Генераторы сигналов с поверкой и в Госреестре СИ

Оглавление

1. Роль генераторов измерительных сигналов в современной практике
2. Понятие поверки и включения генераторов сигналов в Госреестр СИ
3. Нормативно-правовая база поверки генераторов сигналов
4. Порядок проведения поверки генераторов сигналов
5. Основные метрологические характеристики генераторов измерительных сигналов
6. Особенности современных генераторов сигналов с поверкой
7. Применение поверенных генераторов и юридическая значимость результатов измерений
8. Рекомендации по выбору, эксплуатации и поддержанию метрологической исправности

1. Роль генераторов измерительных сигналов в современной практике

Генераторы измерительных сигналов представляют собой ключевые средства измерений, предназначенные для формирования электрических сигналов заданной формы, частоты, амплитуды и других параметров. Эти приборы обеспечивают создание эталонных воздействий, необходимых для проверки, настройки, калибровки и испытаний широкого спектра электронного оборудования. В условиях современного производства, научных исследований и метрологического контроля генераторы сигналов выполняют функцию источника воздействующих сигналов, без которого невозможно получить достоверные результаты измерений характеристик исследуемых устройств.

Основная задача генератора измерительных сигналов заключается в воспроизведении сигналов с нормированными метрологическими характеристиками. К таким характеристикам относятся частота, уровень выходного напряжения, коэффициент гармоник, неравномерность амплитудно-частотной характеристики и стабильность параметров во времени. Современные генераторы способны формировать не только классические синусоидальные, прямоугольные, треугольные и импульсные сигналы, но и сигналы произвольной формы, модулированные колебания, шумовые воздействия и гармонические составляющие.

В измерительной практике генератор сигналов всегда используется в паре с регистрирующим прибором — осциллографом, анализатором спектра, частотомером или мультиметром. Такая связка образует законченную измерительную систему, в которой генератор задаёт входное воздействие, а регистрирующий прибор фиксирует реакцию исследуемого объекта. От точности и стабильности параметров сигнала, воспроизводимого генератором, напрямую зависит достоверность полученных результатов.

Области применения генераторов измерительных сигналов чрезвычайно широки. Они используются при разработке и производстве радиоэлектронной аппаратуры, в телекоммуникационных системах, при испытаниях средств связи, в авиационной и космической промышленности, в энергетике, медицине и научных лабораториях. Особенно востребованы генераторы при проведении приёмо-сдаточных испытаний, периодического контроля метрологических характеристик измерительных приборов и при выполнении работ в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Важным преимуществом современных цифровых генераторов сигналов является применение технологии прямого цифрового синтеза. Этот метод позволяет достигать высокой точности установки частоты, низкого уровня фазовых шумов и возможности быстрого переключения между различными формами сигналов. Генераторы, построенные по такому принципу, обеспечивают разрешение по частоте до единиц микрогерц и допускают формирование сложных последовательностей сигналов, необходимых для имитации реальных условий работы аппаратуры.

В условиях, когда результаты измерений имеют юридическую значимость, к генераторам сигналов предъявляются особые требования. Приборы должны не только обладать высокими техническими характеристиками, но и быть включёнными в Государственный реестр средств измерений, а также проходить регулярную поверку. Только в этом случае сформированные ими сигналы могут служить основой для официальных заключений, протоколов испытаний и документов, используемых в регулируемых сферах деятельности.

Приобретите универсальный генератор сигналов произвольной формы RIGOL DG1022Z и обеспечьте точность измерений на долгие годы.

2. Понятие поверки и включения генераторов сигналов в Госреестр СИ

Поверка генератора сигналов — это совокупность операций, выполняемых с целью подтверждения соответствия средства измерений установленным метрологическим требованиям. Поверка проводится для того, чтобы удостовериться, что прибор способен воспроизводить сигналы с погрешностями, не превышающими значений, указанных в описании типа. Результаты поверки имеют юридическую силу и служат основанием для допуска средства измерений к применению в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений.

Включение генератора сигналов в Госреестр СИ означает, что тип данного средства измерений утверждён в установленном порядке. Утверждение типа предполагает проведение испытаний, в ходе которых определяются метрологические характеристики прибора, разрабатывается или выбирается методика поверки, устанавливается межповерочный интервал и оформляется описание типа. После утверждения типа сведения о генераторе вносятся в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений, и прибору присваивается регистрационный номер.

