Цифровые измерительные приборы (стр. 4 из 5)

где

- частота сигнала, вырабатываемого ЗГ.

Таким образом, с точностью до константы

измеряемая частота равна частоте ЗГ.

Из вышесказанного следует, что максимальная абсолютная погрешность дискретности:

,

а наибольшая относительная погрешность дискретности:

.

Из этих формул следует:

- чем меньше

, тем больше относительная погрешность дискретности;

- чем больше частота ЗГ, тем больше относительная погрешность дискретности.

Существует несколько путей уменьшения погрешности дискретности:

1) увеличение кратности частот

, т.е. уменьшение с помощью умножителя частоты измеряемого сигнала. Это приводит к аппаратурному усложнению частотомера, т.к. необходимо увеличение количества разрядов СИ;

2) увеличение длительности

, что тоже неудобно, т.к. определяет время измерения частотомера.

Поэтому на НЧ измеряют не частоту, а период колебаний сигнала.

Электронно-счётный частотомер представляет собой многофункциональный прибор, позволяющий измерять частоту, период, длительность импульса, кратность частот.

Построение цифровых фазометров

Приборы для измерения фазового сдвига называются фазометрами.

Фазовый сдвиг – модуль разности начальных фаз гармонических сигналов одинаковой частоты.

Широкое распространение получили фазометры, построенные на основе метода дискретного счёта, в связи с чем, рассмотрим метод преобразования фазового сдвига в интервал времени.

Исследуемые сигналы преобразуются в последовательность коротких импульсов, например, эти импульсы формируются в моменты перехода напряжения сигнала через «нуль» (когда производные имеют одинаковый знак). Интервалы времени между двумя ближайшими короткими импульсами пропорциональны фазовому сдвигу:

;

.

Рис. 3.11.

Для уменьшения влияния помех на результат измерения, измеряют не мгновенное, а среднее значение фазового сдвига, для чего необходим формирователь длительности времени измерения

, т.е. «временных ворот».

Рис. 3.12.

Рис. 3.13. Аппаратурная реализация электронно-счётного фазометра

ВхУ – входное устройство, ФИ – формирователь импульсов, УУ – устройство управления, ВС – временной селектор, ГСИ – генератор счётных импульсов, СИ – счётчик импульсов, ЦОУ – цифровое отсчётное устройство.

Исследуемые сигналы в виде напряжений

и (одинаковой частоты) через входные устройства ВхУ1 и ВхУ2 поступают на формирователи импульсов ФИ, назначение которых – преобразовать входные сигналы в последовательности коротких импульсов в определённые моменты времени. Сформированные импульсы поступают на вход УУ, на выходе которого формируются импульсы длительностью , по форме близкие к прямоугольным; эти импульсы поступают на один вход временного селектора ВС, на другой вход поступает сигнал с выхода генератора счётных импульсов ГСИ; счётчик СИ подсчитывает количество импульсов, прошедших через ВС за время .

Такая аппаратурная реализация используется для измерения мгновенных значений сдвига фаз.

Основным недостатком таких устройств является подверженность влиянию помех, в результате чего фазовые сдвиги изменяются случайным образом, поэтому чаще используются фазометры, измеряющие средние значения фазовых сдвигов за определённый интервал времени.

Рис. 3.13. Структурная схема фазометров, измеряющих средние значения фазовых сдвигов за определённый интервал времени.

ВхУ – входное устройство, ФИ – формирователь импульсов, УУ – устройство управления, ВС – временной селектор, ГСИ – генератор счётных импульсов, ДЧ – делитель частоты, СИ – счётчик импульсов, ЦОУ – цифровое отсчётное устройство.

Для построения таких фазометров добавляют ВС2, на один вход которого подаётся строб-импульс. Длительность интервала времени измерений задают так, чтобы

, где - период исследуемого сигнала, - количество пачек счётных импульсов. СИ подсчитывает количество импульсов , поступивших на его вход за интервал времени .

;

;

,

где

, . Тогда с точностью до константы .

Основные источники погрешностей:

1) несинхронность во времени исследуемых сигналов и счётных импульсов, что приводит к появлению погрешности дискретности, для уменьшения которой в электронно-счётных фазометрах счётные импульсы формируют из одного из исследуемых сигналов

или путём умножения частоты;

2) погрешность, обусловленная неточным определением момента перехода сигналов через нуль. В связи с этим, большое значение имеет отсутствие искажений формы исследуемых сигналов.

4. ПРИМЕР СОВРЕМЕННОГО ЦИФРОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА. ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ СК6-13

Рис. 4.1. Внешний вид цифрового измерителя нелинейных искажений СК6-13

Автоматизированный цифровой прибор СК6-13 предназначен для измерения коэффициента гармоник при работе со встроенным генератором и среднеквадратического значения напряжения. Измеритель СК6-13 состоит из измерителянелинейных искажений и перестраиваемого синхронно с ним генератора, чтопозволяет повысить производительность измерений при сокращении необходимых измерительных средств. Прибор СК6-13 обеспечивает автоматическое иручное переключение пределов измерения, возможность запоминания значенийчастоты и напряжения генератора, вывод результата измерения на печать.

Основные технические характеристики прибора СК6-13

1. Диапазон рабочих частот: при измерений коэффициента гармоник –10 Гц – 120 кГц; при измерении напряжения – 10 Гц – 600 кГц;

2. Диапазон измерения коэффициента гармоник (для входных напряжений0.1... 100 В) 0,003-100% на пределах 0.01, 0.1, 1, 10, 100%;

3. Диапазон измерения среднеквадратического значения напряжения синусоидальной и искаженной формы (с КГ не более 30%) — 100 мкВ ...100 В на пределах 1, 10, 100 мВ;

1, 10, 100 В в частотном диапазоне10 Гц . . . 600 кГц;

4. Входное сопротивление прибора 15 кОм в режиме измерения КГ и неменее 500 кОм в режиме измерения напряжения;

5. Диапазон установки напряжения встроенного генератора – 1 мВ…9.99В, выходное сопротивление Rвых=600 Ом. Для напряжений 1…99.9 мВ (со встроенным делителем) Rвых не более 10 Ом.

Метрологические параметры прибора

1. Основная относительная погрешность измерения коэффициентагармоник

[%];

2. Основная погрешность измерения напряжения

[В];

3. Погрешность установки частоты встроенного генератора ±0.01f, напряжения

[В];

4. Коэффициент гармоник встроенного генератора составляет 0.002…0.004% в диапазоне частот 100 Гц…20 кГц и не хуже 0.02% в диапазоне 20…120 кГц.

Прибор позволяет вывести результат измерения в двоично-десятичном коде 8-4-2-1 на разъем принтера.Прибор состоит из трех блоков – измерителя, генератора и микропроцессорной системы (рис. 4.2).