Метод дискретного счета. Электронно-счетные частотомеры. Электронно счетные частотомеры

Л.р. №4 Иссл частотомера 2012

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-СЧЕТНОГО ЧАСТОТОМЕРА

Цель работы: Изучить метрологические характеристики, принципы работы, структурную схему, источники погрешностей электронно-счетного частотомера. Научиться оценивать погрешности результатов измерения частоты, обусловленные погрешностями частотомера. Получить практические навыки работы с частотомером.

Используемые приборы: электронно-счетный частотомер (ЭСЧ) Ч3-34А, генератор низкочастотных сигналов Г3-109.

Краткие теоретические сведения

Измерение частоты, частотомеры. Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли. За последние 50 лет суммарная относительная погрешность первичных государственных эталонов на основе цезиевых реперов частоты уменьшилась с ± 1×10-10 до ± 1,5×10-15, то есть точность возрастала на порядок за каждые 10 лет. Никакой другой вид измерений не имеет такого значительного прироста, ведь возрастание точности в 2–3 раза за 10 лет уже считается отличным показателем. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты” можно разделить на 3 сегмента:

• рабочие средства измерения частоты с погрешностью не более ± 1×10-7;

• рабочие эталоны частоты с погрешностью не более ± 1×10-12;

• национальные и вторичные эталоны частоты с погрешностью менее ± 1×10-13.

Частотомер — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Классификация частотомеров

• По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

• По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

• По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.

• По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а так же, отчасти, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры. В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту. Их назначение - настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов.

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q = CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср = Qf_x = CUfx. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%. Их назначение -настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, являетсялогометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие на других принципах. Применяются для контроля сети электропитания.

Электронно-счетные частотомеры

Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

Принципы измерения частоты

Среди цифровых приборов частотно-временной группы электронно-счетные частотомеры (в дальнейшем цифровые частотомеры - ЦЧ) являются наиболее распространенными, что объясняется, их универсальностью, высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

В основу построения ЦЧ положены общие принципы, позволяющие реализовать ряд режимов работы прибора для измерения нескольких величин. Функционально полные ЦЧ позволяют измерять следующие величины: частоту, период, отношение двух частот (иногда выраженное в процентах), длительность импульса или интервала времени, задаваемого пользователем; предусматриваются также режим счета событий (импульсов) и использование ЦЧ как источника сигналов с известными (калиброванными) частотами. Режимы работы задаются и выбираются положением ряда переключателей (механических или электронных) и других органов управления. В более простых вариантах исполнения ЦЧ используются для измерения меньшего числа величин (например, одной или двух).

В любом режиме часть структуры ЦЧ остается неизменной и в ней происходит счет числа импульсов , пропорционального измеряемой величине. Эти импульсы проходят через электронный ключ ЭК, находящийся в замкнутом состоянии, на счетчик импульсов СИ. Код числа, образующийся в СИ, поступает на цифровое отсчетное устройство ЦОУ. В состав ЦОУ входит многодекадный цифровой индикатор с перемещающейся, запятой и, как правило, индикатор с обозначением единиц измерения.

Время замкнутого состояния ЭК, называемое временем счета ТСЧ, определяется родом измеряемой величины, а его конкретное значение рядом соображений, о которых будет сказано ниже.

Структурная схема ЦЧ в этом режиме работы приведена на рис.1а.

Напряжение измеряемой частоты fx (рис.1б) подается на вход формирующего устройства (ФУ), назначение которого - формирование сигнала стандартной формы при достаточно произвольной форме входного сигнала. Обычно в состав ФУ входят усилитель-ограничитель, обеспечивающий заданную амплитуду своего выходного сигнала, и формирователь для обеспечения малой длительности фронта и среза импульсов на выходе ФУ. Частота этих импульсов равна частоте входного сигнала (рис. 1в). Эти импульсы проходят через ЭК на СИ в течение времени счета Тс , которое задается генератором опорной частоты ГОЧ и делителем частоты ДЧ. Частота ГОЧ стабилизирована кварцевым резонатором. Необходимое Тс выбирается переключателем ВРЕМЯ СЧЕТА. При каждом запуске прибора на выходе ДЧ появляется один импульс (рис. 1в), под действием которого замыкается ЭК.

Число импульсов Nx, прошедшее на СИ, определяется приближенной формулой

(1)

а значение измеряемой частоты

(2)

Измерение периода

Структура ЦЧ в этом режиме приведена на рис. 2а. В этом режиме время замкнутого состояния ЭК задается периодом (или n периодами). Входной сигнал, период которого Tx измеряется (рис. 2б) так же, как и при измерении частоты, подается на вход ФУ.