Генератор сигналов, внесённый в Госреестр СИ и прошедший поверку, приобретает статус поверенного средства измерений. Такой прибор может применяться для выполнения измерений, результаты которых используются при осуществлении деятельности в сферах, подлежащих государственному регулированию. К таким сферам относятся обеспечение безопасности, охрана окружающей среды, выполнение государственных учётов, осуществление торговых операций и другие виды деятельности, перечисленные в законодательстве.

Важно различать поверку и калибровку. Поверка носит обязательный характер для средств измерений, применяемых в регулируемой сфере, и выполняется аккредитованными организациями. Калибровка, напротив, является добровольной процедурой и применяется, как правило, для приборов, используемых вне сферы государственного регулирования. Для генераторов сигналов, предназначенных для официальных измерений, именно поверка является обязательным условием легитимности получаемых результатов.

Межповерочный интервал для генераторов сигналов устанавливается при утверждении типа и фиксируется в описании типа. Для большинства современных генераторов сигналов произвольной формы этот интервал составляет один год. По истечении межповерочного интервала прибор должен быть представлен на периодическую поверку. Использование генератора с истёкшим сроком поверки в регулируемой сфере не допускается и может повлечь юридические последствия.

Знак поверки наносится на корпус прибора или вносится в свидетельство о поверке. Наличие знака поверки и действующего свидетельства подтверждает, что генератор сигналов соответствует установленным требованиям и может применяться для формирования измерительных сигналов с нормированной точностью. Для генераторов серии DG900Pro, например, знак поверки размещается на боковой панели корпуса, а уникальный заводской номер — на задней панели.

3. Нормативно-правовая база поверки генераторов сигналов

Правовые основы поверки средств измерений, в том числе генераторов сигналов, закреплены в Федеральном законе от 26 июня 2008 года № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Статья 13 данного закона устанавливает, что средства измерений, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, до ввода в эксплуатацию подлежат первичной поверке, а в процессе эксплуатации, в том числе после ремонта, — периодической поверке.

Порядок проведения поверки средств измерений, требования к знаку поверки и содержанию свидетельства о поверке определены Приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 июля 2020 года № 2510. Этот документ регламентирует правила представления средств измерений на поверку, сроки выполнения работ, порядок оформления результатов и случаи проведения внеочередной поверки.

Передача единиц величин от государственных первичных эталонов к рабочим средствам измерений осуществляется в соответствии с государственными поверочными схемами. Для генераторов сигналов, формирующих сигналы по частоте и времени, применяется Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты, утверждённая Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 сентября 2022 года № 2360. Данная схема устанавливает порядок передачи единиц частоты и времени с указанием показателей точности для эталонов различных разрядов.

Для характеристик, связанных с уровнем выходного напряжения, используются следующие нормативные документы:

• Приказ Росстандарта от 18 августа 2023 года № 1706 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений переменного электрического напряжения до 1000 В в диапазоне частот от 1·10⁻¹ до 2·10⁹ Гц»;
• Приказ Росстандарта от 28 июля 2023 года № 1520 «Об утверждении государственной поверочной схемы для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы».

Эти документы обеспечивают прослеживаемость метрологических характеристик генераторов сигналов к государственным первичным эталонам. При проведении поверки должна быть обеспечена прослеживаемость поверяемых генераторов к соответствующим государственным первичным эталонам единиц величин.

Методика поверки конкретного типа генератора сигналов разрабатывается или выбирается при утверждении типа и входит в комплект документации, сопровождающей описание типа. Для генераторов серии DG900Pro методика поверки содержит перечень операций, выполняемых при первичной и периодической поверке, требования к эталонам и средствам измерений, используемым при поверке, а также критерии принятия решений о соответствии прибора установленным требованиям.

Рекомендуемые предельные значения интервалов между поверками средств измерений установлены Приказом Росстандарта от 2 июля 2019 года № 1502. Для генераторов сигналов значения межповерочных интервалов определяются индивидуально при утверждении типа с учётом конструкции прибора, стабильности его характеристик и условий эксплуатации.

4. Порядок проведения поверки генераторов сигналов

Поверка генераторов сигналов включает несколько обязательных этапов. Первым этапом является внешний осмотр. При внешнем осмотре проверяется отсутствие механических повреждений корпуса, разъёмов, органов управления, наличие и сохранность заводских пломб, соответствие комплектности и маркировки требованиям технической документации. Особое внимание уделяется состоянию разъёмов выходных каналов, разъёмов синхронизации и интерфейсов управления.

