Электронно-счетный частотомер

Принцип действия электронно-счетного частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением, т.е. на счете числа импульсов за интервал времени. Переменное напряжение, частоту f_x которого необходимо измерить, преобразуют в последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной f_x. Если сосчитать число импульсов N за интервал времени T _сч, то частота

.

Структурная схема электронно-счетного частотомера изображена на рис. 4.34. Сигнал частоты f_x поступает на усилитель-формирователь импульсов УФ, который преобразует синусоидальное напряжение измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов.

Рис. 4.34. Структурная схема электронно-счетного частотомера

Частота следования этих импульсов равна измеряемой частоте. Импульсы поступают на вход 1 временного селектора (ВС). На вход 2 селектора поступает импульс T _сч строго определенной длительности. Длительность этого импульса задается генератором высокой частоты (ГВЧ) с кварцевой стабилизацией и делителем частоты (ДЧ) с коэффициентом деления 10 ⁿ. Частота генератора с кварцевой стабилизацией f _кв обычно равна 1 или 5 МГц, и, следовательно, период колебаний T _кв равен 1 или 0,2 мкс. При такой длительности времени счета измерять частоты, равные или меньшие f _кв, невозможно. Поэтому после кварцевого генератора включают декадные делители частоты, на выходах которых образуются частоты в 10 ⁿ (n = 1, 2, 3,…) раз ниже частоты генератора. Измеряемая частота при этом определяется по формуле

f_x = N ×10^{- n} f _кв.

Импульс длительностью T _сч = 10 ⁿ / f _кв формируется в блоке управления (БУ). Импульсы измеряемой частоты поступают на электронный счетчик импульсов (Сч) лишь тогда, когда ко входу 2 селектора приложен импульс счета длительностью T _сч. С выхода счетчика информация о числе импульсов N, его заполнивших, в виде двоичного кода подается через дешифратор на цифровое отсчетное устройство, на котором в цифровом виде фиксируется результат измерения в единицах частоты. Измерение производится повторяющимися циклами, задаваемыми блоком управления.

Одновременно с воздействием на временной селектор управляющее устройство выдает импульсы для сброса показаний цифрового индикатора и обнуления электронного счетчика. В управляющем устройстве предусмотрена блокировка временного селектора на некоторый интервал времени, в течение которого на табло сохраняются показания для считывания оператором. Этот интервал времени называется временем индикации и может регулироваться в пределах нескольких секунд. В частотомере предусмотрены автоматический и ручной режимы измерения. В автоматическом режиме счет импульсов повторяется каждый раз по окончании установленного времени индикации. В режиме ручного управления счет выполняется один раз при нажатии на кнопку, время индикации не ограничивается.

Относительная погрешность электронно-счетного частотомера при измерении частоты определяется выражением

,

где d₀ – относительная погрешность установки частоты кварцевого генератора; d_нест – относительная погрешность, вызванная нестабильностью частоты кварцевого генератора в условиях эксплуатации; 1/ f_xT _сч – относительная погрешность, обусловленная некратностью периодов T_x и времени счета T _сч.

Последняя составляющая погрешности оценивается, исходя из того, что при некратности периодов T_x и T _сч подсчет числа импульсов за время счета может быть произведен с точностью ±1 импульс. Но тогда 1/ N = 1/ f_xT _сч.

У современных электронно-счетных частотомеров величины d₀ и d_нест составляют примерно 10^–8 и менее, поэтому при технических измерениях могут не учитываться.

Составляющая погрешности 1/ f_xT _сч зависит от измеряемой частоты и времени счета. В табл. 4.2 приведены значения этой составляющей в зависимости от времени счета для различных частот.

Таблица 4.2. Зависимость погрешности от времени счета

Время измерения, Tсч, с	Погрешность 1/fx×Tсч
0,1 Гц	100 Гц	100 кГц
10^–2	10^3		10^–3
10^–1	10^2	10^–1	10^–4
		10^–2	10^–5

Из этой таблицы видно, что для измерения низких частот погрешность измерения недопустимо велика.

Для того чтобы обеспечить приемлемую погрешность измерения низких частот, переходят к измерению периода с последующим пересчетом в частоту. Принцип измерения периода аналогичен рассмотренному с той разницей, что временной селектор открывается импульсом, формируемым из напряжения, период Т_x которого необходимо измерить, а длительность этого периода определяется подсчетом импульсов f _сч, получаемых от высокостабильного генератора. Если на счетчик прошло N импульсов с частотой следования f _сч, то измеряемый период

,

или частота

.

Составляющая относительной погрешности измерения периода при ошибке в подсчете числа импульсов за время счета ±1 импульс будет равна f_x / f ₀.

Контрольные вопросы

1. Какова структурная схема электромеханических приборов?

2. Каков принцип работы приборов магнитоэлектрической системы?

3. Каков принцип работы приборов электромагнитной системы?

4. Как расширяют пределы измерения приборов магнитоэлектри­ческой электромагнитной системы?

5. Каков принцип работы термоэлектрических приборов?

6. Каков принцип действия компенсатора постоянного тока?

7. Что такое электронные аналоговые вольтметры?

8. Каков принцип действия цифрового вольтметра с двойным интег­рированием?

9. Какова область применения метода вольтметра-амперметра?

10. Какие методы измерения используются в электронных омметрах?

11. В чем заключается компенсационный метод измерения электри­чес­кого сопротивления?

12. Каков принцип действия цифрового измерителя емкости и сопро­тивления?

13. Какой вид имеет структурная схема электронно-счетного частото­мера и каков принцип его действия?

14. В каких приборах и как реализуется метод непосредственной оценки?

Дата добавления: 2014-01-03