Выходной сигнал ФУ (рис. 2в) поступает на делитель частоты ДЧ (множитель периодов Tx). Число n (обычно n - это 1, 10, 102, 103 или 104) выбирается переключателем ВРЕМЯ СЧЕТА, т.е., пТx. При запуске на выходе ДЧ появляется импульс по длительности равный пТx (рис. 2г), в течение которого СИ подсчитывает прошедшие за это время импульсы с известным периодом следования Tтакт (рис. 2д), называемые часто «метками времени».

Число импульсов Nx и период Tx, приближенно определяются формулами (3) и (4):

(3)

. (4)

Известно, что частота f и период T связаны формулой f=1/T. Поэтому через прямое измерение одной из этих величин можно найти результат косвенного измерения другой.

Погрешности измерения частоты

В режиме измерения частоты в течение Tcподсчитываются импульсы, следующие с измеряемой частотой fx (рис. 3).

Для этого случая имеем:

(5)

Если не принимать специальных мер по синхронизации импульса Tc и импульсов измеряемой частоты (т. е., если не задается принудительно определенное положение этих импульсов по отношению друг к другу), то интервалы t1 и t2 являются независимыми величинами, значения каждой из которых лежит в интервале 0 – Tx и поэтому

Поделив обе части уравнения (5) на произведение TcTx, получаем

(6)

с учетом, что

и,.

В режиме измерения частоты величина 1/Tc является ценой единицы младшего разряда счетчика (Cf=1/Tc), имеющая размерность Герц (с-1). В зависимости от выбранного значения Tc будем иметь Сf=1 Гц (Tc=1c), Сf=10 Гц (Tc=0,1c), Сf=0,1 Гц (Tc=10c) и т. д. Поэтому формулу (6) можно представить в виде

Случайную составляющую погрешности называют погрешностью счета (при более строгом подходе в этой погрешности выделяют две составляющие: погрешность дискретности и погрешность несинхронизации).

Относительное значение этой погрешности равно

, причем .

Другим источником погрешностей ЦЧ является отклонение Tc от номинального значения и его нестабильность. В ЦЧ Tc формируется из целого числа периодов колебаний кварцевого генератора, для которого характерна чрезвычайно высокая стабильность частоты генерируемых им колебаний. Для уменьшения влияния температуры среды в ЦЧ применяется термостатирование генератора.

Таким образом, вторая составляющая погрешности измерения частоты определяется нестабильностью частоты кварцевого генератора

[%] и поэтому .

Следовательно, и.

Суммарные погрешности измерения частоты равны

, [Гц]; , [%]

Погрешности измерения периода. При измерении периода (рис. 4) в течение Tx (или nTx) на СИ проходят импульсы с известным периодом следования Ттакт и поэтому

.

Так же, как и в предыдущем случае, -t1+t2 является случайной величиной, причем,

, т. е.

.

При измерении n периодов имеем

или

,

что эквивалентно уменьшению цены единицы младшего разряда в n раз.

Период следования импульсов Ттакт задается тем же кварцевым генератором, и все предыдущие замечания в отношении нестабильности Тс полностью справедливы и для этого режима работы. Поэтому

и

Суммарные погрешности (абсолютная и относительная) измерения периода определяются выражениями:

, [c]

, [%]

Порядок выполнения работы

Задание 1. Ознакомление с метрологическими характеристиками исследуемого электронно-счетного частотомера.

1.1. Включить питание исследуемого частотомера и вспомогательного генератора измерительных сигналов для их прогрева.

1.2. Прочитать краткое техническое описание и инструкцию по работе с исследуемым частотомером Ч3-34 А. Ознакомиться с органами управления частотомера и вспомогательного генератора Г3-109.

1.3. Основные метрологические характеристики частотомера Ч3 -34А занести в таблицу 1

Таблица 1 Основные метрологические характеристики частотомера Ч3 -34А

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

Задание 2. Проверка работы цифрового частотомера в режиме

самоконтроля

2.1 Включить режим самоконтроля; переключатель Время измерения установить на указанные в табл. 2 значения времени измерения Δ t0 на каждой проверяемой частоте и записать показания цифрового индикатора в соответствующие строки таблицу 2.

Проанализировать полученные данные, сделать вывод по результатам проверки.

Таблица 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.

Задание 3. Исследовать 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 (дискретности):

- суммарную абсолютную погрешность частотомера  f =  (0 + кв).

Расчет выполнить для четырех значений времени измерения  t0, указанных в табл. 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 Ч3-34.