Вторым этапом является опробование. В ходе опробования проверяется работоспособность генератора во всех основных режимах: формирование синусоидального, прямоугольного, треугольного, импульсного сигналов, сигналов произвольной формы, работа модуляторов, частотомера (при наличии). На экране осциллографа или анализатора спектра должны наблюдаться сигналы без видимых искажений, соответствующие установленным параметрам.

Третий этап — определение метрологических характеристик. К основным операциям относятся:

• определение абсолютной или относительной погрешности установки частоты выходного сигнала;
• определение погрешности установки уровня (амплитуды) выходного сигнала;
• определение погрешности установки постоянного напряжения смещения;
• проверка неравномерности амплитудно-частотной характеристики;
• определение уровня гармонических искажений;
• проверка длительности фронта и спада импульсных сигналов;
• контроль параметров сигналов произвольной формы.

Для определения погрешности установки частоты выходной сигнал генератора или сигнал опорной частоты подаётся на вход эталонного частотомера. Измеренное значение сравнивается с установленным. Результаты считаются удовлетворительными, если полученная погрешность не превышает допускаемых пределов, указанных в описании типа. Для генераторов серии DG900Pro пределы допускаемой абсолютной погрешности установки частоты составляют ±1·10⁻⁶.

Погрешность установки уровня выходного сигнала определяется с помощью эталонного вольтметра или измерителя мощности. Измерения проводятся на нескольких частотах и при различных значениях амплитуды. Для синусоидального сигнала пределы допускаемой погрешности установки уровня для генераторов серии DG900Pro составляют ±(0,01·U_м + 0,002), где U_м — установленное значение размаха напряжения.

Поверка может быть первичной, периодической или внеочередной. Первичная поверка выполняется до ввода генератора в эксплуатацию, а также после ремонта. Периодическая поверка проводится через установленный межповерочный интервал. Внеочередная поверка выполняется в случаях повреждения знака поверки, утраты свидетельства о поверке, сомнений в исправности прибора или по инициативе владельца.

Результаты поверки оформляются свидетельством о поверке или записью в паспорте средства измерений. В свидетельстве указываются дата поверки, срок действия результатов поверки, номер свидетельства и сведения о поверителе. Срок действия результатов поверки исчисляется с даты проведения поверки и равен установленному межповерочному интервалу.

Генераторы сигналов, находящиеся на длительном хранении свыше одного межповерочного интервала, подвергаются периодической поверке только после окончания хранения перед вводом в эксплуатацию. Владелец прибора вправе представлять генератор на поверку чаще установленного интервала в добровольном порядке.

5. Основные метрологические характеристики генераторов измерительных сигналов

Метрологические характеристики генераторов сигналов определяют их пригодность для решения конкретных измерительных задач. К важнейшим характеристикам относятся диапазон частот, погрешность установки частоты, диапазон и погрешность установки амплитуды, неравномерность амплитудно-частотной характеристики, уровень гармонических искажений, длительность фронта импульсных сигналов и стабильность параметров.

Диапазон частот генератора сигналов зависит от модификации прибора и формы воспроизводимого сигнала. Для синусоидального сигнала верхняя граница частоты у современных генераторов может достигать сотен мегагерц. Для генераторов серии DG900Pro диапазон частот синусоидального сигнала составляет:

Для прямоугольного сигнала верхняя граница частоты, как правило, ниже, чем для синусоидального, и ограничивается требованиями к длительности фронта. Для треугольного и пилообразного сигналов диапазон частот ещё более узок из-за необходимости обеспечения линейности изменения напряжения.

Погрешность установки частоты является одной из наиболее критичных характеристик. В современных генераторах, построенных на принципе прямого цифрового синтеза, относительная погрешность установки частоты обычно находится в пределах от ±1·10⁻⁶ до ±2·10⁻⁶. Такая точность достигается за счёт использования высокостабильных опорных генераторов и цифровых методов синтеза частоты.

Погрешность установки амплитуды зависит от частоты сигнала и выбранного диапазона выходного напряжения. Типовые значения пределов допускаемой погрешности составляют единицы процентов от установленного значения плюс постоянная составляющая. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики характеризует изменение уровня сигнала при изменении частоты и обычно нормируется в децибелах относительно уровня на опорной частоте.

Уровень гармонических искажений определяет чистоту синусоидального сигнала. Для качественных генераторов уровень гармоник в диапазоне низких и средних частот не превышает −50…−55 дБн. С ростом частоты уровень гармоник, как правило, увеличивается. Для генераторов серии DG900Pro уровень гармонических искажений синусоидального сигнала составляет не более −55 дБн в диапазоне от 10 Гц до 10 МГц и не более −40 дБн в диапазоне от 50 МГц до 200 МГц.

