Y comparación de los resultados
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28/06/22 Company LOGO Y comparación de los resultados Calibración de Calibración de Cronómetros Cronómetros Ing. Raúl F. Solís B. CENAMEP AIP
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Calibración de Cronómetros. Ing. Raúl F. Solís B. CENAMEP AIP. Y comparación de los resultados. Cronómetros. El objetivo de esta presentación es mostrarles 3 diferentes métodos de calibración y, después de ello, poder conversar acerca de una comparación de cronómetros. Cronómetros. - PowerPoint PPT Presentation
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22/04/23
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Y comparación de los resultados
Calibración de Calibración de CronómetrosCronómetros
Ing. Raúl F. Solís B.CENAMEP AIP
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CronómetrosCronómetros
El objetivo de esta presentación es mostrarles 3 diferentes métodos de calibración y, después de ello, poder conversar acerca de una comparación de cronómetros
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CronómetrosCronómetros
Que es un cronómetroTres ejemplos de métodos de
calibración distintosComparación de sus resultados
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CronómetrosCronómetros
Los cronómetros son instrumentos utilizados para medir el tiempo entre el inicio y final de un evento
Están compuestos por una base de tiempo (regularmente cuarzo), un microcontrolador, botones de control (inicio, parada y modo) y una pantalla
Pueden medir intervalos de tiempo desde 0,01 s (también los hay de 0,001 s) hasta 24 horas
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CalibraciónCalibración
El objetivo de la calibración es saber siempre el error en registrar el tiempo, y la estabilidad de su oscilador
Tenemos diferentes métodos para conocer estos parámetros, pero siempre el objetivo final es conocer las características de la base de tiempo
El método que se utiliza para realizar la calibración, limita la profundidad con que deseamos conocer las características del oscilador
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CalibraciónCalibración
Un cronómetro puede calibrarse basados en: El error de tiempo adquirido en
determinado intervalo de tiempo La frecuencia de oscilación de su base
de tiempo• Frecuencia obtenida directamente de su
oscilador de cuarzo• La frecuencia obtenida de la frecuencia de
actualización de la pantalla
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CalibraciónCalibración
Los métodos explicados van a ser los siguiente: Método de calibración manual Método de video cámara Método de calibración por frecuencia
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CalibraciónCalibración
En el método manual, la principal fuente de variabilidad es de parte del metrólogo
Para disminuir el peso de esa variabilidad en la calibración, es necesario no adquirir los datos con tiempos de separación menores a 10 segundos
A causa de la variabilidad introducida por el metrólogo, es necesario extender la duración de la calibración por varios días para conocer realmente el error de tiempo
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CalibraciónCalibración
El método manual requiere de lo siguiente El patrón de referencia Una tarjeta procesadora de tiempo y frecuencia Computadora y programas de control La calibración requiere de 3 o más días para
registrar el error generado por la base de tiempo
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CalibraciónCalibración
Los principales factores que limitan la exactitud del método son Eventos de inicio y parada La habilidad del metrólogo (agilidad, tiempo de
reacción, repetibilidad, etc.) Resolución del sistema de referencia Resolución del cronometro
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CalibraciónCalibración
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CalibraciónCalibración
Si utilizamos este método para calibrar un cronómetro, podemos obtener lo siguiente: Día 1, corrimiento = 0.13 s Día 2, corrimiento = -0.16 s Día 3, corrimiento = -0.45 s
El error de tiempo en un día es de -0.29 s (-3.36×10-6)
El resultado de la estimación de la incertidumbre de calibración sería 4×10-6
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CalibraciónCalibración
El método de la video cámara reduce la variabilidad introducida por el metrólogo en el proceso de calibración
Permite la automatización del proceso de calibración (permite más tiempo a los metrólogos para dedicarle a otros trabajos, o a realizar más calibraciones
Necesita un poco más de equipamiento que el método manual, pero tiene una buena razón costo/beneficio su implementación
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CalibraciónCalibración
Para realizar este método se requiere de lo siguiente: Una cámara de video con velocidad de
captura de 30 FPS o más (entre más FPS mejor se captura la transición de los números)
Computadora y programas de control El patrón de referencia Un contador de tiempo de referencia Dos o más días registrando
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CalibraciónCalibración
Time and Frequency Standard
09:55:33 565
Object Under test
10 MHz1 PPS
Data cable
09:55:33
Standard time Camera
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CalibraciónCalibración
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CalibraciónCalibración
Los principales factores que limitan este método de calibración son los siguientes: El evento de inicio y parada
(especialmente para inicializar el conteo) La resolución del sistema de captura (la
capacidad de la cámara para adquirir las imágenes en transiciones de 0.01 ó 0.001 segundos)
La resolución del cronómetro
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CalibraciónCalibración
