中华人民共和国国家计量技术规范
JJF2199—2025
数字式时钟校准规范
CalibrationSpecificationforDigitalClocks
2025-02-08发布2025-08-08实施
国家市场监督管理总局 发布
归口单位:全国时间频率计量技术委员会
主要起草单位:湖南省计量检测研究院
贵州省计量测试院
参加起草单位:河南省计量测试科学研究院
长沙天穹电子科技有限公司
本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释
本规范主要起草人:
徐 昱(湖南省计量检测研究院)
张 宇(贵州省计量测试院)
龙 波(贵州省计量测试院)
参加起草人:
郑开放(河南省计量测试科学研究院)
李银轩(湖南省计量检测研究院)
胡 浩(湖南省计量检测研究院)
单庆晓(长沙天穹电子科技有限公司)
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目 录
引言……………………………………………………………………………………… (Ⅱ)
1 范围…………………………………………………………………………………… (1)
2 引用文件……………………………………………………………………………… (1)
3 概述…………………………………………………………………………………… (1)
4 计量特性……………………………………………………………………………… (1)
4.1 显示时刻误差……………………………………………………………………… (1)
4.2 1PPS时间偏差…………………………………………………………………… (2)
4.3 相对频率偏差……………………………………………………………………… (2)
4.4 日差………………………………………………………………………………… (2)
5 校准条件……………………………………………………………………………… (2)
5.1 环境条件…………………………………………………………………………… (2)
5.2 测量标准及其他设备……………………………………………………………… (2)
6 校准项目和校准方法………………………………………………………………… (3)
6.1 校准项目…………………………………………………………………………… (3)
6.2 校准方法…………………………………………………………………………… (3)
7 校准结果表达………………………………………………………………………… (4)
8 复校时间间隔………………………………………………………………………… (5)
附录A 不确定度评定示例…………………………………………………………… (6)
附录B 校准原始记录格式…………………………………………………………… (11)
附录C 校准证书内页格式…………………………………………………………… (12)
Ⅰ
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引 言
JJF1071—2010 《国家计量校准规范编写规则》、JJF1001—2011 《通用计量术语及
定义》和JJF1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范编制工作
的基础性系列规范。
本规范为首次发布。
Ⅱ
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数字式时钟校准规范
1 范围
本规范适用于数字式时钟的校准,也适用于其他以数字形式显示时间信息装置的
校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件:
JJF1984 电子测量仪器内石英晶体振荡器校准规范
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 概述
数字式时钟是以数字形式显示时间信息的装置,广泛应用于医疗、交通、公安、教
育、电力等领域。数字式时钟主要由时间同步单元、控制单元、显示单元和主振器等模
块组成,其基本工作原理框图如图1所示。控制单元接收时间同步单元的同步信号对本
地时间进行同步,将同步后的时间输出至显示单元进行显示;时间同步单元未接收到外
部同步信号时,数字式时钟的本地时间由主振器保持。
数字式时钟按时间同步方式可分为自主运行型和授时型。授时型数字式时钟通过网
络(含有线、无线、通信基站)、全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatellite
System,GNSS)、总线或电波等方式进行时间同步。
图1 数字式时钟工作原理框图
4 计量特性
4.1 显示时刻误差
显示时刻误差见表1。
1
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表1 显示时刻误差
被校数字式时钟分辨力最大允许误差
1min ±3s
1s ±3s
0.1s ±1s
0.01s ±0.1s
4.2 1PPS时间偏差
优于±20μs。
4.3 相对频率偏差
± (1×10-5~1×10-10)。
4.4 日差
优于±4s。
注:以上指标不用于合格性判别,仅供参考。
5 校准条件
5.1 环境条件
a)温度:(-25~40)℃;