Длительность фронта и спада прямоугольных и импульсных сигналов определяет возможность использования генератора для испытания быстродействующих цифровых схем. Для генераторов серии DG900Pro длительность фронта и спада сигнала прямоугольной формы не превышает 3,0 нс.

Стабильность параметров генератора во времени и при изменении температуры окружающей среды также относится к метрологически значимым характеристикам. Современные приборы обеспечивают высокую температурную стабильность частоты за счёт использования термокомпенсированных или термостатированных опорных генераторов. Для обеспечения требуемой точности в течение всего межповерочного интервала конструкция генератора должна минимизировать влияние внешних факторов и старения элементов.

Вертикальное разрешение цифро-аналогового преобразователя определяет точность воспроизведения формы сигнала. В генераторах серии DG900Pro применяется 16-битное разрешение, что позволяет формировать сигналы с высокой детализацией. Глубина памяти влияет на максимальную длительность воспроизводимого сигнала произвольной формы без повторения. Чем больше объём памяти, тем более сложные и продолжительные последовательности могут быть реализованы.

Число выходных каналов определяет возможности синхронизации и одновременного формирования нескольких независимых или связанных сигналов. Двухканальные генераторы позволяют задавать сдвиг фазы между каналами, что важно при испытаниях схем с дифференциальными входами и при исследовании фазовых характеристик.

6. Особенности современных генераторов сигналов с поверкой

Современные генераторы сигналов, включённые в Госреестр СИ, сочетают в себе высокие метрологические характеристики и широкие функциональные возможности. Они строятся на основе технологии прямого цифрового синтеза и способны работать в качестве функционального генератора, генератора произвольной формы, импульсного генератора, генератора гармоник, модулятора и частотомера.

Генераторы серии DG900Pro выпускаются в трёх модификациях, отличающихся верхней границей частотного диапазона. Приборы обеспечивают частоту дискретизации до 1,25 ГГц и позволяют формировать сигналы с низким уровнем нелинейных искажений. Конструктивно они выполнены в портативном корпусе настольного исполнения с жидкокристаллическим экраном, клавиатурой управления и полным набором интерфейсов для дистанционного управления.

К основным функциональным возможностям таких генераторов относятся:

• формирование стандартных сигналов (синусоидальный, прямоугольный, треугольный, импульсный, шумовой);
• генерация сигналов произвольной формы с возможностью загрузки пользовательских данных;
• аналоговая и цифровая модуляция (AM, FM, PM, ASK, FSK, PSK, PWM);
• генерация гармоник до высокого порядка;
• встроенный частотомер;
• синхронизация каналов и внешняя синхронизация;
• работа с внешней опорной частотой 10 МГц.

Генераторы серии DG1000Z также относятся к приборам, прошедшим процедуру утверждения типа. Они обеспечивают формирование сигналов в диапазоне частот до 60 МГц (в зависимости от модификации) и обладают технологией точного восстановления формы сигнала. Такие приборы удобны для лабораторных и производственных задач, где требуется сочетание точности и доступности.

Генераторы серии DG4000 представляют собой универсальные приборы, объединяющие функции функционального генератора и генератора сигналов произвольной формы. Они применяются в тех случаях, когда необходимы расширенные возможности по формированию сложных сигналов и модуляции.

Общей особенностью поверенных генераторов является наличие в описании типа чётко нормированных метрологических характеристик, методики поверки и установленного межповерочного интервала. Это позволяет пользователю заранее знать, с какой периодичностью прибор должен проходить поверку, и какие параметры будут контролироваться.

Важным преимуществом современных моделей является возможность дистанционного управления через интерфейсы USB, LAN и другие. Это позволяет включать генератор в автоматизированные измерительные комплексы и системы, где требуется программное управление параметрами сигнала и синхронизация с другими приборами.

7. Применение поверенных генераторов и юридическая значимость результатов измерений

Поверенный генератор сигналов, включённый в Госреестр СИ, может применяться для выполнения измерений, результаты которых имеют юридическую значимость. Это особенно важно в следующих случаях:

• проведение приёмо-сдаточных и периодических испытаний продукции;
• выполнение работ по контролю качества в регулируемых сферах;
• калибровка и поверка других средств измерений (в качестве рабочего эталона);
• проведение метрологической экспертизы;
• оформление протоколов измерений, используемых в судебных и административных процедурах;
• обеспечение единства измерений при государственных учётах и мониторинге.

Применение неповеренного генератора или прибора, не включённого в Госреестр СИ, в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений не допускается. Результаты таких измерений не могут использоваться в официальных документах и не имеют юридической силы.

