Метод Указ к лаб раб по МСС 2010. Методические указания к лабораторным работам по мсс. Электронная версия 2010г порядок выполнения лаб работ
 Скачать 0.94 Mb.
|
5. ИССЛЕДОВАНИЕ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Характеристики | Нормируемые значения |
| Режимы измерения: | |
| Диапазон измеряемых частот в режиме измерения частоты, Гц | |
| Пределы установки времени измерения t0, с | |
| Пределы установки периода меток времени Т0, мкс | |
| Основная относительная погрешность частоты внутреннего опорного генератора, 0 | |
| Основная относительная погрешность измерения частоты f | |
| Основная относительная погрешность измерения периода синусоидального сигнала, Т | |
2. Проверка работы цифрового частотомера
в режиме самоконтроля
Включить режим самоконтроля; переключатель Время измерения установить на указанные в табл. 5.2 значения времени измерения t0 на каждой проверяемой частоте и записать показания цифрового индикатора в соответствующие строки табл. 5.2.
Проанализировать полученные данные, сделать вывод по результатам проверки.
Таблица 5.2
Результаты проверки работы частотомера в режиме самоконтроля
| Частота (период) меток времени, кГц (с) | Показания частотомера, кГц при t0, с | ||
| 0,01 | 0,1 | 1,0 | |
| 100 (10–5) | | | |
| 1000 (10–6) | | | |
| 10000 (10–7) | | | |
Указание. При записи показаний следует фиксировать все значащие цифры результата измерения, включая нули.
3. Исследование зависимости показаний
и погрешности частотомера от времени измерения
в режиме измерения частоты
3.1. Взять за основу формулу, с помощью которой нормируется основная относительная погрешность частотомера в режиме измерения частоты и рассчитать (при домашней подготовке к работе) составляющие абсолютной погрешности цифрового частотомера:
- погрешность, обусловленную погрешностью установки частоты опорного (кварцевого) генератора:
0 = 0fx;
- погрешность квантования:
- суммарную абсолютную погрешность частотомера f = (0 + кв).
Расчет выполнить для четырех значений времени измерения t0, указанных в табл. 5.3, и выбранного по требованиям раздела «Подготовка к работе» значения измеряемой частоты fx в диапазоне 100 - 200 кГц.
Значение основной относительной погрешности 0 опорного генератора с кварцевой стабилизацией взять из метрологических характеристик частотомера Ч3-33.
Расчетные значения погрешностей следует округлить до двух значащих цифр. Результаты расчета записать в столбцы «Расчет» табл. 5.3.
Таблица 5.3
Результаты исследования зависимости показаний и погрешности частотомера
в режиме измерения частоты от времени измерения
| Время измерения t0 , с | Расчет | Эксперимент | |||
| 0 , Гц | кв , Гц | f , кГц | fx, кГц | f экс , кГц | |
| 10 | | | | | |
| 1,0 | | | | | |
| 10–1 | | | | | |
| 10–2 | | | | | |
3.2. Установить частотомер в режим измерения частоты. Подать на вход А частотомера синусоидальный сигнал от генератора измерительных сигналов, на шкале которого установить значение частоты, выбранной при предварительном расчете по п.3.1. Измерить частоту сигнала при различных положениях переключателя Время измерения, соответствующих указанным в табл. 5.3 значениям t0. Результаты измерения занести в столбец «Эксперимент» табл. 5.3.
Указание. Эксперимент следует проводить достаточно быстро, чтобы частота сигнала генератора Г3-109 не изменилась в процессе измерения существенным образом. Обратите внимание на изменение количества значащих цифр в показаниях частотомера при переключении времени измерения.
3.3. По данным расчета и эксперимента (табл. 5.3) выбрать показание частотомера, соответствующее минимальной погрешности f (наибольшей точности) измерения частоты. Это показание принять за действительное значение результата измерения fдейств.
Оценить абсолютную погрешность измерения частоты
fэксп = fх – fдейств
при других значениях времени измерения.
Полученные оценки fэксп записать в табл. 5.3 и сравнить с расчетными значениями f. Сделать вывод о характере изменения показаний и погрешности частотомера с увеличением времени измерения.