Расчетные значения погрешностей следует округлить до двух значащих цифр. Результаты расчета записать в столбцы “Расчет” табл. 3.

Таблица 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. 3 значениям  t0. Результаты измерения занести в столбец “Эксперимент” табл. 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. 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

 f эксп = fх – fдейств

при других значениях времени измерения.

Полученные оценки  f эксп записать в табл. 3 и сравнить с расчетными значениями  f .

3.4. Сделать вывод о характере изменения показаний и погрешности частотомера с увеличением времени измерения.

 

Контрольные вопросы

1. Виды частотомеров.

2. Принцип работы электронно-счетного частотомера.

3. Написать формулы, по которым оценивают пределы абсолютных и относительных погрешностей измерения частоты и периода с использованием ЦЧ.

4. Из каких соображений следует выбирать режим работы цифрового частотомера - измерения частоты или измерения периода?

5. Поясните различие между понятиями “время измерения” и “время индикации”.

6. Из каких соображений следует выбирать период (частоту) меток времени в режиме измерения периода?

7. Зачем в частотомере обеспечена возможность выбора периода меток времени? Почему нельзя оставить только одно значение периода меток - самое малое?

8. Как оценить быстродействие частотомера в различных режимах его работы?

ЛИТЕРАТУРА

1. Электрические измерения / Байда Л. И., Добротворский Н. С., Душин Е. М. и др.: Под ред. А. В. Фремке и Е. М. Душина.—Л.: Энергия, 1980.—392с.

2. Кушнир Ф. В. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов,— Л.: Энергоатомиэдат, 1983.—320 с.

3. Кончаловский В.Ю., Семенов В.Ф., Солодов Ю.С. Измерение частоты и интервалов времени. - М.: Изд-во МЭИ, 1999. -12 с.

4. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. М.: Радио и связь, 1983, 320 с.

5. Гутников В.С. Фильтрация измерительных сигналов. Л.: Энергоатомиздат, 1990, 192 с.

10

studfiles.net

Электронно-счетный частотомер - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Электронно-счетный частотомер

Cтраница 2

Обычно электронно-счетные частотомеры выполняются как универсальные приборы; коммутируя узлы прибора, можно перевести прибор в режим измерения частоты, периода, отношения частот, интервал времени, длительность импульса, счет последовательности импульсов, самоконтроль.  [16]

Цифровые электронно-счетные частотомеры 43 - 30, 43 - 31 дают возможность свести относительную погрешность измерения до погрешности частоты входящего в них опорного кварцевого генератора 1 счета. Для прибора 43 - 30 относительная нестабильность частоты опорного генератора составляет 6 - 10 - 8 за сутки, для прибора 43 - 31 - 1 10 - 8 за сутки, 3 - Ю 9 за час и 1 5Х ХЮ-9 за 10 мин работы.  [17]

Современный автоматизированный электронно-счетный частотомер отличается от своих предшественников 20-летней давности примерно так же, как современные электронные весы от безмена.  [18]

Недостатком электронно-счетных частотомеров является сложность их устройства и высокая стоимость.  [20]

Принцип действия электронно-счетных частотомеров основан на сравнении измеряемых частоты или интервала времени соответственно с частотой или временным интервалом, значения которых известны с высокой точностью. Сравнение осуществляется путем временного стробирования сравниваемых сигналов. Сигналы образцовой частоты и образцовые интервалы времени формируются из сигнала внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или внешнего стандарта частоты. ЭСЧ обеспечивают полностью автоматическое измерение с представлением результатов измерения в удобной для считывания десятичной форме. Максимальное число десятичных разрядов определяется емкостью счетчика в зависимости от диапазона измеряемых величин и реализуемой точности измерения. Благодаря наличию запоминающего устройства р систему индикации результат предыдущего измерения сохраняется на время цикла измерения. Длительность цикла измерения и время счета изменяются в широких пределах. Возможна внешняя ручная или автоматическая синхронизация цикла измерения.  [21]

Принцип действия электронно-счетного частотомера основан на методе п / дсчета числа периодов неизвестной частоты за известный, стабильный по длительности интервал времени.  [22]

Принцип действия электронно-счетных частотомеров основан на сравнении измеряемых частоты или интервала времени соответственно с частотой или временным интервалом, значения которых известны с высокой точностью. Сигналы образцовой частоты и образцовые интервалы времени формируются из сигнала внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или внешнего стандарта частоты. ЭСЧ обеспечивают полностью автоматическое измерение с представлением результатов измерения в удобной для считывания десятичной форме. Максимальное число десятичных разрядов определяется емкостью счетчика в зависимости от диапазона измеряемых величин и реализуемой точности измерения. Благодаря наличию запоминающего устройства р системе индикации результат предыдущего измерения сохраняется на время цикла измерения. Длительность цикла измерения и врем-я счета изменяются в широких пределах. Возможна внешняя ручная или автоматическая син-хроинзация цикла измерения.  [23]