b)相对湿度:≤90%;
c)供电电源:(220±22)V,(50±1)Hz;
d)周围无明显影响测量的电磁干扰和机械振动。
5.2 测量标准及其他设备
5.2.1 标准数字时钟
具备1PPS信号输出,时间偏差优于被校数字式时钟一个数量级,或可外接参考
时标。
显示分辨力优于被校数字式时钟一个数量级。
5.2.2 参考时标
时间偏差优于被校数字式时钟一个数量级。
具备1PPS信号输出。
5.2.3 参考频标
输出频率为1MHz、5MHz、10MHz。
相对频率偏差优于被校数字式时钟一个数量级。
5.2.4 时间间隔测量仪
时间间隔测量范围:1ns~1s。
频率测量范围:10Hz~100MHz。
时间间隔测量最大允许误差:± (A ×t+δ),A 为内置时基相对频率偏差,t 为
被测时间间隔,δ 为有效分辨力。
2
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相对频率偏差优于被校数字式时钟一个数量级,或可外接参考频标。
5.2.5 其他设备
高速摄像机拍摄帧率应符合表2要求。
表2 高速摄像机拍摄帧率
被校数字式时钟分辨力高速摄像机拍摄帧率
1min 优于30帧/s
1s 优于30帧/s
0.1s 优于200帧/s
0.01s 优于2000帧/s
6 校准项目和校准方法
6.1 校准项目
表3 数字式时钟校准项目一览表
序号校准项目
1 外观及工作正常性检查
2 显示时刻误差
3 1PPS时间偏差
4 相对频率偏差
5 日差
6.2 校准方法
6.2.1 外观及工作正常性检查
目测被校数字式时钟外观,无影响正常工作的机械损伤,仪器名称、型号、制造单
位、出厂编号及输入输出接口标识应完整清晰。通电后,仪器按键、开关灵活可靠,应
能正常显示时刻信息。
6.2.2 显示时刻误差
先将标准数字时钟的时间同步,并根据标准数字时钟显示分辨力合理设置高速摄像
机拍摄帧率,拍摄录制包含被校数字式时钟末位跳变时刻与标准时间的清晰视频,通过
回放软件查找被校数字式时钟末位跳变时的1帧图像,该图像中被校数字式时钟与标准
数字时钟的时间均能清晰显示,分别读出图像中被校数字式时钟和标准数字时钟的时刻
信息,按式(1)计算显示时刻误差。
ΔT =tx-t0 (1)
式中:
ΔT ———显示时刻误差,s;
tx———被校数字式时钟显示时刻;
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t0———标准数字时钟显示时刻。
6.2.3 1PPS时间偏差
按图2连接仪器,被校数字式时钟进行时间同步后,设置时间间隔测量仪通道1、
2的触发电平为信号幅度的50%,由时间间隔测量仪测得被校数字式时钟与标准数字时
钟1PPS的时间偏差ΔTA。
图2 1PPS时间偏差校准示意图
a)若标准数字时钟的秒先跳变,则被校数字式时钟的时间偏差ΔT1PPS=ΔTA;若
被校数字式时钟的秒先跳变,则被校数字式时钟的时间偏差ΔT1PPS=- (1s-ΔTA)。
b)若无法分辨出秒跳变先后顺序,且ΔTA≤0.5s (ΔTA 接近0s),则被校数字
式时钟的时间偏差ΔT1PPS=ΔTA;若ΔTA>0.5s (ΔTA 接近1s),则被校数字式时钟
的时间偏差ΔT1PPS=- (1s-ΔTA)。
重复测量ΔT1PPS3次,取算术平均值作为被校数字式时钟的1PPS时间偏差。
注:仅具备1PPS输出的数字式时钟需要进行1PPS时间偏差的校准。
6.2.4 相对频率偏差
断开被校数字式时钟时间同步接口后再开机,并达到仪器说明书规定的预热时间,
相对频率偏差按JJF1984进行校准。
注:仅具备频率信号输出的数字式时钟需要进行相对频率偏差的校准。
6.2.5 日差
a)方法一
根据6.2.4的校准方法得到被校数字式时钟的相对频率偏差,按式(2)计算日差。
ΔD =86400s×y(τ) (2)
式中:
ΔD ———日差,s。
y(τ)———相对频率偏差。
b)方法二
根据6.2.2的校准方法得到被校数字式时钟的显示时刻误差ΔTa,相隔24h后按
6.2.2的校准方法再次得到被校数字式时钟的显示时刻误差ΔTb,按式(3)计算日差。
ΔD =ΔTb-ΔTa (3)
注:仅自主运行型数字式时钟需要进行日差的校准。
7 校准结果表达
校准证书应至少包括以下内容:
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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声明;
p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。
8 复校时间间隔
建议复校时间间隔为12个月。送校单位也可根据实际使用情况自主决定复校时间
间隔。
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附录A
不确定度评定示例
A.1 数字式时钟显示时刻误差测量结果不确定度评定
A.1.1 校准条件
环境条件:温度(21.0±2)℃,相对湿度60%~80%;
测量标准及其他设备:标准数字时钟、高速摄像机。
A.1.2 校准方法
参照6.2.2的方法校准显示分辨力为1s的数字式时钟。
A.1.3 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