Si utilizamos este método para calibrar un cronómetro, podemos obtener lo siguiente: Día 1, corrimiento = 0.10 s Día 2, corrimiento = -0.26 s Día 3, corrimiento = -0.53 s
El error de tiempo en un día es de -0.31 s (-3.65×10-6)
El resultado de la estimación de la incertidumbre de calibración sería 9.3×10-6
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CalibraciónCalibración
El método de calibración por frecuencia utiliza las señales irradiadas (generalmente pulsantes) por la actualización de la pantalla del cronómetro digital, la cual es proporcional en una división de 2N a la frecuencia de la base de tiempo del cronómetro
En este método, la variabilidad del operador es imperceptible
Como es una medición directa de frecuencia, el tiempo total utilizado para realizar la calibración no es más allá de un par de horas
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CalibraciónCalibración
Este método de calibración requiere de lo siguiente: Una caja metálica (pequeña jaula de Faraday) Una antena Un circuido acondicionador de la señal
(amplificador, filtros, etc) Un contador de frecuencia El patrón de referencia Computadora y programas de control Mediciones por una hora o más
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CalibraciónCalibración
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CalibraciónCalibración
Los principales factores que limitan la exactitud de este método son los siguientes: La resolución del contador de frecuencia (este
es un método me dedición directa de frecuencia de un oscilador de cuarzo)
La estabilidad del patrón de referencia
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CalibraciónCalibración
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CalibraciónCalibración
Si utilizamos este método de calibración para calibrar un cronómetro, obtendremos lo siguiente: El desvío de frecuencia es de -4.693×10-6
La incertidumbre de calibración es cerca de 3.35×10-7 (usando la AVAR con t = 1 s)
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ResultadosResultados
Método de calibración manual Desvío de frecuencia = -3.36×10-6 (en 24 horas) Incertidumbre relativa = 4×10-6 (en 24 horas)
Método de video cámara Desvío de frecuencia = -3.65×10-6 (en 24 horas) Incertidumbre relativa = 9.3×10-6 (en 24 horas)
Método de captura de frecuencia Desvío de frecuencia = -4.693×10-6 (en 1 horas) Incertidumbre relativa = 3.35×10-7 (en 1 hora)
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Razones de realizar una Razones de realizar una comparacióncomparación
Realizar una comparación de los resultados de los diferentes métodos de calibración permite el conocer las capacidades de calibración del laboratorio con respecto unos a otros
Da confianza al método de calibración empleado
Permite que un nuevo método de calibración desarrollado por el laboratorio sea validado
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ComparaciónComparación
La comparación fue propuesta en el encuentro de Tiempo y Frecuencia en Argentina en el 2008
Inicialmente la comparación fue planeada para 4 laboratorios, pero en la actualidad son cerca de 10 laboratorios los incluidos en la comparación
Por que son diferentes métodos de calibración, se puso de acuerdo de que fuera una comparación abierta a diferentes métodos de calibración
La única restricción es no abrir el cronómetro
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ComparaciónComparación
No hay que preocuparse porque este sea un ejercicio oficial, ya que en el área de tiempo y frecuencia las comparaciones necesarias para publicar la CMC son los métodos de vista común
El objetivo de este ejercicio es el conocer las capacidades del laboratorio para calibrar cronómetros
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ComparaciónComparación
Hablemos de sus preguntas acerca de cómo se desea llevar este ejercicio
Se deberá pensar en realizar una guía SIM para T&F para realizar calibraciones de cronómetros (y también otros procedimientos para realizar calibraciones de tiempo y frecuencia en la región SIM) que pueda usarse por laboratorios de T&F que estén empezando
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And a eventual comparison of the results
StopwatchesStopwatches calibrationcalibration
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StopwatchesStopwatches
The objective of this presentation, is to show you 3 different calibration methods and after this, we can talk about the stopwatches comparison
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StopwatchesStopwatches
What is a stopwatchCalibration methods and 3 examplesResults and their comparison
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StopwatchesStopwatches
The stopwatches are instruments that can be use to measure the time elapsed between the start and stop event
They are composed of one time base (quartz), one microcontroller, control buttons (start, stop and mode) and one display
They can measure from 0,01 s (or 0,001 s) to 24 h
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CalibrationCalibration
The calibration is based on knowing the time error and its stability
We have many different ways to know these parameters, but the main objective is calibrate their time base
The method used can limit the capacity to know these parameters
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CalibrationCalibration
One stopwatch can be calibrate by The time error in a determinate time The time base frequency
• Directly obtained for his quartz oscillator
• The frequency obtained by the display refresh
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CalibrationCalibration
The 3 method explained are: Manual calibration method Video camera method Frequency calibration method
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CalibrationCalibration
In the manual method, the main source of variability is the human reaction time of the metrologist