Принцип действия электронно-счетного частотомера следующий. Измеряемое синусоидальное напряжение преобразуется в короткие прямоугольные импульсы ( каждый период синусоидального напряжения - один импульс), которые подсчитываются быстродействующим электронным счетчиком.  [24]

Важнейшим элементом электронно-счетного частотомера является цифровой электронный счетчик.  [25]

В счетчиках электронно-счетных частотомеров, например в ЧЗ-4А, обычно используются ламповые схемы триггерных ячеек.  [27]

Принцип действия высокочастотных электронно-счетных частотомеров заключается в подсчете числа периодов Тх измеряемой частоты Fx за эталонный промежуток времени Тп, вырабатываемый частотомером.  [28]

При использовании электронно-счетного частотомера Тус является временем счета.  [29]

Совместно с электронно-счетным частотомером преобразователи частоты ЧК. Они позволяют измерять разность фаз двух сигналов, электрическую длину линий передачи, фазовые характеристики радиотехнических устройств ( четырехполюсников), а также применяются для калибровки фазовращателей, фазовых детекторов, при исследовании устройств с обратной связью.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Электронно-счетные частотомеры (ч3)

Электронно-счетные частотомеры широ­ко применяются для измерения и контроля частотно-временных параметров радиосигна­лов при исследованиях в различных отраслях науки и техники, а также при производстве и эксплуатации практически любой радиоап­паратуры.

Универсальность ЭСЧ (возможность из­мерения частоты, периода, отношений ча­стот, длительности интервалов времени) поз­волила данному виду приборов завоевать одно из первых мест по применению среди частотоизмерительной аппаратуры.

Синхрониза­торы и преобразователи частоты (Ч5)

Из данного вида приборов синхрониза­торы частоты не получили распространения.

Из серийно выпускаемых преобразовате­лей частоты наибольшее применение полу­чил прибор типа Ч5-13, предназначенный для преобразования частоты непрерывных сигналов и несущей частоты ИМ сигналов, лежащих в диапазоне 10-70 ГГц, в диапа­зон 3,5-5 ГГц, а в комплексе с блоком Я3Ч-42 и ЭСЧ типа Ч3-38 для измерения ча­стоты непрерывных сигналов и несущей ча­стоты ИМ сигналов в диапазоне 10-70 ГГц.

Синтезаторы, делители и умножители частоты (ч6)

Приборы данного вида радиоизмери­тельной аппаратуры используются как авто­номно при различных измерениях, так и в составе комплектов, установок и систем при специализированных частотно-времен­ных измерениях. Основной областью приме­нения синтезаторов, делителей и умножите­лей частот является измерение параметров высокостабильных по частоте сигналов. Кро­ме того, они применяются для контроля ха­рактеристик четырехполюсников и узкопо­лосных трактов радиотехнических устройств, анализа спектра радиосигналов, калибровки шкал приемников и передатчиков.

Приемники сигналов эталонных частот и сигналов времени, компараторы частотные и фазовые (ч7)

Приборы вида предназначены для приема сигналов образцовых частот, точного времени, передаваемых радиостанциями Государственной службы времени и частоты РФ, и сравнения частот выходных сигна­лов рабочих эталонов и местных стандартов времени и частоты с Государственным эта­лоном времени и частоты РФ и между собой.

Они широко применяются для синхро­низации хода электронных часов в террито­риально разнесенных пунктах при навига­ционных, радиоастрономических, геодезиче­ских исследованиях, исследованиях условий распространения радиоволн и т. п.

Благодаря высокой точности измерений компараторы частоты и фазы используются для проведения поверочных работ по опре­делению действительного значения частот высокостабильных кварцевых и квантовых стандартов частоты и их нестабильностей.

Для приема сигналов точного времени применяется приемник, работаю­щий на частотах от 66,6(6) до 30000 кГц.

Преобразователи частоты (ч9)

Приборы вида предназначены для преобразования частоты электромагнитных колебаний в постоянные напряжение или ток. Преобразователи могут быть использо­ваны для исследования нестабильности ча­стоты высокостабильных колебаний. Однако в связи с развитием компараторов частот­ных, фазовых, временных приборы вида широкого распространения не получили.

