Файл: Атамалян Э.Г. Методы и средства измерения электрических величин учеб. пособие.pdf

Основная особенность метода дискретного счета, положенного в основу работы цифровых частотомеров, состоит в увеличении погреш­ ности измерения при уменьшении частоты. Поскольку Д = N/At, то погрешность измерения частоты

Величина первой составляющей ДN/N (погрешности дискретности) зависит от соотношения At — «временных ворот» частотомера (времени

Из (6-23) следует, что относительная погрешность измерения нич­ тожна при измерении высоких частот и велика при измерении низких

При измерении высоких частот погрешность обусловлена в основ­ ном нестабильностью кварцевого генератора, а при измерении низких частот — погрешностью дискретности.

Для уменьшения погрешности измерения низких частот в цифровых частотомерах увеличивают временные ворота, если измеряемая частота не очень мала; применяют умножители, позволяющие повышать изме­ ряемые частоты в 10я раз; переходят от измерения частоты исследуе­ мого сигнала к измерению его периода.

138

Основные преимущества цифровых частотомеров следующие: боль­ шой диапазон измеряемых частот; высокая точность измерения; воз­ можность отсчета измеряемой величины в цифровой форме.

Цифровые частотомеры кроме частоты и длительности периодов измеряют отношение, сумму двух частот, длительности импульсов, частоту их исследования.

Цифровые частотомеры выполняют на лампах и транзисторах, ра­ ботающих в широком диапазоне низких и высоких частот.

§ 6-7. Резонансный метод (общие сведения]

Частотомеры, использующие явление электрического резонанса, представляют собой колебательную систему, настраиваемую в резо­ нанс с измеряемой частотой. Состояние резонанса фиксируют по наи­ большим показаниям индикатора резонанса, пропорциональным току (напряжению) в колебательной системе. Измеряемую частоту отсчиты­ вают непосредственно по шкале калиброванного элемента настройки (в частотомерах малой точности) или с помощью градуировочных таб­ лиц и графиков.

Частотомеры содержат колебательные контуры с сосредоточенными постоянными (измеряющие частоты до 200 МГц) и распределенными постоянными (измеряющие частоты выше 200 МГц).

Резонансный метод прост, удобен, погрешность измерения при его применении составляет десятые и сотые доли процента.

§ 6-8. Измерение временных параметров

Многие задачи радиоэлектроники, автоматики, экспериментальной физики, вычислительной техники и других областей решают измере­ нием интервалов времени, составляющих величины от десятых долей наносекунды до сотен секунд. Временные интервалы, представляемые в виде длительности импульсов, временных сдвигов импульсов отно­ сительно друг друга, длительности фронтов импульсов и т. п., можно измерить на экране осциллографа с помощью калибратора времени, калиброванной развертки, методом калиброванной задержки, а также с помощью растяжки-развертки (лупы времени).

Измерение временных параметров с помощью осциллографа. И з м е р е н и я в р е м е. н н ы х п а р а м е т р о в к а л и б р а -

т о р о м в р е м е н и . Сигнал, поданный на вертикально отклоняю­ щие пластины трубки, при включении калибратора времени будет изображаться прерывисто в виде ярких меток. Временной интервал tx определяется произведением числа меток п, укладывающихся на изме­ ряемом участке, на цену маркерной метки Тк, т. е. на период напряже­ ния калибратора длительности:

Чем больше число меток, тем выше точность. Абсолютная погреш­ ность измерения времени составляет половину метки; точность изме­ рения ± 10%. В осциллографах специального назначения калибра­

ционное напряжение подается непосредственно в канал вертикального

интервал определяется произведением фиксированной длительности Др на расстояние /v, занимаемое интервалом и отсчитанное по шкале эк­

рана трубки: /, = Д р/,. (6-25)

Если Д р — цифровое значение индекса длительности — выражено в микросекундах на сантиметр, а 1Х — в сантиметрах, то измеряемый временной интервал tx будет выражен в микросекундах. Измерение осуществляется при максимально возможном растяжении исследуемого импульса по рабочей части экрана (практически до 100%). Точность

измерения ± 5 % .

