Протокол лабораторної роботи (№ . назва . )

6.1 Мета лабораторної роботи.

6.2 Перелік використовуваної апаратури в табл. 6.1.

 

Таблиця 6.1 Перелік використовуваної апаратури

Найменування приладу	Тип	Заводський номер	Метрологічні характеристики
Клас точності	Діапазон вимірювання	Частотний діапазон

 

6.3 Схема вимірювання.

6.4 Побудувати в одній системі координат графіки залежності відносної похибки δ _N від частоти в режимі вимірювання частоти і періоду. Зробити висновок про вибір режиму роботи ЕЛЧ.

Лабораторна робота №7а

Метрологічне забезпечення ЗВТ для вимірювання частоти інфосигналів. Вимірювання частот і часових інтервалів інформаційного сигналу

 

Мета роботи

1.1 Ознайомитися з науковою, законодавчою і технічною основою метрологічного забезпечення ЗВТ для вимірювання частоти.

1.2 Вивчити методики повірки електронно-лічильних частотомірів (ЕЛЧ) і метрологічні операції при повірці.

1.3 Набути практичних навичок по проведенню повірки ЕЛЧ.

 

Ключові положення

2.1 Характеристики ЕЛЧ, які повіряються.

Повірці підлягають наступні параметри:

- діапазон вимірюваних частот синусоїдальних і імпульсних сигналів;

- похибка вимірювання частоти;

- діапазон частот при вимірюванні періоду синусоїдальних і імпульсних сигналів;

- похибка вимірювання періоду;

- діапазон вимірювання відношення частот;

- похибка вимірювання відношення частот і ін.

2.2 Засоби вимірювань, вживані при повірці.

При повірці ЕЛЧ застосовуються наступні еталонні і допоміжні засоби повірки:

- приймачі еталонних частот;

- рубідієві стандарти частоти з номінальними значеннями частот 100 кГц, 1 і 5 МГц з відносною нестабільністю порядку 10^-11;

- кварцові генератори з тими ж значеннями номінальних частот і відносною нестабільністю порядку 10^-8;

- стандарти частоти і кварцові генератори є засобами зразкової частоти, і якщо є можливість і необхідність, то точність цих мір контролюється за допомогою приймачів еталонних частот;

- синтезатори частоти, що перекривають діапазон частот 0,01 Гц –
50 МГц;

- помножувачі частоти;

- компаратори частоти;

- генератори універсальні, вольтметри змінної напруги і осцилографи.

2.3 Умови повірки і підготовка до неї.

При проведенні операцій повірки повинні витримуватися наступні умови:

- прилад, що поступив на повірку, піддається зовнішньому огляду. При цьому слід звертати увагу на наявність, справність і чистоту всього майна, стан лакофарбних покриттів і чіткість маркіровки. Наявність бруду і іржі неприпустима. Прилад не повинен мати механічних пошкоджень, що можуть впливати на його роботу, наприклад, погане кріплення ручок управління, пошкодження затискачів, погана фіксація перемикачів;

- прилади, що мають несправність, в повірку не приймаються.

Повірка параметрів приладу проводиться при номінальній напрузі мережі в нормальних умовах:

- температура навколишнього середовища 293±5°К (20±5°С);

- відносна вологість повітря 65 ± 15%;

- атмосферний тиск 100±4 кН/м²(750±30 мм. рт. ст.);

- напруга живлячої мережі 220 В±4,4 В.

Перед проведенням операцій повірки, необхідно провести наступні підготовчі роботи:

- розмістити прилад, який повіряється, на робочому місці, забезпечивши зручність роботи і виключивши попадання на нього прямих сонячних променів;

- з’єднати дротом клеми тих, які повіряються і зразкових приладів, вживаних при повірці, з шиною заземлення;

- провести підключення приладу, який повіряється до зразкових приладів за допомогою штатних кабелів і перехідників;

- підключити прилади до мережі змінного струму з напругою 220 В, 50 Гц;

- включити прилади в мережу і дати їм прогрітися під струмом протягом 1 години.

2.4 Проведення операцій повірки.

