После окончания подсчета числа импульсов, пропущенных ключом К, выполняют вычисление fx=1/Тх. Относительная погрешность измерения частоты таким способом оценивается сверху значением :
(7)
В этом случае время измерения не является постоянным, оно обратно пропорционально измеряемой частоте и значительно меньше, чем Ти в первом варианте.
6.2 Принцип действия цифрового частотомера в режиме измерения интервала времени
Принцип измерения интервала времени с помощью цифрового частотомера (который допускает переключение на этот режим) тот же самый, что и описанный выше принцип измерения периода. Разница лишь в том, что на этот раз усилитель-формирователь вырабатывает импульсы, открывающие и закрывающие ключ К, в моменты времени, интервал между которыми нужно измерить.
Эти моменты времени определяются сигналами релейного типа (то есть скачкообразными) которые могут поступать от различных источников, и поэтому для реализации такого режима усилитель-формирователь должен иметь два раздельных входа. Относительная погрешность измерения интервала времени Тх в нормальных условиях эксплуатации (основная погрешность) нормируется формулами, аналогичной формулам (5) и (6):
(8)
(9)
6.3. Преобразование напряжения в частоту и в цифру
Один из способов преобразования напряжения в частоту иллюстрируется графиком рис. 9. Горизонтальные линии представляют постоянные напряжения: одно из них U0 стабилизировано, другое Uxl (или Ux2) напряжение, преобразуемое в частоту. Всегда Uх<U0. Пилообразное напряжение между горизонтальными линиями - напряжение на конденсаторе С, который заряжается и разряжается стабильным током, значение которого регулируется сопротивлением R. От значения емкости С конденсатора зависит наклон пилообразного напряжения. Переключение конденсатора на заряд или на разряд выполняется быстродействующим электронным ключом в моменты, когда напряжение на конденсаторе сравняется с напряжением U0 или Uxl (Ux2) Ясно, что чем больше Uх, тем чаще происходят эти переключения и тем больше частота на выходе преобразователя.
Частота пилообразного напряжения зависит также и от наклона, то есть от скорости заряда и разряда конденсатора. В итоге статическая характеристика преобразования ПНЧ имеет вид:
(10)
где КМ – коэффициент пропорциональности, который определяется параметрами микросхемы ПНЧ и сопутствующих электронных элементов.
В настоящее время выпускаются специальные микросхемы ПНЧ (преобразователи напряжения в частоту), которые дают пользователю возможность создать на их основе ПНЧ с нужными характеристиками путем подсоединения к этим микросхемам подходящих резисторов и конденсаторов. Одна из таких микросхем использована в лабораторном макете. Современные микросхемы ПНЧ позволяют создавать конструктивно законченные преобразователи "напряжение - частота" со следующими возможностями :
- выходная частота до 10 МГц,
- предел допускаемой основной относительной погрешности 0.01%,
- диапазон входных напряжений от долей вольта до 10 В.
Расширение диапазона преобразуемых напряжений достигается обычными средствами: усилителями - в сторону снижения входного напряжения и делителями напряжения - в сторону повышения.
Обратим внимание на то, что цепочка, составленная из ПНЧ и подключенного к его выходу частотомера, есть не что иное, как аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а если учесть наличие у частотомера цифрового индикатора и при условии приведения показаний частотомера к размеру единицы входного напряжения, - то и цифровой вольтметр.
Погрешность такого АЦП или вольтметра будет содержать в себе аддитивную и мультипликативную составляющие и поэтому должна нормироваться двучленной формулой вида (см. формулу (2.10) в п. 2.4 части I Лабораторного практикума):
, где d - предел допускаемой
приведенной аддитивной составляющей погрешности, с- сумма предела допускаемой
относительной мультипликативной составляющей погрешности и d, Uк
- конечное значение напряжения в диапазоне измерения, U-результат
измерения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.