Электронносчетный частотомер
Введение.
Данная методическая разработка является теоретическим пособием по электронносчетным частотомерам для учащихся специальностей "Радиоаппаратостроение" и "Электроника".
В ней содержатся сведения по общей методике построения ЭСЧ.
Необходимостью написания разработки является:
1) широкое применение ЭСЧ при решении различных измерительных задач
2) ограниченное время, отводимое для их изучения.
Пособие может быть использовано учащимися при изучении данной темы в курсе ЭРИ, при подготовке к лабораторным работам, а так же во время электроизмерительной практики.
Основные достоинства ЭСЧ.
В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые частотомеры выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.
Обычно ЭСЧ выполняются как универсальные приборы и позволяют помимо частоты измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества импульсов.
Обоснование выбора.
В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод полразумевает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило используется кварцевый генератор.
Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный делитель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управления. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирующего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.
Принцип действия.
На вход прибора подаются сигналы определенной частоты, как синусоидальной формы, так и импульсной формы. Для использования их в устройстве необходимо преобразование формы сигнала в последовательность коротких импульсов. Эту функцию выполняет формирующее устройство. Таким образом, на выходе формирующего устройства получается последовательность прямоугольных импульсов с частотой, равной частоте выходного сигнала. С выхода формирующего устройства импульсная последовательность через переключатель подается на схему совпадения.
Функцией схемы совпадения является пропуск последовательности прямоугольных импульсов за время действия стробирующего импульса, который поступает на второй вход схемы совпадения с выхода устройства управления.
Таким образом, на выходе схемы совпадения появляется количество импульсов, соответствующее измеряемой частоте, и подается на вход счетчика.
В данной конструкции используется четырехразрядный декадный счетчик. Выход каждого разряда счетчика подключается к дешифратору, который управляет работой семисегментного индикатора. Таким образом, на индикаторах отображается непосредственное значение измеряемой частоты.
Генератор образцовых импульсов ЭСЧ собран на логических элементах D1.1 и D1.2. Импульсы с частотой 1 МГц с его выхода подаются на декадный делитель частоты, собранный на D2-D7. С делителя частоты через переключатель SA1 сигналы подаются с необходимым периодом, соответствующим выбранному пределу измерения, на вход устройства управления. Оно собрано на логических элементах D8.1, D8.2, D9.1, D 9.2, D 10.1 и транзисторе VT4. Счетные импульсы подаются на вход формирующего устройства, собранного на логических элементах D1.3 и D1.4. С его выхода сформированная импульсная последовательность подается на вход схемы совпадения, собранной на D10.1. Каскад на элементах: диод VD 7, резистор R10, конденсатор С6, транзистор VT 4 определяет время подсчета измеряемой частоты и время индикации, которое можно изменять подбором R10.
С выхода 6 элемента D 9.2 поступают импульсы гашения индикатора в момент пересчета измеряемой частоты. Таким образом, на индикаторе появляется мигающее изображение измеряемой частоты. Причем частота мигания зависит от выбранного предела измерения. Перед каждым измерительным циклом на счетчик поступает обнуляющий импульс с вывода 5 триггера D 8.1. Счетные импульсы подаются на вход счетчика с вывода 12 элемента D 1.4.
Счетчик реализован на микросхемах D 11-14. Подсчитанное число в двоичном коде с выхода каждого счетчика подается на вход соответствующего дешифратора, который преобразует двоичный код в код для управления семисегментными индикаторами HG 1 - HG 4.
Дешифратор собран на микросхемах D15 - D18. В зависимости от выбранного предела измерения в соответсвующем разряде загорается точка, разделяющая соответствующие десятичные разряды измеряемой частоты.
Погрешность измерений.
При любых измерениях показания измерительных приборов отличаются от действительных значений искомых величин из-за погрешностей измерений.
Причины появления погрешностей могут быть различными, например несовершенство измерительного прибора, несовершенство метода измерения, влияние условий окружающей среды, индивидуальные свойства экспериментатора.
Погрешности делятся на абсолютные и относительные.
Абсолютная погрешность измерения равна разности между показанием прибора А и действительным значением Ад измеряемой величины:
А = А - Ад
Относительная погрешность выражается в процентах и бывает двух видов:
1) Действительная относительная погрешность, равная отношению абсолютной
погрешности к действительному значению измеряемой величины:
Aд=(А/Ад)*100%.
2) Номинальная относительная погрешность, равная отношению абсолютной погрешности к измеренному значению исследуемой величины, т. е. к показанию прибора:
Aн=(А/Ад)*100%.
Для большинства радиоизмерительных приборов, в отличие от электроизмерительных, деление на классы точности не производится. Допустимые величины относительных и абсолютных погрешностей устанавливаются ГОСТ или техническими условиями. Эти значения приводятся в технической документации на прибор.
Литература.
1. Терешин Г. М. Пышкина Т. Г. "Электрорадиоизмерения". Издательство "Энергия", 1975 г.
2. "Электрические измерения" под редакцией В. Н. Малиновского Энергоиздат, 1982 г.
3. И. Ю. Зайчик "Практикум по электрорадиоизмерениям". Издательство "Высшая школа", 1979 г.