В лабораторной практике поверенные генераторы применяются для проверки частотных и амплитудных характеристик усилителей, фильтров, преобразователей, радиоприёмных и передающих устройств. В производстве они используются на контрольно-измерительных постах для имитации входных сигналов и проверки функционирования готовых изделий.

В научных исследованиях генераторы сигналов с поверкой обеспечивают воспроизводимость экспериментов и сопоставимость результатов, полученных в разных лабораториях. Наличие прослеживаемости к государственным эталонам позволяет включать результаты измерений в отчёты и публикации, требующие подтверждения метрологической достоверности.

Юридическая значимость результатов измерений, выполненных с помощью поверенного генератора, подтверждается наличием действующего свидетельства о поверке и знака поверки. При возникновении спорных ситуаций или при проведении проверок контролирующими органами именно эти документы служат доказательством соответствия средства измерений установленным требованиям.

Использование генератора в качестве рабочего эталона при поверке или калибровке других средств измерений возможно только при условии, что его метрологические характеристики соответствуют требованиям государственной поверочной схемы для соответствующей величины. В этом случае генератор должен иметь действующую поверку и применяться в соответствии с методикой, предусматривающей его использование.

8. Рекомендации по выбору, эксплуатации и поддержанию метрологической исправности

При выборе генератора сигналов с поверкой следует учитывать несколько ключевых факторов. Прежде всего необходимо определить требуемый частотный диапазон, точность установки частоты и амплитуды, необходимые формы сигналов и виды модуляции. Важно также оценить необходимость двухканального исполнения, объём памяти для сигналов произвольной формы и наличие интерфейсов дистанционного управления.

Рекомендуется выбирать приборы, уже включённые в Госреестр СИ, с установленным межповерочным интервалом и утверждённой методикой поверки. Это избавляет от необходимости проведения дополнительных испытаний для целей утверждения типа и гарантирует возможность официальной поверки на протяжении всего срока службы.

При эксплуатации генератора сигналов следует соблюдать условия, указанные в руководстве по эксплуатации и описании типа. Типовые требования включают:

• температуру окружающей среды в диапазоне от +15 до +35 °C (или в соответствии с документацией);
• относительную влажность от 30 до 80 %;
• отсутствие сильных электромагнитных помех и вибраций;
• обеспечение надёжного заземления;
• использование согласованных нагрузок на выходных каналах;
• защиту от статического электричества.

Перед началом работы рекомендуется выполнить прогрев прибора в течение времени, указанного в руководстве. Это необходимо для стабилизации параметров опорного генератора и выходных каскадов. При длительном хранении генератор следует размещать в условиях, исключающих воздействие влаги, пыли и экстремальных температур.

Для поддержания метрологической исправности необходимо своевременно представлять прибор на периодическую поверку. Рекомендуется планировать поверку заранее, чтобы избежать перерывов в работе. В случае ремонта генератора обязательна первичная (или периодическая — в соответствии с действующими нормами) поверка перед повторным вводом в эксплуатацию.

Следует регулярно контролировать состояние разъёмов, кабелей и органов управления. Повреждение выходных разъёмов или нарушение экранирования соединительных кабелей может привести к ухудшению метрологических характеристик и выходу параметров за допускаемые пределы.

При работе с сигналами произвольной формы важно использовать корректные файлы данных и проверять соответствие загруженных сигналов установленным требованиям. Ошибки в описании формы сигнала могут привести к искажению результатов измерений даже при исправном генераторе.

Рекомендуется вести учёт результатов поверок и фиксировать даты следующей поверки. Это позволяет своевременно планировать метрологическое обслуживание и избегать использования прибора с истёкшим сроком действия результатов поверки.

Выбор генератора сигналов с поверкой и включением в Госреестр СИ обеспечивает не только технические преимущества, но и правовую защищённость результатов измерений. Такой подход позволяет уверенно применять прибор в регулируемых сферах и гарантирует соответствие требованиям законодательства об обеспечении единства измерений.

При необходимости приобретения генератора сигналов, соответствующего указанным требованиям, рекомендуется обратить внимание на актуальные предложения. Можно купить подходящий прибор с учётом требуемых технических характеристик и срока поверки. Актуальная цена зависит от модификации, комплектации и условий поставки. Правильный выбор обеспечит надёжную работу в течение всего срока эксплуатации и соответствие метрологическим нормам.

Материал подготовил технический директор НПП «КИПОФФ» Березин Александр Сергеевич