns, bei welchem Spannungswert das Messgerät richtig zu messen beginnt. Die Empfindlichkeit wird bei 50 Ω und/oder bei 1 MΩ Eingangsimpedanz des Messgerätes überprüft.
  • Kontrolle der Zeitbasis: Gemessen wird die 24-Stunden-Stabilität der Zählerzeitbasisfrequenz. Die Messung der Stabilität der Zeitbasis dauert mindestens 2 Tage, da aufgrund der Temperaturstabilisierung des Geräts eine 24-stündige Vorwärmung des Instruments erforderlich ist, und die Messung der Stabilität der Zeitbasis wird in den nächsten 24 Stunden durchgeführt. Typische Frequenzen sind 10 MHz, 5 MHz und 2 MHz, es können aber auch andere Werte verglichen werden, wenn das Messgerät über zusätzliche Optionen verfügt. Neben der Stabilität der zählereigenen Zeitbasis prüfen wir auch die Fähigkeit, die Frequenz an die Zeitbasis zu koppeln.
  • Funktionstest: Bei diesem Messpunkt werden diverse Tests gemacht, von denen die meisten von Herstellern vorgeschrieben werden (also z. B. Messung der Periode, Pulslänge, Zeitintervall zwischen den beiden Eingängen, Frequenzgenauigkeit). Eine Funktionsprüfung wird in der Regel nicht akkreditiert durchgeführt.

GNSS-Empfänger

Für GNSS-Empfänger messen wir die relative Abweichung und das Kriechen der Frequenz und die Stabilität:

  • Die relative Abweichung und das Kriechen der Frequenz wird durch einen Phasenvergleich mit dem Referenz-Cäsium-Frequenznormal bzw. der Atomuhr durchgeführt. Die kürzeste Messung dauert mindestens drei Tage, da das Instrument vor der Messung mindestens 48 Stunden angeschlossen ist, um sich zu stabilisieren und seine Betriebstemperatur zu erreichen, gefolgt von einer Kalibrierung, bei der das Gerät auf das GNSS-Signal angeschlossen wird. Die kürzeste typische Kalibrierzeit beträgt 24 Stunden für jeden Ausgang oder mehr, abhängig von den Anforderungen des Kunden. Die Unsicherheitsberechnung berücksichtigt das Frequenzkriechen während der Kalibrierung, das relative Frequenzkriechen pro Tag oder anderem Zeitintervall (Monat, Jahr) wird geschätzt. Mehrere Empfängerausgänge können gemäß den Bedürfnissen und Anforderungen des Kunden kalibriert werden.
  • Die Frequenzstabilität wird analytisch durch Messungen bestimmt, die über die betrachtete Zeit durchgeführt werden. Da es sich um einen zeitabhängigen Parameter handelt, wird hier die sogenannte Allan- und modifizierte Allan-Abweichung verwendet, die ein Maß für die Frequenzstabilität von Uhren ist.

Die Zeitbasiskalibrierung kann auch vor Ort mit größerer Unsicherheit im Bereich von 2 × 10–10 durchgeführt werden, da anstelle einer Cäsium-Atomuhr ein Rubidium-Referenzfrequenzstandard verwendet wird.

Messgerät/Generatoren des Zeitintervalls/der Impulse/der Perioden/der Frequenz

Neben Messgeräten/Generatoren des Zeitintervalls/der Impulse/der Perioden/der Frequenz kalibrieren wir auch Zeitstempelgeneratoren, Kurzzeitzähler, Mikroprozessorsystem-Zeitbasen, Zeitschaltuhren, Zeitintervall- und Umdrehungstester, Tarifimpulsgeber, Signalbasis-Zeitgeneratoren usw.

Beim Kalibrieren überprüfen wir folgende Parameter:

  • Eingangsempfindlichkeit: Wir prüfen, bei welchem Niveau das Gerät richtig zu messen beginnt.
  • Zeitbasis: Ähnlich wie Frequenzzähler haben Zeitintervallzähler/-generatoren eine eigene interne Zeitbasis, die mit einem Referenzzähler überprüft wird, der mit einem Referenzfrequenznormal verbunden ist. Dies gewährleistet relative Kalibrierunsicherheiten im Bereich von 2 × 10–12.
  • Funktionstest: Der Test wird normalerweise gemäß den vom Gerätehersteller vorgeschriebenen Verfahren durchgeführt, auf Wunsch können zusätzliche Funktionstests durchgeführt werden. Die Funktionsprüfung wird in der Regel nicht akkreditiert durchgeführt.
  • Pulsparameter: An der Messstelle werden, die vom Gerät erzeugten bzw. gemessenen Impulse untersucht (Impulslänge, Anstiegs- und Abfallzeit, positive und/oder negative Impulslänge, Impulsfrequenz bzw. -amplitude). Impulse können erzeugt und gemessen werden. Nach Vereinbarung mit dem Kunden können wir die Messungen anpassen.

Zeitraum/Frequenz: Wir überprüfen die Messung oder Generierung einer Frequenz, die der Kehrwert der Periode ist.

Frequenzverteiler

Der grundlegende Parameter des Frequenzverteilers ist das Frequenzverteilungsverhältnis, das unter Verwendung eines Referenzgenerators und eines Frequenzzählers kalibriert wird, wobei die Zeitbasis mit der Zeitbasis des Frequenzgenerators verbunden ist. Beim Kalibrieren bestimmen wir das Verhältnis zwischen der Eingangs-/erzeugten Frequenz und der Ausgangsfrequenz.

Stoppuhren

Wir führen Kalibrierungen von digitalen sowie analogen Stoppuhren durch, bei denen wir folgende Parameter kalibrieren:

  • Relative Zeit: Die relative Zeit wird direkt mit dem Standard-Uhrenkalibrator gemessen. Der Kalibrator sagt uns, wie viel die Stoppuhr in einem bestimmten Zeitintervall überholt oder sich verspätet ist (z. B. wie viele Sekunden pro Tag)
  • Funktionskontrolle: Die Funktionskontrolle wird nicht akkreditiert als Leistungstest durchgeführt.

Andere Messgeräte, die in der Lage sind, Zeit, Frequenz oder andere zeitbezogene Größen zu messen

Messgeräte mit der Möglichkeit der Zeitmessung umfassen verschiedene Arten von multifunktionalen Instrumenten mit einstellbarer Messzeit, Schalldosimeter, Frequenzmessgeräte (Prüfgeräte, digitale oder analoge Multimeter, Kalibratoren, Wechselstrommessgeräte) und frequenzbasierte Mengenzähler (Drehzahlmesser über optische oder induktive Einheit, Drehzähler usw.).

Kontaktieren Sie uns

Möchten Sie mehr wissen? Kontaktieren Sie unser Expertenteam.

Schreiben Sie uns