Расчет метрологических характеристик ЭСЧ 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Расчет метрологических характеристик ЭСЧ



1. Цель:

1.1 Овладеть методикой оценки погрешности измерения, используя НМХ ЭСЧ.

1.2 Научиться выбирать режим работы ЭСЧ, обеспечивающий минимальную погрешность.

 

Ключевые положения

2.1 Индивидуальное задание содержит четыре задачи. В первой и второй задаче необходимо, используя НМХ ЭСЧ, оптимальным образом выбрать параметры режима работы и рассчитать погрешности. Записать результат измерения на табло с указанием размерности.

Третья задача связана с оценкой погрешности результата измерения отношения частот. Здесь также необходимо записать результат измерения на табло. При выполнении этой задачи необходимо обратить внимание на правильный выбор частот, которые должны входить в диапазон измерения ЭСЧ.

Четвертая задача предусматривает оценку погрешности результата измерения частоты (периода, отношения частот), представленного на табло. Здесь решается обратная задача.

2.2 Нормированная метрологическая характеристика (НМХ) ЭСЧ – это метрологическая характеристика (МХ), установленная нормативной технической документацией (НТД).

К НМХ ЭСЧ относятся:

– в режиме измерения частоты:

а) диапазон измерения;

б) время счета Т сч (время измерения);

 

  ,  

 

где n= 10ν,ν = 0; 1; 2; 3; 4…., ;

в) количество разрядов;

г) порог чувствительности;

д) относительная погрешность кварцевого генератора δкг;

 

- в режиме измерения периода:

а) диапазон измерения;

б) период метки;

 

  ,  

 

где m – множитель частот кварцевого генератора m = 10ε; ε = 0; 1; 2; 3; 4….,

в) множитель периода n;

г) количество разрядов;

д) порог чувствительности;

е) относительная погрешность кварцевого генератора δкг;

 

- в режиме измерения отношения частот:

а) диапазон измерения частоты;

б) диапазон измерения периода;

в) множитель периода (n);

г) количество разрядов;

д) порог чувствительности;

 

2.3 Основная погрешность в режиме измерения частоты определяется выражением:

 

  ,  

 

δкг – нормативное значение погрешности кварцевого генератора;

δ N –относительная погрешность дискретности (погрешность счетчика);

 

  ;  

 

где ,

 

  ;  
  ;  

 

, ;

При ;

; ; ; .

Основная погрешность в режиме измерения периода определяется:

 

;

,

;

;

;

,

 

m – множитель частоты кварцевого генератора;

; ε = 0; 1; 2; 3; 4…..

В режиме измерения отношения частот:

 

  .  

 

Варианты индивидуального задания представлены в приложении В и выбираются:

– для студентов дневной формы обучения согласно порядковому номеру ФИО в учебном журнале;

– для студентов заочной формы обучения согласно третьей букве в фамилии.

Правила оформления задания:

1.Выписать задание в виде таблицы (приложение В);

2.Выписать НМХ заданного ЭСЧ (приложение Г);

3.Произвести необходимые вычисления параметров выбранного (заданного) режима измерения;

4.Результат решения привести в виде таблицы (вместо вопросов записать ответы).


Приложение A

 

Таблица A1. Варианты индивидуальных заданий к лабораторной работе №7.

№ п\п (стационар) 3-я буква фамилии (заочники) Частоты в кГц Период меток Т м
  А ƒ 1 0,08·100; 0,08·101; 0,08·102; 0,08·103; 0,08·104; 0,08·105   Для 7-и разрядных частотомеров выбираем Тм =10-4с=0,1мс   Для 8-и разрядных и выше Тм =10-6с=1мкс
ƒ 2 0,04; 0,02; 0,08; 0,1; 0,64; 0,8
  Б ƒ 1 0,12·100; 0,12·101; 0,12·102; 0,12·103; 0,12·104; 0,12·105
ƒ 2 0,02; 0,04; 0,06; 0,2; 1; 1,2
  В ƒ 1 0,16·100; 0,16·101; 0,16·102; 0,16·103; 0,16·104; 0,16·105
ƒ 2 0,04; 0,08; 0,05; 0,2; 1; 3,2
  Г ƒ 1 0,20·100; 0,20·101; 0,20·102; 0,20·103; 0,20·104; 0,20·105
ƒ 2 0,04; 0,08; 0,1; 0,5;;2; 5
  Д ƒ 1 0,24·100; 0,24·101; 0,24·102; 0,24·103; 0,24·104; 0,24·105
ƒ 2 0,06; 0,01; 0,08; 0,48; 1,2; 1,5
  Е ƒ 1 0,28·100; 0,28·101; 0,28·102; 0,28·103; 0,28·104; 0,28·105
ƒ 2 0,14; 0,05; 0,2; 0,5; 1,4; 2,8
  Ж ƒ 1 0,32·100; 0,32·101; 0,32·102; 0,32·103; 0,32·104; 0,32·105
ƒ 2 0,2; 0,16; 0,32; 0,8; 1,6; 6,4
  З ƒ 1 0,36·100; 0,36·101; 0,36·102; 0,36·103; 0,36·104; 0,36·105
ƒ 2 0,06; 0,09; 0,03; 1,5; 1,8; 6
  И ƒ 1 0,40·100; 0,40·101; 0,40·102; 0,40·103; 0,40·104; 0,40·105
ƒ 2 0,2; 0,16; 0,2; 1,25; 4; 5
  К ƒ 1 0,44·100; 0,44·101; 0,44·102; 0,44·103; 0,44·104; 0,44·105
ƒ 2 0,11; 0,2; 0,2; 1,1; 2; 5
  Л ƒ 1 0,48·100; 0,48·101; 0,48·102; 0,48·103; 0,48·104; 0,48·105
ƒ 2 0,12; 0,15; 0,2; 2; 2.4; 8
  М ƒ 1 0,52·100; 0,52·101; 0,52·102; 0,52·103; 0,52·104; 0,52·105
ƒ 2 0,26; 0,08; 0,4; 4; 5; 6,5
  Н ƒ 1 0,56·100; 0,56·101; 0,56·102; 0,56·103; 0,56·104; 0,56·105
ƒ 2 0,14; 0,2; 0,4; 2; 1,4; 5
  О ƒ 1 0,60·100; 0,60·101; 0,60·102; 0,60·103; 0,60·104; 0,60·105
ƒ 2 0,2; 0,3; 0,4; 2,5; 1,2; 6
  П ƒ 1 0,64·100; 0,64·101; 0,64·102; 0,64·103; 0,64·104; 0,64·105
ƒ 2 0,08; 0,4; 0,16; 2; 1; 8
  Р ƒ 1 0,68·100; 0,68·101; 0,68·102; 0,68·103; 0,68·104; 0,68·105
ƒ 2 0,17; 0,34; 0,68; 1,7; 8; 4
  С ƒ 1 0,72·100; 0,72·101; 0,72·102; 0,72·103; 0,72·104; 0,72·105
ƒ 2 0,08; 0,36; 0,6; 1,8; 7,2; 8
  Т ƒ 1 0,76·100; 0,76·101; 0,76·102; 0,76·103; 0,76·104; 0,76·105
ƒ 2 0,19; 0,38; 0,4; 1,9; 3,8; 5
  У ƒ 1 0,80·100; 0,80·101; 0,80·102; 0,80·103; 0,80·104; 0,80·105
ƒ 2 0,4; 0,32; 0,5; 6,4; 8; 4
  Ф ƒ 1 0,84·100; 0,84·101; 0,84·102; 0,84·103; 0,84·104; 0,84·105
ƒ 2 0,21; 0,35; 0,6; 2,4; 4,2; 4
  Х ƒ 1 0,88·100; 0,88·101; 0,88·102; 0,88·103; 0,88·104; 0,88·105
ƒ 2 0,11; 0,4; 0,55; 1; 4; 4,4
  Ц ƒ 1 0,72·100; 0,72·101; 0,72·102; 0,72·103; 0,72·104; 0,72·105
ƒ 2 0,08; 0,36; 0,6; 1,8; 7,2; 8