Зовнішній огляд

При проведенні зовнішнього огляду повинно бути перевірено:

- відсутність механічних пошкоджень, що впливають на точність показань приладу;

- наявність і міцність кріплення органів управління і комутації, чіткість фіксації їх положень, плавність обертання ручок органів настройки;

- правильність установки стрілок показуючих приладів проти нульових відміток шкали;

- чистота гнізд, роз'ємів і клем;

- стан сполучних проводів, кабелів, перехідників;

- стан лакофарбних покриттів і чіткість маркіровок;

- відсутність елементів схеми і сторонніх предметів, що від'єдналися або слабо закріплених (визначається на слух при нахилах приладу).

За наявності дефектів прилад, що підлягає повірці, підлягає бракуванню і направленню в ремонт.

Випробування

Перевірка працездатності приладу в режимі «Самоконтроль» на контрольних частотах приладу.

Перевірка діапазонів вимірюваних частот і періодів

Перевірка діапазонів вимірюваних частот і періодів проводиться по схемі, приведеній на рис. 1, методом прямих вимірювань частоти (періоду), що задаються вимірювальними генераторами (ВГ) відповідних діапазонів і видів.

Вимірювання проводяться на крайніх точках діапазону частот f _н (T _н) і f _в (T _в) і в 5ти – 6ти точках усередині діапазону. При необхідності перевірки мінімальних значень вхідної напруги до виходу генератора підключають вольтметр, за допомогою якого і встановлюють мінімальне значення напруги вхідного сигналу. При цьому на ЕЛЧ повинні спостерігатися стійкі покази.

 

Рисунок 1 – Перевірка діапазонів частот (періодів) методом прямих вимірювань

 

Визначення основної відносної похибки вимірювання частоти проводиться згідно виразу:

 

	,	(1)
	,

 

де ;

δ_кг – відносна похибка опорного кварцового генератора;

Т _ліч – час вимірювання (час лічби);

f _с – вимірювана частота.

Визначення основної відносної похибки вимірювання періоду проводиться згідно виразу:

 

	,	(2)
	,

 

де ;

Т _кг – період сигналу опорного кварцового генератора;

Т _с – вимірюваний період;

n = 10^ν, ν = 0, 1, 2, 3, 4,….– множник періоду сигналу;

m = 10^ε, ε = 0, 1, 2, 3, 4,….– множник частоти кварцового генератора.

 

При визначенні похибок δ _f і δ _T перевіряють окремо:

- відносну похибку частоти опорного кварцового генератора (δ_кг);

- похибки вимірювання частоти і періоду, що виникають, із-за дискретності (другі доданки у формулах (1) і 2)).

Визначення відносної похибки по частоті опорного кварцового генератора

Відносну похибку по частоті опорного кварцового генератора визначають методом порівняння за допомогою компаратора за схемою, приведеною на рис. 2.

Вихід опорного кварцового генератора ЕЛЧ, який повіряється, з’єднується з входом 1 компаратора. Від джерела зразкової частоти, яким є стандарт частоти виду Ч1-, подається сигнал такої ж частоти на вхід 2 компаратори і на роз'єм «5мгц» частотоміра типу Ч3-, що використовує цей сигнал замість власного сигналу опорної частоти.

 

Рисунок 2 – Визначення відносної похибки по частоті опорного кварцового генератора методом порівняння

 

Вихідний сигнал компаратора з частотою f _к подається на вхід допоміжного ЕЛЧ, що працює в режимі вимірювання частоти при часі вимірювання 1 або 10 сек.

Для підвищення достовірності результатів вимірювання знімається не менше 10 послідовних показів частотоміра і знаходиться їх середнє арифметичне значення:

 

,

(3)

 

де f_ki – значення частоти вихідного сигналу компаратора одиничного вимірювання;

n – кількість проведених одиничних вимірювань.

Відносна похибка по частоті опорного генератора визначається за формулою:

 

,

(4)

 

де f _к – значення частоти компаратора, відповідне номінальному значенню частоти опорного генератора;

f _н – номінальне значення частоти опорного генератора.

У додатку Б приведені НМХ стандарту частоти Ч1-53, компаратора частотного Ч7-12 і синтезатора частоти. При виконанні лабораторної роботи замість приведених зразкових приладів можна використовувати аналогічні за НМХ прилади.

Визначивши відносну похибку δ_кг, проводять корекцію частоти опорного генератора ЕЛЧ, після чого шліц «корекція частоти» пломбується.

Визначення складових похибки вимірюваної частоти і періоду із-за дискретності лічби

Визначення даних складових похибки проводять методом прямого вимірювання зразкової частоти. Як джерело еталонної частоти використовується або синтезатор частоти, або синтезатор спільно з помножувачем частоти.

