измерение Лабораторные. Выполняемые лабораторные работы на учебном лабораторном стенде нтц05. 08. 1 Электрические измерения с мпсо
 Скачать 6 Mb.
|
Цифровые (электронно-счетные) частотомерыПринцип действия цифрового (электронно-счетного) частотомера построен по схеме, в которой подсчитывается число импульсов N, соответствующее числу периодов неизвестной частоты fХза известный высокоточный интервал времени, называемый временемизмеренияТИ. Если за это время ТИподсчитано Nимпульсов, то среднее значение измеряемой частоты 𝑓 = ⁄𝑇И. При времени измерения ТИв 1с количество подсчитанных импульсов (периодов) N и есть значение измеряемой частоты fХ(Гц), т. е. fX=N. На рисунке10.2,априведен пример построения схемы одного из цифровых частотомеров. Входное устройство, состоящее из широкополосного усилителя с полосой пропускания 10 Гц ÷ 3,5 МГц и аттенюатора, предназначено для согласования частотомера с источником сигнала, а также для усиления или ограничения напряжения на входе до значения, запускающего формирователь. Последний преобразует синусоидальные или периодические импульсные сигналы в последовательность импульсов постоянной амплитуды с большой крутизной фронтов, независимо от входного сигнала, частота следования которых равна частоте измеряемого сигнала (рисунок10.2,б). Временной селектор (электронный ключ с двумя входами) открывается строб-импульсом, вырабатываемым устройством управления (схемой автоматики), на высокоточное время измерения и пропускает эти импульсы на электронный счетчик. Цифровой индикатор автоматически выдает результат измерения в герцах. Генератор меток времени состоит из генератора образцовой частоты 1 МГц с кварцевой стабилизацией и делителей частоты. Делители частоты осуществляют деление частоты, кварцевого генератора 1 МГц декадными ступенями до 0,01 Гц, 1 т.е. 100; 10; 1 кГц, 100; 10; 1; 0,1; 0,01 Гц. Полученные частоты используются для формирования высокоточного времени измерения — меток времени, равных соответственно 10-6; 10-5; 10-4; 10-3; 10-2; 10-1; 1; 10; 100 с.  Рисунок 10.2. Схема цифрового частотомера (а) и временные диаграммы, поясняющие принцип его работы (б) Устройство управления (автоматики) управляет всем процессом измерения и обеспечивает регулируемое время индикации 0,3÷5 с результатов измерения на цифровом табло, сброс счетных декад и других схем в «нулевое» состояние перед каждым измерением, режим ручного, автоматического и внешнего пуска прибора, вырабатывает из частот, поступающих с делителей, строб-импульс, открывающий селектор на время счета; импульс запуска цифропечатающего устройства. Электронный счетчик, предназначенный для счета поступающих с временного селектора N импульсов, состоит из нескольких последовательно соединенных счетных декад, каждая из которых соответствует определенному порядку частоты fХ(единицам, десяткам, сотням герц и т. д.). Цифровой индикатор обеспечивает расшифровку результатов измерений, поступающих с дешифратора. Последний преобразует двоично-десятичный код 8—4—2—1, поступающий со счетных декад в десятичный. Основная особенность последовательного счета импульса, положенного в основу работы цифровых частотомеров, состоит в увеличении погрешности измерения при уменьшении частоты. Относительная погрешность измерения частоты равна ∆𝑓𝑋 = ∆𝑁 + ∆𝑇И   𝑓𝑋 𝑁 ТИ Значение первой компоненты ∆𝑁⁄𝑁 погрешности дискретности зависит от соотношения ТИ— времени измерения («временных ворот» селектора) и периода 𝑇𝑋 = 1⁄𝑓𝑋 исследуемого сигнала. Погрешность дискретности обусловлена несовпадением моментов появления счетных импульсов относительно фронта и спада строб-импульса: если ТИи ТХявляются кратными числами, то погрешность счета импульсов ∆𝑁 = 0; если же ТИи ТХ— не кратные числа, то значение ∆𝑁 зависит от взаимного расположения ТИи ТХ, т. е. несовпадения моментов их появления, при этом максимальная абсолютная погрешность счета импульсов ∆𝑁 не превышает одного импульса ∆𝑁 = ±1, определяющего младший разряд счета. Значение второй компоненты погрешности ∆𝑇И⁄ТИ определяется нестабильностью частоты кварцевого генератора f0, задающего «временные ворота» прибора ТИ. Относительная погрешность времени измерения равна относительной погрешности частоты внутреннего кварцевого генератора и составляет значение порядка 10-7, т. е. ∆𝑇И⁄TИ = ∆𝑓0⁄𝑓0 = 𝛾 . Итак, относительная погрешность измерения (%) частоты  ∆fX = ∆N + ∆TИ = 1 + 𝛾 = 1   + 𝛾 fX N TИ N 𝑓𝑋𝑇И или, если учесть г= 10−7, то 𝛾 = ∆𝑓𝑋 100 = ± ( 1 + 10−7) 100 𝑓 𝑓𝑋𝑓𝑋𝑇И где fХ— измеряемая частота (Гц). Как следует из выражения, относительная погрешность измерения частоты исследуемого сигнала при прочих равных условиях зависит от его значения. Относительная погрешность измерения частоты ничтожна при измерении высоких частот и велика при измерении низких частот, например, если 𝑓𝑋 = 10 МГц, 𝑇И = 1с, то 𝛾𝑓 = 10−5%, 𝑓𝑋 = 10 Гц, 𝑇И = 1с, то 𝛾𝑓 = 10%, Следовательно, при измерении высоких частот погрешность обусловлена в основном нестабильностью кварцевого генератора, а при измерении низких частот — погрешностью дискретности. Для уменьшения погрешности измерения низких частот необходимо увеличить время измерения, но это не всегда возможно, поэтому в цифровых частотомерах либо применяют умножители, позволяющие повышать измеряемые частоты в 10n раз, либо переходят от измерения частоты исследуемого сигнала к измерению его периода ТХс последующим вычислением значения измеряемой частоты по формуле 𝑓𝑋 = 1⁄𝑇𝑋. При измерении периода ТХвходной сигнал через входное устройство и формирователь поступает на устройство управления, формирующее строб-импульс, период которого TС-И=TИ=ТХ, т. е. время измерения, в течение которого открыт временной селектор, равно периоду ТХизмеряемого сигнала, и электронным счетчиком подсчитывается число прошедших за это время импульсов образцовой частоты 𝑓0 = 1⁄𝑇0 период исследуемого сигнала кварцевого генератора. Следовательно, а частота 𝑇𝑋 = 𝑁𝑇0 𝑓𝑋 = 1  𝑇𝑋= 1  𝑁𝑇0= 𝑓0  𝑁Относительная погрешность измерения периода 𝛾𝑇 = ± (𝛾 +𝑇0 ) 100 𝑁𝑇𝑋 Цифровые частотомеры кроме частоты и периода исследуемого сигнала измеряют отношение, сумму двух частот, интервал времени, длительность импульсов, частоту их следования. |