1)标准数字时钟时间偏差引入的不确定度;
2)测量重复性引入的不确定度;
3)拍摄帧率引入的不确定度。
A.1.4 标准不确定度评定
1)标准数字时钟时间偏差引入的标准不确定度u1
标准数字时钟时间偏差引入的不确定度按B类方法评定,与标准时间的时间偏差
不确定度为44ns (k=2),则:
u1=44ns
2 =22ns (A.1)
2)测量重复性引入的标准不确定度u2
对被校数字式时钟连续测量10次,测量结果如表A.1所示。
表A.1 显示时刻误差测量结果
测量序号n=10 1 2 3 4 5
测量结果/s -0.222 -0.222 -0.223 -0.222 -0.222
测量序号n=10 6 7 8 9 10
测量结果/s -0.222 -0.222 -0.222 -0.222 -0.222
用贝塞尔法计算实验标准偏差为:
s(tx)=0.32ms (A.2)
故测量重复性引入的标准不确定度为:
u2=s(tx)=0.32ms (A.3)
3)高速摄像机拍摄帧率引入的标准不确定度u3
高速摄像机拍摄帧率设置为每秒2134帧,每帧图像0.47ms,区间半宽度a=
0.235ms,视其为均匀分布,包含因子k= 3,则:
u3=0.235ms
3 ≈0.14ms (A.4)
6
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A.1.5 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表A.2。
表A.2 标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号标准不确定度
标准数字时钟时间偏差u1 22ns
测量重复性u2 0.32ms
高速摄像机拍摄帧率u3 0.14ms
以上各输入量的不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22+u23 ≈0.35ms (A.5)
A.1.6 扩展不确定度
U =kuc,取包含因子k=2,则被校数字式时钟显示时刻误差的扩展不确定度为:
U =2×0.35ms≈1ms (A.6)
A.2 数字式时钟相对频率偏差测量结果不确定度评定
A.2.1 校准条件
环境条件:温度21.0℃,相对湿度65%;
测量标准:时间间隔测量仪、铷原子频率标准。
A.2.2 校准方法
参照6.2.4的方法校准显示分辨力为1s的数字式时钟。
A.2.3 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
1)参考频标输出频率不准确引入的不确定度;
2)参考频标输出频率不稳定引入的不确定度;
3)测量重复性引入的不确定度。
A.2.4 标准不确定度评定
1)参考频标输出频率不准确引入的标准不确定度u1
铷原子频率标准相对频率偏差为±5×10-11,按B类方法评定,区间半宽度a=5×
10-11,视其为均匀分布,包含因子k= 3,则:
u1=a
k =5×10-11
3 ≈2.89×10-11 (A.7)
2)参考频标输出频率不稳定引入的标准不确定度u2
铷原子频率标准经量值溯源,证书上给出在取样时间τ=10s时频率稳定度测量值
为3.0×10-12,则:
u2=3.0×10-12 (A.8)
3)测量重复性引入的标准不确定度u3
在相同环境条件下,对被校数字式时钟的相对频率偏差重复测量10次,用贝塞尔
法计算实验标准偏差。重复性测量数据见表A.3。
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表A.3 重复性测量数据
测量序号n=10 相对频率偏差ΔTA
1 4.68×10-8
2 4.52×10-8
3 4.86×10-8
4 4.72×10-8
5 4.46×10-8
6 4.88×10-8
7 4.62×10-8
8 4.48×10-8
9 4.66×10-8
10 4.52×10-8
实验标准偏差:
s(yτ)≈1.50×10-9 (A.9)
标准不确定度:
u3=s(yτ)≈1.50×10-9 (A.10)
A.2.5 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表A.4。
表A.4 标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号标准不确定度
参考频标输出频率不准确u1 2.89×10-11
参考频标输出频率不稳定u2 3.0×10-12
测量重复性u3 1.50×10-9
以上各输入量的不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22+u23 =1.5×10-9 (A.11)
A.2.6 扩展不确定度
U =kuc,取包含因子k=2,由此得到被校数字式时钟相对频率偏差(10MHz)的
扩展不确定度为:
U =2×1.5×10-9=3.0×10-9 (A.12)
A.3 数字式时钟1PPS时间偏差校准结果不确定度评定
A.3.1 校准条件
环境条件:温度21.0℃,相对湿度65%;
测量标准:标准数字时钟、铷原子频率标准、时间间隔测量仪。
A.3.2 校准方法
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参照6.2.3的方法校准显示分辨力为1s的数字式时钟。