Блоки приборов для измерения частоты (Я3ч)

Сменные блоки расширяют функции ЭСЧ. Они преобразуют частоты СВЧ диапа­зона в диапазон непосредственного счета ЭСЧ, усиливают напряжение и умножают частоты входных измеряемых сигналов, сли­чают временные интервалы, преобразуют постоянное или медленно меняющееся на­пряжение в частоту.

Вопрос №2

studfiles.net

Электронно-счетный частотомер - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Электронно-счетный частотомер

Cтраница 1

Электронно-счетные частотомеры относятся к классу цифровых измерительных приборов и, следовательно, обладают высокой точностью.  [2]

Электронно-счетные частотомеры со сменными блоками представляют собой новейшее высокопроизводительное радиоизмерительное оборудование, обладающее образцовой точностью и применяемое в метрологических органах, научных и промышленных центрах, в исследовательских и поверочных лабораториях, в цехах заводов. Частотомеры осуществляют программируемое измерение частоты радиосигналов от долей герца до 70 ГГц с погрешностью 5 - 10 - и интервалов времени от 1 мкс до 104с с погрешностью 0 1 мкс. Они выдают результаты измерений в коде, обеспечивающем математические вычисления, статистическую обработку данных и регистрацию их в цифровой и аналоговой формах.  [3]

Электронно-счетные частотомеры ( ЭСЧ) осуществляют измерение среднего значения частоты и периода электрических колебаний при различных временах усреднения, отношения частот двух сигналов, длительности интервалов времени, счет числа колебаний за установленный интервал времени. ЭСЧ широко применяются для измерения и контроля частотно-временных параметров радиосигналов При исследованиях в различных отраслях науки и техники, а также при эксплуатации и производстве радиоаппаратуры. При использовании соответствующих датчиков они позволяют измерять различные физические величины, причем результаты могут быть выражены в требуемых единицах измерения. При этом обеспечивается более высокая точность, чем при использовании традиционных методов и инструментов. Благодаря таким возможностям ЭСЧ находят все более широкое применение в машиностроении, авиа - и автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства.  [4]

Электронно-счетные частотомеры со сменными блоками представляют собой новейшее высокопроизводительное радиоизмерительное оборудование, обладающее образцовой точностью и применяемое в метрологических органах, научных и промышленных центрах, в исследовательских и поверочных лабораториях, в цехах заводов. Частотомеры осуществляют программируемое измерение частоты радиосигналов от долей герца до 70 ГГц с погрешностью 5 - 10 - 9 и интервалов времени от 1 мкс до 104с с погрешностью 0 1 мкс. Они выдают результаты измерений в коде, обеспечивающем математические вычисления, статистическую обработку данных и регистрацию нх в цифровой и аналоговой формах.  [5]

Электронно-счетные частотомеры ( ЭСЧ) осуществляют измерение среднего значения частоты и периода электрических колебаний при различных временах усреднения, отношения частот двух сигналов, длительности интервалов времени, счет числа колебании за установленный интервал времени. ЭСЧ широко применяются для измерения и контроля частотно-временных параметров радиосигналов при исследованиях в различных отраслях науки и техники, а также при эксплуатации и производстве радиоаппаратуры. При использовании соответствующих датчиков они позволяют измерять различные физические величины, причем результаты могут быть выражены в требуемых единицах измерения. При этом обеспечивается более высокая точность, чем при использовании традиционных методов и инструментов. Благодаря таким возможностям ЭСЧ находят все более широкое применение в машиностроении, авиа - и автомобилестроении и других отраслях народного хозяйства.  [6]

Электронно-счетный частотомер 43 - 30 ( рис. 1) предназначен для автоматических измерений частоты и периода электрических колебаний, длительности импульсов, интервала времени и отношения частот.  [7]

Электронно-счетный частотомер 43 - 34 ( ЧЗ-34А) ( рис. 3) предназначен для автоматического измерения частоты и периода электрических колебаний, интервалов времени, отношения частот, выдачи кодированных сигналов результата измерений.  [8]

Электронно-счетный частотомер 43 - 35 ( ЧЗ-35А) ( рис. 4) предназначен для автоматического измерения частоты и периода электрических колебаний, интервала времени, длительности импульсов, отношения частот для выдачи кодированных сигналов результатов измерений, сигналов кварцованных частот от 0 1 Гц до 10 МГц декадными ступенями. Прибор ЧЗ-35А отличается от 43 - 35 только блоком кварцевого генератора.  [9]

Электронно-счетный частотомер позволяет автоматизировать процесс измерения, регистрации и вычислений. В качестве опорного генератора используется источник образцовой частоты с нестабильностью, на порядок или по крайней мере в 3 раза меньшей нестабильности исследуемой частоты.  [11]

