ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №15

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И ПЕРИОДА СИГНАЛОВ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Цель работы

Частота является одной из важных характеристик выходных сигналов преобразователей, функционально связанной с его входными сигналами. Для измерения частоты широко применяются различные методы. Целью работы является закрепление знаний, полученных студентами на лекциях и индивидуальных занятиях о способах измерения частоты, возможностях применения каждого из них, а также приобретение навыков экспериментального измерения частоты.

2.15.2 Содержание работы

Экспериментальное измерение частоты, периода и длительности импульсов с помощью цифрового электронно-счетного частотомера.

Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к работе осуществляется по следующим разделам:

· изучение различных методов измерения частоты и их возможностей;

· изучение принципа действия цифровых электронно-счетных частотомеров;

· подготовка математического аппарата для обработки результатов измерений и определения погрешностей измерения.

Литература: /9/ С. 144-150;/10/ С.393 - 397; /11/ С.168 - 170; 239-240; 364 - 369; 381 - 384; /Конспект лекций/.

Вопросы для самопроверки

2.15.4.1 Нарисуйте схему резонансного механического частотомера и одного из аналоговых электромеханических частотомеров, объясните принцип их действия.

2.15.4.2 Нарисуйте схему, поясняющую принцип действия аналогового конденсаторного частотомера, и напишите выражение, связывающее ток проходящий через измерительный механизм, и измеряемую частоту.

2.15.4.3 Объясните принцип измерения частоты осциллографом, используя методы линейной и круговой развертки, а также метод фигур Лиссажу.

2.15.4.4 Нарисуйте структурную схему электронно-счетного частотомера для измерения средних и высоких частот; напишите выражение, связывающее измеряемую частоту с показаниями цифрового отсчетного устройства; напишите выражение для определения погрешности такого частотомера; объясните, почему нельзя использовать такой частотомер для измерения низких частот.

2.15.4.5 Нарисуйте структурную схему, поясняющую принцип действия цифрового частотомера, работающего в режиме измерения периода; напишите выражение, связывающее измеряемый интервал времени с показаниями цифрового отсчетного устройства; напишите выражение для определения погрешности измерения периода.

2.15.4.6 Нарисуйте структурную схему, поясняющую принцип действия цифрового частотомера, измеряющего отношение двух частот; напишите выражение, связывающее измеряемое отношение частот с показаниями цифрового отсчетного устройства.

2.15.4.7 Нарисуйте схему частотно-зависимого моста для измерения частоты периодических колебаний; напишите выражение, связывающее измеряемую величину с параметрами моста.

2.15.4.8 Нарисуйте схему, поясняющую резонансный метод измерения частоты.

2.15.4.9 Нарисуйте структурную схему, поясняющую гетеродинный метод измерения частоты.

2.15.4.107 Объясните, каким образом осуществляется согласование преобразователей с приборами для измерения частоты их выходных сигналов?

Порядок выполнения работы

2.15.5.1 После собеседования с преподавателем по теоретической части получите у него необходимые для измерения приборы и оборудование.

2.15.2 Ознакомьтесь с инструкциями и правилами работы с полученными приборами и оборудованием. Занесите в таблицу 2.15.1 основные параметры используемого оборудования и приборов.

2.15.5.3 Измерьте частоту напряжения сети с помощью механического резонансного частотомера и запишите результаты измерений в таблицу 2.15.2. Сделайте выводы о возможных погрешностях измерения частоты таким частотомером.

2.15.5.4 С помощью электронного частотомера измерьте значения частот нескольких сигналов от преобразователя (по указанию преподавателя) при различных временах измерения. Значения параметров измеряемых сигналов, а также результат измерений занести в таблицу 2.15.3.

2.15.5.5 Обработайте результаты измерений и покажите, какое время измерения является оптимальным для каждого сигнала.

2.15.5.6 С помощью электронного частотомера измерьте периоды колебаний исследуемых сигналов. Результаты измерений занесите в таблицу 2.15.4.

2.15.5.7 По полученным значениям периодов рассчитайте частоту колебаний исследуемых сигналов. Результаты расчетов занесите в таблицу 2.15.5 и сравните с результатами измерений частоты. Объясните причины возможных расхождений значений частоты, сделайте выводы о возможности применения того или другого способа определения частоты.

2.15.5.8 Измерьте отношение частот исследуемых сигналов. Результаты измерений занесите в таблицу 2.15.6. Сделайте выводы об особенностях измерения отношения частот двух сигналов.

2.15.5.9 Пользуясь паспортом, рассчитайте погрешности измерения частоты, периода, отношения частот электронным частотомером, укажите основную составляющую этих погрешностей.

2.15.5.10 Проанализируйте результаты измерений и сделайте выводы о преимуществах, недостатках и областях применения электронного частотомера.

Содержание отчета

Отчет оформляется в соответствии с п.1.4 Общих указаний по выполнению лабораторных работ и должен содержать перечисленные в разделах 2.15.4 и 2.15.5 эскизы, схемы, рисунки, таблицы, формулы и выводы.

Таблица 2.15.1 - Технические характеристики используемого оборудования

Название прибора	Тип, Марка	Измеряемая (изменяемая или генерируемая величина) ед. изм.	Диапазон измерения (изменения) величин, ед. изм.	Напряжение питания	Класс точности (погрешность)	Прочие характеристики

Таблица 2. 15.2 - Результаты измерения частоты сети механическим резонансным частотомером

Частота сети, Гц	Погрешность измерения
абсолютная, ед. изм	относительная, ед. изм




	.
Среднее значение

Таблица 2. 15.3 - Результаты измерения частоты заданных сигналов электронно-счетным частотомером

Время измерения t , ед. изм.	частота измеряемых сигналов, ед. изм.
f₁	f₂	f₃	f₄	f₅
метка времени =
t₁=




ср.
среднеквадрати-ческая погреш- ность определеия f_ср , ед. изм.
.
t_n=




ср.
Среднеквадрати-ческая погреш ность определеия f_ср , ед. изм.
метка времени =

Таблица 2.15.4 - Результаты измерения периодов заданных сигналов электронно-счетным частотомером

Время измерения t, ед. изм.	период измеряемых сигналов, ед. изм.
T₁	T₂	T₃	T₄	T₅
t₁=




ср.
среднеквадратическая погрешность определения T_ср , ед. изм.

t_n=




ср.
среднеквадратическая погрешность определения T_ср, ед. изм.

Таблица 2.15.5 - Средние значения частот, измеренных и рассчитанных по результатам измерения

Периода

Время измерения t , ед. изм.	среднее значение частоты, ед. изм.
измеренной	рассчитанной по среднему значению периода
t₁=	f₁
f₂
f₃
f₄
f₅
…
t_n=	f₁
f₂
f₃
f₄
f₅

Таблица 2.15.6 - Результаты измерения отношения частот

Время измерения t, ед. изм.	Отношение частот f_i / f_x (или f_x / f_i) при f_x = , Гц
=	=	=	=.....	=
t_i=




ср.
Среднеквадратическая погрешность определения (f_i / f_x )_ср, ед. изм.