М е т о д к а л и б р о в а н н о й з ' а д е р ж к н . Измерение времен­ ного интервала данным методом осуществляют следующим образом: начало развертки плавным измене­ нием времени задержки последова­ тельно совмещается по экрану с началом и концом измеряемого вре- , меннбго интервала. Временной ин­ тервал определяется произведением

фиксированной длительности на разность показаний лимба. Этот ме­ тод осуществлен в специальных осциллографических измерителях типа И2-9А, обеспечивающих точность измерения ± 1 % при измерении временных параметров повторяющихся импульсов.

Электронносчетные измерители интервалов времени. В последнее время все большее развитие и распространение получают электрон­ носчетные измерители интервалов времени. При измерении интервалов времени этими приборами необходимо учесть, что измеряемый времен­ ной интервал может задаваться периодическими, непериодическими и однократными сигналами; импульсными сигналами, снимаемыми с вы­ ходов различных приборов; интервалом между двумя импульсами на неодинаковых для обоих импульсов уровнях амплитуд; интервалом между различными уровнями одного и того же импульса и т. д.

Следовательно, электронносчетные измерители интервалов времени имеют два входных формирующих устройства, одно из которых форми­ рует «стартовый», а другое — «столовый» импульсы, определяющие соответственно начало и конец измеряемого временного интервала. В формирующих устройствах предусмотрена специальная регулировка уровней формирования для возможности измерения временных интер­ валов на различных уровнях входных сигналов.

Метод последовательного счета. На рис. 6-11 дана структурная схема измерителя интервалов времени, построенного по методу после­ довательного счета. Импульсные сигналы, временной интервал между которыми измеряют, подают на формирующие устройства ФУ1 и ФУ2.

140

С выхода этих устройств на временной селектор поступают «стартовый»

и«стоповый» импульсы. В течение промежутка времени, определяемого «стартовым» й «стоповым» импульсами, через временной селектор ВС проходят импульсы от генератора образцовой частоты ГОЧ. Количе­ ство прошедших импульсов N определяется счетчиком импульсов СчЙ

иявляется цифровой формой представления измеряемого интервала tx:

где Т0 — длительность периода импульсов образцового генератора. Метод преобразования измеряемого интервала времени в ампли­

туду с последующим преобразованием в интервал времени:

tx -+U -+ТХ. (6-27)

Этот метод позволяет перейти от сложного измерения малого ин­ тервала к более простому измерению большого интервала: Тх = ktx, где k — коэффициент преобразования.

Рис. 6-12. Структурная схема измерителя интервалов времени с преобразованием масштаба времени

Структурная схема прибора с преобразованием масштаба времени приведена на рис. 6-12. «Стартовый» и «стоповый» импульсы, создавае­ мые формирующими устройствами ФУ1 и ФУ2, поступают на формиро­ ватель прямоугольных импульсов ФПИ (длительность сформирован­ ного прямоугольного импульса равна длительности измеряемого вре­ менного интервала /v). Сформированный импульс поступает на вход время-амплитудного преобразователя ВАП. Последний представляет собой генератор пилообразного напряжения, время нарастания кото­ рого определяется длительностью прямоугольного импульса, а следо­ вательно, и измеряемого временного интервала. Таким образом, про­ исходит преобразование времени в амплитуду. Следующий затем амплитудно-временной преобразователь АВП преобразует амплитуду в пропорциональное время. С выхода АВП импульс длительностью Тх = ktx поступает на временной селектор ВС, и счетчик импульсов СчИ подсчитывает количество импульсов генератора образцовой ча­ стоты ГОЧ за этот интервал времени. Измеряемый интервал времени

tx = {NTо)Ik.

Основными преимуществами электронносчетных измерителей интер­ валов времени является их точность, цифровой отсчет показаний, боль­ шая скорость измерений.

Технические данные измерителей частоты и интервалов времени приведены в табл. 6-1, 6-2.

141