Электронно-счетные частотомеры широко применяются для измерения и контроля частотно-временных параметров радиосигналов при исследованиях в различных отраслях науки и техники, а также при производстве и эксплуатации практически любой радиоаппаратуры.  [13]

Электронно-счетные частотомеры применяются не только для измерения частоты и периода. С их помощью можно измерять число импульсов, интервалы времени, отношение двух частот, а используя предварительное преобразование физических величин в частоту или интервалы времени, - скорость, давление, температуру.  [14]

Электронно-счетный частотомер представляет собой сложный прибор, и нужно время от времени производить его поверку. Это осуществляется путем самоконтроля, заключающегося в измерении некоторого числа п импульсов, сформированных из напряжения кварцевого генератора за интервал времени Тк - времени контроля, сформированного из того же напряжения.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Разработка электронно-счетного частотомера

Электронносчетный частотомер

Введение.

Данная методическая разработка является теоретическим пособием по электронносчетным частотомерам для учащихся специальностей "Радиоаппаратостроение" и "Электроника".

В ней содержатся сведения по общей методике построения ЭСЧ.

Необходимостью написания разработки является:

1) широкое применение ЭСЧ при решении различных измерительных задач

2) ограниченное время, отводимое для их изучения.

Пособие может быть использовано учащимися при изучении данной темы в курсе ЭРИ, при подготовке к лабораторным работам, а так же во время электроизмерительной практики.

Основные достоинства ЭСЧ.

В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые частотомеры выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.

Обычно ЭСЧ выполняются как универсальные приборы и позволяют помимо частоты измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества импульсов.

Обоснование выбора.

В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод полразумевает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило используется кварцевый генератор.

Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный делитель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управления. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирующего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.

Принцип действия.

На вход прибора подаются сигналы определенной частоты, как синусоидальной формы, так и импульсной формы. Для использования их в устройстве необходимо преобразование формы сигнала в последовательность коротких импульсов. Эту функцию выполняет формирующее устройство. Таким образом, на выходе формирующего устройства получается последовательность прямоугольных импульсов с частотой, равной частоте выходного сигнала. С выхода формирующего устройства импульсная последовательность через переключатель подается на схему совпадения.

Функцией схемы совпадения является пропуск последовательности прямоугольных импульсов за время действия стробирующего импульса, который поступает на второй вход схемы совпадения с выхода устройства управления.

Таким образом, на выходе схемы совпадения появляется количество импульсов, соответствующее измеряемой частоте, и подается на вход счетчика.

В данной конструкции используется четырехразрядный декадный счетчик. Выход каждого разряда счетчика подключается к дешифратору, который управляет работой семисегментного индикатора. Таким образом, на индикаторах отображается непосредственное значение измеряемой частоты.

Генератор образцовых импульсов ЭСЧ собран на логических элементах D1.1 и D1.2. Импульсы с частотой 1 МГц с его выхода подаются на декадный делитель частоты, собранный на D2-D7. С делителя частоты через переключатель SA1 сигналы подаются с необходимым периодом, соответствующим выбранному пределу измерения, на вход устройства управления. Оно собрано на логических элементах D8.1, D8.2, D9.1, D 9.2, D 10.1 и транзисторе VT4. Счетные импульсы подаются на вход формирующего устройства, собранного на логических элементах D1.3 и D1.4. С его выхода сформированная импульсная последовательность подается на вход схемы совпадения, собранной на D10.1. Каскад на элементах: диод VD 7, резистор R10, конденсатор С6, транзистор VT 4 определяет время подсчета измеряемой частоты и время индикации, которое можно изменять подбором R10.

С выхода 6 элемента D 9.2 поступают импульсы гашения индикатора в момент пересчета измеряемой частоты. Таким образом, на индикаторе появляется мигающее изображение измеряемой частоты. Причем частота мигания зависит от выбранного предела измерения. Перед каждым измерительным циклом на счетчик поступает обнуляющий импульс с вывода 5 триггера D 8.1. Счетные импульсы подаются на вход счетчика с вывода 12 элемента D 1.4.

Счетчик реализован на микросхемах D 11-14. Подсчитанное число в двоичном коде с выхода каждого счетчика подается на вход соответствующего дешифратора, который преобразует двоичный код в код для управления семисегментными индикаторами HG 1 - HG 4.

Дешифратор собран на микросхемах D15 - D18. В зависимости от выбранного предела измерения в соответсвующем разряде загорается точка, разделяющая соответствующие десятичные разряды измеряемой частоты.

