Коды, применяемые в ЦСИ. ЦСИ уравновешивающего или компенсационного типа. Сравнение аналоговых и цифровых измерительных средств. Преобразователи кодов. Основные характеристики и схемы, страница 7

При кварцевой стабилизации частоты мультипликативную составляющую погрешности можно получить на уровне .

Аддитивная составляющая погрешности растет с уменьшением измеряемой частоты. Чтобы обе составляющие были одного порядка, . Поэтому высокоточные цифровые частотомеры имеют разрядность 9-10 знаков. Если измеряемая частота изменяется в небольших пределах, то при измерении низких частот можно использовать схемы частотомеров номинальных значений или процентного частотомера. Обе схемы обладают небольшой методической погрешностью, связанной с отклонением  от её номинального значения.

Схема частотомера номинальных значений.

Для работы схемы должна быть наперед задана номинальная частота измеряемого сигнала. Импульсы измеряемой частоты после усилителя-формирователя УФ заполняют цифровой счетчик ЦС до некоторого значения n₁. Таким образом, счетчик через триггер Тг открывает ключ Кл на время . В это же время реверсивный цифровой счетчик РЦС из начального заданного перед началом измерения значения n₂ вычитает импульсы опорного генератора тактовых импульсов. Число n₂ принимают в два раза большим числа импульсов, поступающих в ГТИ за время измерения  при номинальной частоте . . К концу измерения в РЦС будет занесено число: . Учитывая, что , получим:.

Лекция 11

Структурная схема процентного частотомера.

В процентном частотомере импульсы измеряемой частоты через усилитель-формирователь УФ и делитель частоты DЧ₁ перебрасывают триггер ТГ₁ на время , где  – коэффициент деления делителя DЧ₁. При этом триггер ТГ₁ запускает генератор тактовых импульсов и на время  запирает ключ Кл по верхнему входу. Импульсы опорной частоты через делитель частоты DЧ₂ перебрасывают триггер ТГ₂ на время , где – коэффициент деления DЧ₂, Т₀ – период импульсов генератора тактовых импульсов ГТИ. При этом ключ Кл открывается на время  и за это время на цифровой счетчик ЦС поступает количество импульсов опорной частоты, равное .

Если выполнить условие , то получим .

Если =100, а  незначительно отличается от  _ном, то n мы получим в % – отклонение от номинальной частоты.

Цифровой частотомер является базовым устройством для создания тахометров, при использовании преобразователей числа оборотов в число электрических импульсов.

Если преобразователь оборотов выдает импульсы частотой , , где  – постоянная преобразователя, – то за время счета счетчик зафиксирует количество импульсов, равное: .

Для удобства должно быть кратно 10.

Цифровые измерители временных интервалов.

Под цифровыми измерителями временных интервалов (цифровые хронометры) понимают измеритель временных промежутков, выдающих результат в цифровой форме.

Это могут быть:

а) измерители периода Т синусоидальных или любых сигналов другой формы;

б) измерители длительности импульса или длительности паузы (и );

в) измерители любых других временных промежутков;

Как можно заметить, сравнивая рисунок 2 и рисунок 1 предыдущей лекции структурная схема измерителя временных интервалов практически не отличается от структурной схемы цифрового частотомера. Единственное  различие заключается в отсутствии делителя частоты. Однако это отличие существенно, так как благодаря ему в схемах происходят обратные действия. В цифровом частотомере временной интервал, созданный ГТИ и DЧ заполняется импульсами измеряемой частоты, а в измерителе временных интервалов измеряемое время заполняется импульсами тактовой частоты. . Откуда можно получить: , где  – квант.

 Из структурной схемы видно, что погрешности измерителя временных интервалов такие же, как и цифрового частотомера, поскольку используются одни и те же блоки.

Относительная погрешность данной схемы:

                (1).

Очевидно, что структурная схема позволяет мерить кроме временных интервалов еще и частоту по зависимости  при условии, что измерения ведутся с высокой степенью точности.

Анализируя формулу (1), легко заметить, что аддитивная составляющая погрешности уменьшается с увеличением периода измеряемого сигнала, с увеличением измеряемого интервала. Следовательно, прибор, изображенный на рисунке 2, можно использовать как частотомер для измерения НЧ.

Время измерения прибора равно периоду измеряемого сигнала, то есть равно , это значит, что после каждого периода измеряемого сигнала мы получаем обновленное значение. Это значит, что мы получаем не усредненное, а мгновенное значение периода сигнала.

Как видно из формулы (1), с уменьшением периода измеряемого сигнала аддитивная погрешность растет. С этим можно бороться, добавляя делитель частоты. На рисунке 2 он отмечен штрихпунктирной линией.

В этом случае количество импульсов будет равно . Относительная погрешность: .

Заметим также, что схема, использующая делитель частоты, измеряет усредненное значение периода, а быстродействие прибора снижается в  раз, где   – коэффициент DЧ.

Структурные схемы измерителей временных интервалов для измерения времени импульса, времени паузы или других временных промежутков практически не отличаются от структурной схемы измерителя периода.

Лекция 12

Погрешностями данной схемы кроме нестабильности генераторов тактовых импульсов являются также погрешность квантования интервалов  и , максимальное значение которых, как видно из рисунка 1, не может превышать периода опорной частоты Т. Чтобы повысить точность измерений путем сведения в ноль времени  вместо генератора тактовых импульсов ГТИ можно использовать специальный генератор ударного возбуждения, который начинает генерировать импульсы в момент поступления переднего фронта интервала  (измеряемого интервала времени). Малая стабильность генератора подобного типа не позволяет добиваться высокой точности измерений. Для повышения точности измерений можно уменьшать период T₀. Если дальнейшее уменьшение T₀ невозможно, можно использовать синхронизацию импульсов ГТИ и переднего фронта импульсов измеряемого интервала времени ( будет =0).