Министерство образования и наук Украины

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт»

Кафедра автоматики и управления в технических системах

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

«Цифровые измерительные приборы»

по дисциплине «Метрология и измерения»

Выполнили студенты группы ИА-01

Кравченко Т.В.

Коваленко К.И.

Исходные данные:

№ варианта …………………………

2

Киев 2010

Цель работы:

Ознакомиться с работой цифровых измерительных приборов (ЦИП). Типа цифровых осцелографов.

Оборудование:

• цифровой измеритель временных интервалов

• цифровой частотометр

• цифровой фазометр

Выполнение работы:

Цифровые измерители временных интервалов

Ознакомление с принципом работы

1. П редназначены для измерения периода гармонических или импульсных сигналов и длительности импульсов. В основе измерения временных интервалов положен принцип подсчета числа периодов To импульсного сигнала Un(t) с образцовой частотой fo, заполняющих измеряемый интервал (период) -Tх.На рисунке представлена структурная схема ЦИП для измерения периода.

2. Исследуемый периодический сигнал Ux(t) поступает на вход усилителя-формирователя УФ, выходной сигнал Ut(t) которого представляет собой прямоугольные импульсы длительностью Тх, равной периоду измеряемого сигнала.

Проведение эксперимента

1. Подключим генератор сигнала к входным контактам осциллографа.

2. Сгенерируем входной сигнал с периодом Тх=3 секунды. Измерительный период возьмём равным То=0,1 секунда.

3. В идеале полученное значение количества должно было бы равняться 30, но полученное соотношение равно 29 (N = 2.9), так как несовпадение стартовых значений сигналов даёт ошибку в последнем периоде (то есть ровно на один период).

4. Согласно теоретическим расчётом максимальное значение подобной погрешности равно

кв =(ToN-(t1+t2),

а значит оно не превышает значения То.

5. Повторим этот эксперимент ещё 4 раза с разными значениями измеряемого периода частоты и занесём эти данные в таблицу 1. То оставим неизменным.

Таблица №1

№ замера	1	2	3	4	5
То (сек)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Тх (сек)	3	3.35	4.3	11	15
N	2.9	3.2	4.4	11.9	17.8
∆	0.1	0.15	0.1	1.9	2.8
Ε/100(%)	0.033	0.047	0.023	0.081	0.186

6. Действительно во всех первых четырёх замерах относительная погрешность не превышает значения 1/N, что объясняется следующим:

кв=To/Tx=1/N

7. Значение образцовой частоты fo определяется допустимой погрешностью измерения самого короткого временного интервала Т_х. 5-ый замер выпадает из ряда, значит дальнейшее с определённого значения (меньшего15) увеличение частоты невозможно.

Если дальнейшее увеличение частоты fo невозможно из-за ограниченного быстродействия счетчика, то для повышения точности применяют синхронизацию начала временного интервала Тх с импульсами опорной частоты (tO) и одновременно дополнительную оценку значения интервала t₂.

8. Значение образцовой частоты fo определяется допустимой погрешностью измерения самого короткого временного интервала Т_х. Определеним fo: минимаьный измеримый Т_х =0.05 сек., а так как при минимальное значение To=0.05 сек, то соотвественно максимальная допустимая погрешность в этом случае равна 0.05 сек. – а значит fo = 1/0.05 = 20 Гц.

Для уменьшения погрешности квантования применяют усреднение результатов за n периодов, что осуществляется путем подсчета импульсов образцовой частоты f₀ за временной интервал, равный n измеряемым периодам Т_х, с последующим делением показаний счетчика на n (n обычно равно 10^M где m - целое положительное число, тогда операция деления сводится к перенесению запятой в отсчете). Для этой цели в схему добавляют счетчик числа периодов, сигнал с выхода которого останавливает измерение. Погрешность квантования

_кв=1/nT_xf_o,

уменьшается в n раз, однако при этом необходимо увеличивать в n раз время измерения и емкость счетчика.

Другим распространенным методом уменьшения погрешности квантования временного интервала является метод совпадений или электронного нониуса.

Измерение длительности импульса происходит аналогично измерению периода.

Цифровые измерители частоты