Погрешность измерений.

При любых измерениях показания измерительных приборов отличаются от действительных значений искомых величин из-за погрешностей измерений.

Причины появления погрешностей могут быть различными, например несовершенство измерительного прибора, несовершенство метода измерения, влияние условий окружающей среды, индивидуальные свойства экспериментатора.

Погрешности делятся на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность измерения равна разности между показанием прибора А и действительным значением Ад измеряемой величины:

А = А - Ад

Относительная погрешность выражается в процентах и бывает двух видов:

1) Действительная относительная погрешность, равная отношению абсолютной

погрешности к действительному значению измеряемой величины:

Aд=(А/Ад)*100%.

2) Номинальная относительная погрешность, равная отношению абсолютной погрешности к измеренному значению исследуемой величины, т. е. к показанию прибора:

Aн=(А/Ад)*100%.

Для большинства радиоизмерительных приборов, в отличие от электроизмерительных, деление на классы точности не производится. Допустимые величины относительных и абсолютных погрешностей устанавливаются ГОСТ или техническими условиями. Эти значения приводятся в технической документации на прибор.

Литература.

1. Терешин Г. М. Пышкина Т. Г. "Электрорадиоизмерения". Издательство "Энергия", 1975 г.

2. "Электрические измерения" под редакцией В. Н. Малиновского Энергоиздат, 1982 г.

3. И. Ю. Зайчик "Практикум по электрорадиоизмерениям". Издательство "Высшая школа", 1979 г.

mirznanii.com

Метод дискретного счета. Электронно-счетные частотомеры

В настоящее время наиболее широко используются электронно-счетные частотомеры со знаковой индикацией результата измерений, в которых реализуется метод дискретного счета (цифровой метод измерения частоты). Сущность этого метода заключается в подсчете числа периодов неизвестной частоты ха определенный интервал времени.

По принципу действия электронно-счетные частотомеры относятся к приборам прямого преобразования, осуществляющими счет числа идентичных событий за интервал времени измерения. В зависимости от значения этого интервала (временной базы) различают

- частотомеры средних значений, в которых измерение осуществляется за интервал времени t0 > Тх, как в интегрирующих цифровых приборах;

- частотомеры мгновенных значений, в которых осуществляется измерение частоты за один период колебаний, как в неинтегрирующих цифровых приборах.

Наибольшее распространение получили частотомеры средних значений, структурная схема которых приведена на рисунке 3.5.3.

Рисунок 3.5.3 – Обобщенная структурная схема цифрового частотомера.

В режиме измерения частоты сигнал подается на вход 1, а переключатель S находится в положении «fx». Формирующее устройство 1 (ФУ1) предназначено для преобразования гармонических сигналов в однополярные импульсы, следующие с периодом Тх, соответствующим fх(счетные импульсы), а ФУ2 – в импульсы с периодом Т0, соответствующим образцовой частоте f0 сигнала кварцевого генератора. На входе ФУ1 (входное устройство 1 ВУ1) включается компенсированный делитель напряжения или аттенюатор, с помощью которого устанавливается напряжение, необходимое для нормальной работы ФУ.

Для формирования меток времени предназначен блок образцовых частот (БОЧ) в составе кварцевого генератора с делителями и умножителями частоты. БОЧ позволяет получить импульс временной базы с необходимой длительностью t0 или периодическую последовательность импульсов с калиброванным периодом. Формирование импульса t0, который определяет время измерения и называется временем счета, осуществляется в устройстве управления (УУ). В этом же устройстве вырабатывается импульс сброса для обнуления счетчика и индикатора и сигнал для блокировки селектора. Блокировка селектора необходима для сохранения показаний индикатора на некоторый интервал времени. Селектор открывается на установленный интервал времени t0 и пропускает на счетчик импульсы, следующие с периодом Тх. Полученная информация с помощью дешифратора, входящего в состав индикатора, дешифрируется и отображается на цифровом табло в единицах измеряемой частоты.

Счетные импульсы, сформированные из сигнала Uх, поступают на вход временного селектора. Селектор открыт во время действия импульса длительностью t0, сформированного из сигнала БОЧ. Следовательно, счетчик зафиксирует число импульсов N, которое без учета погрешности дискретности можно определить из формулы t0 = N×T0. Откуда значение частоты будет определяться из соотношения

fx = N / t0.

Источниками погрешности при измерении частоты будут относительная нестабильность частоты кварцевого генератора d0 и погрешность дискретности, равная 1/N. Погрешность дискретности обусловлена тем, что за время измерения счетчик сосчитает только целое количество импульсов, а часть периода будет потеряна в начале и в конце времени счета t0. Наличие делителей частоты в БОЧ позволяет уменьшить погрешность дискретности при измерении низких частот.