A.3.3 不确定度来源
测量不确定度主要来源包括:
1)参考频标输出频率不准确引入的不确定度;
2)标准数字时钟时间偏差引入的不确定度;
3)测量重复性引入的不确定度。
A.3.4 标准不确定度评定
1)参考频标输出频率不准确引入的标准不确定度u1
铷原子频率标准相对频率偏差为±5×10-11,按B类方法评定,区间半宽度a=5×
10-11×1s=50ps,视其为均匀分布,包含因子k= 3,则:
u1=a
k =50ps
3 ≈28.87ps (A.13)
2)标准数字时钟时间偏差引入的标准不确定度u2
标准数字时钟时间偏差引入的不确定度按B类方法评定,与标准时间的时间偏差
不确定度为44ns (k=2),则:
u2=44ns
2 =22ns (A.14)
3)测量重复性引入的标准不确定度u3
在相同环境条件下,对被校数字式时钟的时间偏差重复测量10次,用贝塞尔法计
算实验标准偏差。重复性测量数据见表A.5。
表A.5 重复性测量数据
测量序号n 时间偏差ΔTA/μs
1 5.851
2 5.836
3 5.834
4 5.843
5 5.870
6 5.868
7 5.853
8 5.808
9 5.803
10 5.836
实验标准偏差:
s(ΔTA)=23ns (A.15)
由于1PPS时间偏差是3次测量结果的平均值,故标准不确定度:
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u3=s(ΔTA)
3 ≈13.3ns (A.16)
A.3.5 合成标准不确定度
标准不确定度汇总见表A.6。
表A.6 标准不确定度汇总表
不确定度来源标准不确定度符号标准不确定度
参考频标输出频率不准确u1 28.87ps
标准数字时钟时间偏差u2 22ns
测量重复性u3 13.3ns
以上各输入量的不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:
uc= u21+u22+u23 ≈25.71ns (A.17)
A.3.6 扩展不确定度
U =kuc,取包含因子k=2,由此得到被校数字式时钟1PPS时间偏差的扩展不确
定度为:
U =2×25.71ns≈52ns (A.18)
A.4 数字式时钟日差校准结果不确定度评定
A.4.1 方法一
根据6.2.4的校准方法得到被校数字式时钟的相对频率偏差,再乘以86400s得到
日差。因此方法一测量的日差扩展不确定度为被校数字式时钟相对频率偏差的扩展不确
定度乘以86400s,即U =3.0×10-9×86400s≈1ms,k=2。
A.4.2 方法二
根据6.2.2的校准方法得到被校数字式时钟的显示时刻误差ΔTa,相隔24h后按
6.2.2的校准方法再次得到被校数字式时钟的显示时刻误差ΔTb,按式(A.19)计算
日差。
ΔD =ΔTb-ΔTa (A.19)
由于方法二间隔24h对显示时刻误差进行了2次测量,每次测量引入的不确定度
分量相同,且输入量的不确定度间强正相关,合成标准不确定度是各不确定度分量的代
数和。因此方法二测量的日差扩展不确定度为被校数字式时钟显示时刻误差的扩展不确
定度乘以2,即U =1ms×2=2ms,k=2。
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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附录B
校准原始记录格式
第 页 共 页
B.1 外观及工作正常性检查:
B.2 显示时刻误差:
数字式时钟显示时刻标准数字时钟显示时刻显示时刻误差不确定度U (k=2)
B.3 1PPS时间偏差:
实测值实测平均值不确定度U (k=2)
B.4 相对频率偏差:
相对频率偏差取样时间/s 不确定度U (k=2)
B.5 日差:
日差不确定度U (k=2)
校准员: 核验员: 日期: 年 月 日
11
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附录C
校准证书内页格式
证书编号××××××-××××
校准机构授权说明:
校准环境条件及地点:
温 度℃ 地 点
相对湿度% 其 他
校准所依据的技术文件(代号、名称):
校准所使用的主要测量标准:
名 称测量范围
不确定度/准确
度等级
证书编号
证书有效期至
(YYYY-MM-DD)
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证书编号××××××-××××
校准结果
1外观及工作正常性检查:
2显示时刻误差:
数字式时钟显示时刻标准数字时钟显示时刻显示时刻误差不确定度U (k=2)
31PPS时间偏差:
实测值实测平均值不确定度U (k=2)
4相对频率偏差:
相对频率偏差取样时间/s 不确定度U (k=2)
5日差:
日差不确定度U (k=2)
以下空白
说明:
根 据客户要求和校准文件的规定,通常情况下个月校准一次。
声明:
1仅对加盖“×××××校准专用章”的完整证书负责。
2本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。
第×页 共×页
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