4. Исследование зависимости показаний
и погрешностей частотомера от частоты исследуемого сигнала
в режиме измерения периода
4.1. Установить частотомер в режим измерения периода. Выбрать и установить на частотомере значение периода меток времени Т0, обеспечивающее минимальную погрешность измерения периода. Выбранное значение Т0 записать в табл. 5.4.
Таблица 5.4
Результаты исследования зависимости показаний и погрешности частотомера
от частоты измеряемого сигнала в режиме измерения периода
| Установлено на шкале генератора | Режим измерения периода, Т0 = мкс | ||||||||
| эксперимент | расчет | ||||||||
| f, Гц | Т, мс | Тх макс,мс | Тх мин, мс | Тх , мс | зап, мс | кв, мс | 0, мс | Т, мс | Т |
| 105 | 0,01 | | | | | | | | |
| 104 | 0,1 | | | | | | | | |
| 103 | 1,0 | | | | | | | | |
| 102 | 10 | | | | | | | | |
Указание. При нормировании суммарной относительной погрешности электронно-счетных частотомеров в режиме измерения периодаТхсинусоидального сигнала учитывают три составляющие:
Т = (0+кв+зап),
где 0 - относительная погрешность частоты опорного генератора; кв - относительная погрешность квантования (дискретности); зап - относительная погрешность уровня запуска.
Относительная погрешность квантования при измерении периода определяется по формуле
где Т0 - период меток времени. Значения Т0 устанавливают на частотомере с помощью соответствующего переключателя. При выполнении данного пункта целесообразно выбрать минимальное значение Т0, чтобы реализовать максимальную точность. 4.2. Установить на генераторе и подать на вход Б частотомера синусоидальный сигнал, частота и период которого указаны в первой строке табл.5.4. Обратить внимание на то, что показания частотомера от одного измерения к другому будут несколько различаться.
Указание. Изменение показаний на одну единицу младшего разряда является следствием погрешности квантования. Изменение показаний в пределах нескольких единиц последнего разряда является следствием погрешности уровня запуска зап , которая обусловлена наличием шумов в измеряемом сигнале и нестабильностью порога срабатывания формирующего устройства частотомера. Если предположить, что частота и, соответственно, период измеряемого сигнала постоянны, то результатом измерения периода при наличии погрешности уровня запуска можно считать значение:
а оценкой абсолютной погрешности уровня запуска значение
где Тх макс, Тх мин – соответственно максимальное и минимальное показания частотомера в ряду из нескольких наблюдений.
4.3.Записать измеренное значение периода Тхв табл. 5.4. Оценить пределы абсолютной погрешности уровня запуска зап и записать в ту же таблицу.Повторить измерение периода и вычисление погрешности уровня запуска для других частот сигнала, указанных в первом столбце табл.5.4.
Указание. Следует обратить внимание на увеличение количества значащих цифр в показаниях частотомера с уменьшением частоты (увеличением измеряемого периода).
4.4. Оставить последнюю настройку генератора на частоту 100 Гц. Перевести частотомер в режим измерения частоты; выбрать по своему усмотрению время измерения t0, установить его значение на частотомере и записать в табл. 5.5. Измерить частоту сигнала fx и записать результат в ту же таблицу.
Сделать вывод о целесообразности выбора того или иного режима работы частотомера при измерении сигналов низкой частоты.
Таблица 5.5
| Установлено на шкале генератора | Режим измерения частоты, t0 = с | ||
| Результат измерения и оценки погрешности | |||
| f , Гц | fx | f, Гц | f |
| 100 | | | |
Указание. Время измеренияt0в режиме измерения частоты выбирают исходя из противоречивых требований – минимизации погрешности измерения и обеспечения нужного быстродействия. С увеличениемt0уменьшается погрешность квантования (дискретности), но может возрасти методическая погрешность, связанная с возможным изменением частоты измеряемого сигнала в процессе эксперимента.
4.5. Рассчитать значения составляющих абсолютной погрешности частотомера кв и 0 в режиме измерения периода, суммарные абсолютную Т и относительную Т погрешности. Записать эти значения в соответствующие столбцы табл. 5.4. Сделать вывод о характере изменения погрешности уровня запуска и суммарной погрешности измерения периода с уменьшением частоты (увеличением периода) измеряемого сигнала.