При измерении периода переключатель S переводится в положение Tх, а сигнал подается на вход 2. Интервал времени измерения определяется величиной Tх, а счетными являются импульсы, сформированные из частоты кварцевого генератора. Для уменьшения погрешности дискретности частота кварцевого генератора умножается в требуемое число раз. Следовательно, период сигнала можно определить по формуле

, где n – 0, 1, 2, … .

В диапазоне низких и инфранизких частот (при больших значениях Тх и n) интервал времени измерения может быть равен Тх, то есть частота измеряется за один период  сигнала. В этом режиме частотомер является неинтегрирующим. В реальных схемах предусматривается возможность измерения и нескольких периодов Тх с последующим усреднением результатов измерений. Интервал времени измерения регулируется в УУ и может быть равным 10mТх. Тогда .

Относительная погрешность измерения периода определяется по таким же образом, как и для частоты.

Одним из способов повышения точности измерения частоты является переход от измерения частоты к измерению периода. Кроме того, могут использоваться способы умножения измеряемой частоты, нониусный (верньерный) способ растяжки дробно части периода и преобразование частоты fх в напряжение с последующим измерением его с помощью цифрового вольтметра.

С помощью электронно-счетного частотомера можно измерять отношение двух частот. В этом ежимее переключатель S ставится в положение f1/f2, сигнал с большей частотой (f1) подается на вход 1, а сигнал с меньшей частотой (f2) – на вход 2. Следовательно, время счета t0 формируется из сигнала с частотой f2, а в качестве счетных используются импульсы, которые формируются из сигнала с частотой f1. Количество импульсов N, которые сосчитает счетчик, будет равно искомому отношению частот.

Основным фактором, ограничивающим диапазон частотомера сверху, является погрешность дискретности. Диапазон частот сверху ограничен быстродействием счетчика и составляет примерно 200 МГц. Для расширения частотного диапазона в сторону ВЧ и СВЧ используются два способа: предварительное деление частоты входного сигнала и преобразование частоты.

students-library.com

Частотомер - это... Что такое Частотомер?

Частотоме́р (неправ. частотометр) — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Классификация

• По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).
• По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).
• По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.
• По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.
  • В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а также отчасти конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.
  • В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

Электронно-счетные частотомеры

• Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.
• ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц — десятков гигагерц используются дополнительные блоки — делители частоты и переносчики частоты.
• Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.
• Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.
• НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов
• ПРИМЕРЫ: Ч3-33, Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.

• НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов
• ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55

Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

• НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам
• ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10Гц до 1МГц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%.

• НАЗНАЧЕНИЕ: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры
• ПРИМЕРЫ: Ф5043

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.

• НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
• ПРИМЕРЫ: В80, В87

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие по другим принципам.

• НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
• ПРИМЕРЫ: Д416, Э353, Ц1736, М800, С 300 М1-1

Наименования и обозначения

• Устаревшие наименования
  • Волномер — для резонансных и гетеродинных частотомеров
  • Герцметр — для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров
• Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)
  • Вхх — вибрационные частотомеры
  • Дхх — приборы электродинамической системы
  • Эхх — приборы электромагнитной системы
  • Мхх — приборы магнитоэлектрической системы
  • Цхх — приборы выпрямительной системы
  • Фхх, Щхх — приборы электронной системы
  • Нхх — самопишущие приборы
• Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094
  • Ч2-хх — резонансные частотомеры
  • Ч3-хх, РЧ3-хх — Электронно-счетные частотомеры
  • Ч4-хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

Основные нормируемые характеристики частотомеров

Литература

• Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.: Энергоатомиздат, 1983
• Справочник по радиоизмерительным приборам: В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова — М.: Сов. радио, 1979

Нормативно-техническая документация

• ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения
• ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам
• ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия
• ГОСТ 22335-85 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний
• ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия
• ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки
• ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки
• ОСТ 11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры
• МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки

Ссылки

См. также

dic.academic.ru

---

• 
  Моэк график отключения
• 
  Температура плавления припоя оловянного
• 
  Несвоевременная поверка счетчиков воды
• 
  Где находится ростовская аэс
• 
  Светодиод устройство
• 
  Солнечная мобильная электростанция
• 
  Электросеть малаховка
• 
  Двигателя ток
• 
  Потолочный светильник как установить
• 
  Тарифы на электроэнергию в московской области в 2018 году
• 
  Допуск по электробезопасности 2 группа