Метод дискретного счета Измерение частоты следования импульсов

Формируют временные ворота калиброванной и известной длительности (рис. 8.1, а) с неизвестной частотой (периодом ). Подсчет числа импульсов, попадающих в интервал , дает , (8.1)	б) а) а)
	Рис. 8.1. Принцип измерения частоты дискретным счетом

Откуда

(8.2)

Измерение частоты гармонического напряжения

В этом случае необходимо предварительно преобразовать гармоническое напряжение частотой (период ) в периодическую последовательность коротких импульсов, положение которых на оси времени соответствует точкам перехода гармонического напряжения через ось с производной одного знака (рис. 8.1, б). Очевидно, частота следования этих импульсов равна .

Реализуется метод в приборах, получивших название электронно-счетных или цифровых частотомеров (вид Ч3). Они считают число импульсов, равное числу периодов сигнала измеряемой частоты, за строго калиброванный интервал времени , например за 1 с. Если в течение интервала сосчитано n импульсов, то среднее значение измеряемой частоты за время

(8.3)

Временные ворота выбирают так, чтобы = с, где b = 0; ±1; ±2 и т. п. Тогда Гц.

В случае, когда = 1 c, Гц. Результаты измерений фиксируются в цифровой форме.

Сигнал, частоту которого необходимо измерить, поступает на вход А прибора (рис. 8.2). Формирователь преобразует синусоидальное напряжение измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов, частота следования которых равна частоте синусоидального сигнала.

Рис. 8.2. Структурная схема электронно-счетного частотомера

(режим измерения частоты)

Эти импульсы поступают на вход 1 временного селектора. Они проходят в счетчик лишь тогда, когда на входе 2 селектора действует стробирующий импульс (временные ворота) строго определенной длительности. Последний задается кварцевым генератором и окончательно формируется в схеме формирования и управления. Счетчик подсчитывает число импульсов, проходящих на его вход за время действия калиброванного стробирующего импульса.

Делитель частоты представляет собой набор k декад, каждая из которых уменьшает частоту следования импульсов в 10 раз. Общий коэффициент деления получается равным . В зависимости от числа используемых декад с различных выходов делителя могут сниматься импульсы напряжения с различными частотами следования. Так, при = 10 МГц эти частоты составят 1 МГц; 100; 10 и 1 кГц; 100; 10; 1 и 0,1 Гц. Периоды следования импульсов определяют продолжительности интервалов времени счета. При этом используются временные ворота с длительностями 0,0001; 0,001; 0,01; 1; 10 с.

Схема формирования и управления содержит формирователь временных ворот, реле времени индикации и сброса показаний счетчика на нуль, переключатель видов измерений.

Погрешности измерения частоты электронно-счетным частотомером:

– погрешность меры определяется нестабильностью частоты кварцевого генератора, погрешностью установки частоты генератора по образцовой частоте при выпуске с завода-изготовителя и погрешностью образцовой меры, по которой устанавливалась частота. Например, средняя относительная нестабильность частоты кварцевого генератора частотомера Ч3-39 не превышает следующих значений: за 1 с; за сутки;

– погрешность преобразования связана с формированием импульсов из напряжения гармонического сигнала;

– погрешность сравнения определяется главным образом погрешностью дискретности, обусловленной тем, что фронт и срез временных ворот не синхронизированы с моментами появления заполняющих ворота импульсов. Максимальное значение абсолютной погрешности дискретности составляет ±1 младшего разряда счета.

Абсолютная погрешность дискретности

, (8.4)

причем значение выражено в герцах, если интервал выражен в секундах.

Относительная погрешность дискретности

(8.5)

Погрешность фиксации результата сравнения может иметь место только при ненормальном функционировании счетчика (предполагается, что он правильно выбран по емкости и быстродействию).

Предел допускаемой абсолютной погрешности электронно-счетного частотомера

, (8.6)

где – общая погрешность меры (кварцевого генератора).

Соответственно предел допускаемой относительной погрешности, выраженной в процентах от измеряемого значения

(8.7)

В области низких частот погрешность дискретности является определяющей.