Указание. Абсолютная погрешность квантования (дискретности) в режиме измерения периода определяется выбранным значением периода меток времени Т0 и рассчитывается по формуле
кв = Т0.
Составляющая абсолютной погрешности, обусловленная погрешностью внутреннего кварцевого генератора:
0 = 0Тх.
Значение абсолютной погрешности уровня запуска зап взять из табл. 5.4. Суммарная абсолютная погрешность частотомера в режиме измерения периода
Т = (0 + кв + зап).
4.6. Рассчитать значения абсолютной f и относительной f погрешностей измерения частоты 100 Гц по результатам эксперимента и записать в табл. 5.5. Сопоставить численные значения относительных суммарных погрешностей частотомера в различных режимах.
Сделать вывод о целесообразности использования того или иного режима работы частотомера при измерении частотно-временных параметров сигналов в широком диапазоне частот.
Указание. Частота периодического сигнала и его период связаны между собой обратно пропорциональной зависимостью, поэтому каждую из этих величин можно определить как путем прямых измерений, так и косвенных - по результату измерения другой величины. Выбор того или иного вида измерений и, соответственно, режима работы частотомера проводят путем оценки и сравнения ожидаемых относительных погрешностей прибора в различных режимах его работы.
Исследование возможности уменьшения
погрешности частотомера в режиме умножения периода
Указание.В большинстве электронно-счетных частотомеров предусмотрена возможность измерения не одного, а нескольких (n) периодов сигнала. Такой режим работы называют режимом «умножения» периода. Для его реализации частоту входного сигнала с помощью делителей частоты уменьшают в n раз (n = 1; 10; 100 и т.д.). Из преобразованного сигнала формируют импульс длительностью nTx, который и открывает временной селектор. Если показания счетчика разделить на n, то приблизительно во столько же раз можно уменьшить влияние погрешностей квантования (дискретности) и уровня запуска на результат измерения периода Tx. Платой за такое уменьшение является увеличение времени, затрачиваемого на одно измерение, и, соответственно, уменьшение быстродействия.
5.1. Измерить период Тх синусоидального сигнала при различных значениях множителя периода n, которые допускает устройство данного частотомера. Установить переключатель Метки времени в положение, соответствующее максимальной точности измерения периода. Подать с выхода генератора на вход Б частотомера сигнал, частота которого выбрана из значений 20 - 40 Гц. Записать результаты измерения периода при значениях n, которые допускает конструкция используемого частотомера, в соответствующие графы табл. 5.6.
5.2. Записать в табл. 5.6 значения, какие мог бы показать частотомер при других (бóльших) значениях коэффициента n.
5.3. Рассчитать и записать в табл. 5.6 значения составляющих абсолютной погрешности частотомера в рассматриваемом режиме:
погрешности опорного генератора
0 = 0Тх ,
погрешности квантования (дискретности)
,погрешности уровня запуска
Рассчитать, во сколько раз изменилось значение погрешности уровня запуска при изменении n:
Сделать вывод об изменении вклада отдельных составляющих погрешности в суммарную погрешность частотомера с увеличением множителя периода n. Рассчитать время счета nTx, затрачиваемое на получение одного результата измерения в таком режиме. Сделать вывод о том, какими соображениями должен определяться выбор значения n.
Таблица 5.6
| n | Эксперимент | Расчет | |||||
| Txмакс, мс | Txмин, мс | Tx, мс | зап, мс | 0, мс | кв, мс | nTx, с | |
| 1 | | | | | | | |
| 10 | | | | | | | |
| 100 | | | | | | | |
| 1000 | | | | | | | |
| 10000 | | | | | | | |
| 100000 | | | | | | | |
Указание. Расчетное значение времени счета следует округлить.
Отчет должен содержать:
1) номер и наименование работы;
2) цель работы;
3) все заполненные таблицы с их заголовками, расчетные формулы;
4) выводы по результатам исследований (разделы, по которым следует сделать выводы, выделены жирным шрифтом в тексте).