To lower this variability, we need to take the data with times no lower than 10 seconds
Because of the variability introduced by the operator, is necessary to extend the duration of the calibration for many days to know the true time error
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CalibrationCalibration
The manual method require Your standard Time & frequency processing card Computer and control software The calibration can require 3 or more days to
register the time error generated from the time base
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CalibrationCalibration
The main factors that limit the accuracy of the method are: Start / Stop event Operator ability (reaction, repeatability, etc.) Resolution of the system Resolution of the chronometer
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CalibrationCalibration
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CalibrationCalibration
If we used this method to calibrate an stopwatch, we obtain this: Day 1, offset = 0.13 s Day 2, offset = -0.16 s Day 3, offset = -0.45 s
The time error in one day is -0.29 s (-3.36×10-6)
The uncertainty of this calibration is 4×10-6
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CalibrationCalibration
The video camera method reduces the variability from the operator in the calibration and the uncertainty
Permit the automation of the calibration (more time to the metrologist to dedicate to other works, no only calibrations, or maybe, more calibrations…)
Need a little more equipment, but this method has a good cost/benefit ratio
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CalibrationCalibration
This method required: Video cam with 30 fps or more Computer and control software Reference standard Reference time counter 2 or more days of data collection
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CalibrationCalibration
Time and Frequency Standard
09:55:33 565
Object Under test
10 MHz1 PPS
Data cable
09:55:33
Standard time Camera
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CalibrationCalibration
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CalibrationCalibration
The main factors that limit the accuracy of the method are: Start or Stop event (the initialization of the
count) Resolution of the system (the capacity of the
camera to acquire the images in 0.01 or 0.001 seconds)
Resolution of the stopwatch
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CalibrationCalibration
If we used this method to calibrate an chronometer, we obtain this: Day 1, offset = 0.10 s Day 2, offset = -0.26 s Day 3, offset = -0.53 s
The time error in one day is -0.31 s (-3.65×10-6)
The uncertainty of this calibration is 9.3×10-7
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CalibrationCalibration
The frequency calibration use the signals generated by the refresh of the display of the digital stopwatch to obtain the frequency based in the frequency generated by the time base
In this method, the variability from the operator is almost null
Because this is an direct frequency measurement, the total time used to make the calibration is no more that a couple of hour
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CalibrationCalibration
This calibration method required: A little Faraday cage Antenna Amplifier circuit Frequency counter Your standard Computer and control software Measurements for one hour or more
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CalibrationCalibration
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CalibrationCalibration
The main factors that limit the accuracy of this method are: The resolution of the counter (this is a direct
frequency measurement of a quartz oscillator frequency)
The stability of your standard
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CalibrationCalibration
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CalibrationCalibration
If we used this method to calibrate an stopwatch, we obtain this: The frequency offset is -4.693×10-6
The uncertainty of this calibration is around of 3.35×10-7 (using AVAR with t = 1 s)
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ResultsResults
Manual method Frequency deviation = -3.36×10-6 (in 24 hours) Relative Uncertainty = 4×10-6 (in 24 hours)
Video camera method Frequency deviation = -3.65×10-4 (in 24 hours) Relative Uncertainty = 9.3×10-7 (in 24 hours)
Frequency method Frequency deviation = -4.693×10-6 (in 1 hour) Relative Uncertainty = 3.35×10-7 (in 1 hour)
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Why comparisons exerciseWhy comparisons exercise
Comparing the calibration results allows us to compare the laboratorie’s calibration capabilities to each other
Gives confidence in the used calibration methods
Allows new calibration methods developed in the lab to be validated
22/04/23
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ComparisonComparison
The comparison was proposed in the Time and Frequency meeting in Argentina, in 2008
Initially, the comparison was planed for 4 laboratories, but actually are 10 laboratories inscribed in the comparison
Because of the different method, was agree for a open calibration methods comparison
The unique restriction is to not open the stopwatch
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ComparisonComparison
Don’t worry about this exercise as an official regional comparison, in the time and frequency area the comparison used to publish a CMC are the common view methods
The objective of this exercise is to know the capacity of the laboratory to calibrate a stopwatch
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ComparisonComparison
Let’s talk to your questions and how you want to make this exercise
And think about make an SIM T&F calibration procedure to calibrate stopwatches (and another calibration methods used in time and frequency labs in SIM region) that be used by starting T&F labs