Схема з'єднання приладів при цій операції повірки приведена на рис.3.

 

Рисунок 3 – Визначення складових похибки дискретності

 

Синтезатор і ЕЛЧ, які повіряються, повинні бути засинхронізовані від опорного генератора приладу, який повіряється.

На вхід ЕЛЧ, який повіряється, подають сигнал, близький до частоті верхньої межі і напругою, рівною мінімальній вхідній напрузі, при якому ЕЛЧ повинен нормально працювати. За відсутності у синтезатора градуйованого по напрузі виходу сигналу, необхідно контролювати цю напругу за допомогою вольтметра.

Проводять серію з 10 спостережень. Результати повірки вважаються позитивними, якщо 9 спостережень (показань приладу) при вимірюванні не відрізняються від f _кг більш, ніж на ±1 ділення молодшого розряду лічби.

За аналогічною методикою визначається складова похибки із-за дискретності при вимірюванні періоду. При цьому на вхід частотоміра подають частоти, що відповідають верхній і нижній частоті діапазону, встановленого для частотоміра в режимі вимірювання періоду.

 

3 Ключові питання

3.1 Дайте визначення терміну «Випробування ЗВТ».

3.2 Як проводиться калібрування (калібрувальні роботи) ЕЛЧ.

3.3 Сформулюйте визначення повірки ЕЛЧ.

3.4 Види повірок і міжповірочні інтервали?

3.5 Які основні МХ визначаються при повірці ЕЛЧ?

3.6 Перерахуєте засоби вимірювань, вживані при повірці ЕЛЧ.

3.7 Вкажіть операції при проведенні повірки ЕЛЧ.

 

Домашнє завдання

4.1 Вивчити основні положення, які стосуються повірки і калібрування електронно-лічильних частотомірів (ЕЛЧ).

4.2 Виписати метрологічні характеристики компаратора частотного.

4.3 Виписати метрологічні характеристики стандарту частоти.

4.4 Виписати метрологічні характеристики синтезатора частоти.

Лабораторне завдання

5.1 Ознайомтеся з устаткуванням на робочому місці, зберіть схему вимірювання згідно рис. 1 і підготуйте прилади до роботи.

5.2 У режимі вимірювання частоти визначте поріг чутливості (мінімальну напругу, яка забезпечить стійкий показ на табло) і проведіть повірку приладу на вказаних частотах в табл. 5.1.

5.3 Розрахувати абсолютну похибку виміряну і гранично допустиму похибку, отримані результати записати в табл. 5.1.

(δ_г – вибираємо з паспортних даних заданого генератора)

 

Таблиця 5.1 Перевірка діапазону вимірюваних частот

f г, кГц	T ліч	U min	Результат на табло	Абсолютна похибка Δ = f вим – f г	Гранично допустима похибка Δг = δг · f г	Висновок
0,1

 

5.4 У режимі вимірювання періоду провести аналогічні вимірювання і розрахунки. Результати представити у вигляді табл. 5.2.

 

Таблиця 5.2 Перевірка діапазону вимірюваних періодів

f г, кГц (T г)	T м	n	Результат на табло	U min	Абсолютна похибка Δ = T вим – T г	Гранично допустима похибка Δг = δг · T г	Висновок
0,1

 

5.5 Користуючись технічними характеристиками заданого частотоміра, вибрати час лічби, що забезпечує найменшу похибку в режимі вимірювання частоти. Результати розрахунків записати в табл. 5.3.

Допустиму δ у режимі частоти розрахуємо за формулою 1.

 

Таблиця 5.3 Визначення відносної похибки вимірювання частоти (похибка дискретності)

f г, кГц	T ліч	Результат на табло	Абсолютна похибка Δ = ± 1/ T ліч	N	δ N	Допустима δ	Висновок
0,1

5.6 Користуючись технічними характеристиками заданого частотоміра, вибрати параметри режиму вимірювання періоду так, щоб забезпечити найменшу похибку вимірювання періоду. Результати розрахунків записати в табл. 5.4.

Допустиму δ в режимі періоду розрахуємо за формулою 2.

 

Таблиця 5.4. Визначення відносної похибки вимірювання періоду (похибка дискретності)

f г, кГц (T г)	T м	n	T ліч	Результат на табло	Абсолютна похибка Δ = ± T м / n	N	δ N	Допустима δ	Висновок
0,1