ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

«Измерение частоты и периода электрических сигналов»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ»

для студентов, обучающихся по специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»

Ижевск 2006

УДК 621.317

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы

«Измерение частоты и периода электрических сигналов»

по дисциплине «Метрология, стандартизация и технические измерения»

для студентов, обучающихся по специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств»

Составитель: Ю.М.Пепякин, О.В.Соломенников

Данные методические указания предназначены для студентов Приборостроительного факультета при выполнении лабораторной работы «Измерение частоты и периода электрических сигналов» по дисциплине «Метрология, стандартизация и технические измерения».

Приведены контрольные вопросы для подготовки к лабораторной работе.

1. Цель работы

Получение навыков измерения частоты и периода электрических сигналов. Зна­комство с устройством и характеристиками резонансного и электронносчетного частотомеров.

2. Подготовка к работе (домашнее задание)

Изучить по литературе [1], [2], [3] теоретический материал, относящийся к данной работе.

Для самопроверки готовности к выполнению работы сформулировать ответы на следующие вопросы, которые могут быть заданы:

1. Нарисовать структурные схемы ЭСЧ в режиме измерения частоты и в режиме измерения периода, временные диаграммы сигналов на входе частотомера, первом и втором входах временного селектора и на его выходе.

2. Нарисовать структурную схему ЭСЧ в режиме самоконтроля. Что можно проверить в таком режиме?

3. Написать формулы, по которым оценивают пределы абсолютных и относительных погрешностей измерения частоты и периода с использованием ЭСЧ. Назвать составляющие суммарной погрешности и объяснить их происхождение.

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

5. Каким образом в частотомере формируется импульс, определяющий время измерения в режиме измерения частоты?

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

7. Из каких соображений следует выбирать время измерения в режиме измерения частоты?

8. Каким образом в частотомере формируются метки времени?

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

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

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

12. Каким образом с помощью частотомера можно измерить отношение частот двух сигналов?

3. Краткие теоретические сведения.

Резонансные частотомеры имеют в своем составе колебательную систему, настраиваемую в резонанс с измеряемой частотой внешнего источника сигналов. Состояние резонанса фиксируют по максимальным показаниям индикатора резо­нанса. Измеряемую частоту отсчитывают непосредственно по шкале калиброван­ного элемента настройки (переменного конденсатора). Измеряемая частота может достигать 200 МГц, а точность обычно составляет 0,1-0,01%.

Электронно-счетные частотомеры являются цифровыми приборами. Они основаны на счете числа периодов измеряемой частоты за некоторый, строго оп­ределенный интервал времени, т.е. используют аналого-цифровое преобразование частоты в последовательность пересчитываемых импульсов. Погрешность этих частотомеров в основном определяется нестабильностью формирования калибро­ванного интервала времени и погрешностью квантования. Последняя уменьшается с увеличением измеряемой частоты. Электронно-счетные частотомеры являются наиболее точными (относительная погрешность может не превышать 10~⁷ %) и об­ладают всеми преимуществами цифровых приборов, поэтому они нашли широкое применение. Диапазон измеряемых частот - от 10 Гц до сотен мегагерц.

Относительная погрешность измерения частоты синусоидальных сигналов электронно-счетным частотомером не превышает значение

(1)

где δ₀ - относительная погрешность по частоте внутреннего опорного гене-

ратора, равная ± 1,5 • 10^-7;

f_и-измеряемая частота, Гц;

tсч - время счета, с.

Относительная погрешность измерения периода синусоидальных сигналов электронно-счетным частотомером не превышает значение:

(2)

где δ₀ - относительная погрешность по частоте внутреннего опорного

генератора, равная ±1,5-10^-7;

n - число усредняемых периодов (множитель периодов);

То - период тактовой частоты или частоты заполнения (метки времени), мкс;

Т_изм - измеряемый период, мкс.