Измерители частоты и интервалов времени

Цифровые измерители частоты очень широко используются в практике электрических измерений. Это обьясняется тем, что многие электрические и неэлектрические физические величины легко преобразуются в частоту электрических сигналов с помощью относительно простых измерительных преобразователей и могут быть измерены цифровыми методами по схеме частотомера.

N I_x

УО ЭК

F_х f_сч счетчик ЦИ t

импульсов guB

T₀ t

датчик f_сч Т₀

интервалов

времени t

Рис. 9.8. Цифровой частотомер: а) – схема; б) – временная диаграмма.

Классическая схема измерения частоты цифровым методом показа­на на рис. 9.8. Здесь входной сигнал текущей частоты f_x предварительно формируется усилителем-ограничителем УО до стандартного уровня, не­обходимого для работы цифровых схем. На величину частоты этот усили­тель-ограничитель не влияет. Сформированный сигнал далее поступает на вход счетчика импульсов через электронный ключ ЭК. Ключ в исходном состоянии разомкнут; для осуществления замера частоты он замыкается (одноразово или периодически) на время, определяемое датчиком интер­валов времени. Эго время Т_о выбирается в зависимости от диапазона и точности измерения: оно должно быть значительно больше периода изме­ряемой частоты f_x. Число импульсов N, накопленных счетчиком за время Т_о, пропорционально частоте входных импульсов

N=T0/t_х, = T₀f_х,

и в определенном масштабе отображает значение частоты. Код N (обычно десятичный) индицируется цифровым индикатором ЦИ и посту­пает на внешнее устройство. Точность измерения определяется дискретно­стью счета и равна единице кода. В относительном выражении дискрет­ность равна отношению t_x/T₀. За счет увеличения времени измерения Т₀ дискретность измерения можно сделать сколь угодно малой. Время Т₀ за­дается с высокой точностью от кварцевого генератора.

В том случае, если исходная частота f_x меняется за период Т₀ в за­метных пределах, описанная схема не пригодна. Эта схема используется для измерения больших частот.

Частоты малые, а также интервалы времени измеряются по схеме рис. 9.9. В этом случае входной сигнал управляет замыканием электрон­ного ключа, а счетчик подсчитывает импульсы стабильной высокой час­тоты fo, поступающие ог генератора тактовых импульсов ГТИ:

N=T_x/t₀=f₀/f_x .

N f_x

УО ЭК

F_x f_{cч СЧЕТЧИК} ЦИ Т_х t

^{ИМПУЛЬСОВ} f₀

f₀ f_сч t

ГТИ

t

а) б)

Рис. 9.9. Цифровое измерение интервала времени :

а) схема; б) – временная диаграмма.

Получается прямая шкала для времен» и обратная шкала для частоты. Схема позволяет измерить частоту f_x , всего за один период входного сиг­нала. При помошн ее удобно измерять отношение двух частот.

В одном цифровом частотомере могут использоваться обе схемы измерения.

Промышленные цифровые частотометы обычно имеют диапазон измерения частоты от 0,1 Гц до 1-10МГц, времени - от 10 мкс до 10⁵ с, от­ношения частот от 1/1 до 10⁵/1, а также могут подсчитывать число им­пульсов до I0⁷. Время измерения в зависимости от предела измерения мо­жет составлять от 0,01 с до 100 с. Частотомеры последних выпусков могут работать в режиме усреднения результатов по нескольким измерениям, что резко снижает случайные ошибки измерения.