Продолжение таблицы A1

№ п\п (стационар) 3-я буква фамилии (заочники) Частоты в кГц Период меток Т м
  Ч ƒ 1 0,78·100; 0,78·101; 0,78·102; 0,78·103; 0,78·104; 0,78·105   Для 7-и разрядных частотомеров выбираем Тм =10-4с=0,1мс   Для 8-и разрядных и выше Тм =10-6с=1мкс
ƒ 2 0,39; 0,6; 0,65; 1,95; 1,3; 8
  Ш ƒ 1 0,82·100; 0,82·101; 0,82·102; 0,82·103; 0,82·104; 0,82·105
ƒ 2 0,82; 0,41; 0,82; 4,1; 5; 4
  Щ ƒ 1 0,86·100; 0,86·101; 0,86·102; 0,86·103; 0,86·104; 0,86·105
ƒ 2 0,43; 0,2; 0,86; 2,5; 8,6; 5
  Э ƒ 1 0,90·100; 0,90·101; 0,90·102; 0,90·103; 0,90·104; 0,90·105
ƒ 2 0,3; 0,2; 0,6; 1,5; 4,5; 9
  Ю ƒ 1 0,94·100; 0,94·101; 0,94·102; 0,94·103; 0,94·104; 0,94·105
ƒ 2 0,47; 0,94; 0,47; 1; 2,5; 5
  Я ƒ 1 0,98·100; 0,98·101; 0,98·102; 0,98·103; 0,98·104; 0,98·105
ƒ 2 0,49; 0,2; 0,98; 1,96; 7; 5

 

Примечание. Частота ƒ 2 используется только для режима отношения частот.


Приложение Б

 

Компаратор частотный

 

Метрологические характеристикикомпаратора частотного Ч7-12:

- частоты входных сигналов 1 и 5 МГц при максимальном отклонении частоты от номинала не более 1 Гц;

- напряжение входных сигналов от 0,5 до 1,5 В;

- максимальная относительная разница значений частот входных сигналов определяется выражением:

 

   

 

где δдоп – допустимая погрешность измерений нестабильности частоты входных сигналов, δдоп =10-7... 10-12;

– разница частот входных сигналов;

f кг– частота опорного сигнала.

При этом должно выполняться условие:

, Гц

где М – коэффициент умножения разницы частот входных сигналов.

 

- напряжение входных сигналов не менее 0,65 В на сопротивлении нагрузки R = 75 Ом.

 

Стандарт частоты

 

Метрологические характеристики стандарта частотыЧ1-53:

- относительная погрешность– не более 5·10-6 после 4 времен с момента включения;

- относительное отклонение частоты исходного сигнала за сутки– не более
5·10-9 после 24-х часов работы;

- среднеквадратичное относительное отклонение периода выходного сигнала после 24-х часов работы - не более 2·10-11 за 1 сек;

- уровень исходных сигналов – не менее 1 В на нагрузке 50 Ом.

 

Синтезатор частоты

 

Метрологические характеристикисинтезатора частоты:

- частота исходного сигнала устанавливается в пределах 50-49999999,99 Гц с шагом 0,01 Гц. Набор значения с помощью кнопочного переключателя на передней панели или дистанционно с помощью сигналов постоянного тока;

- исходное напряжение на внешней нагрузке 50 Ом – 0,5 В;

- погрешность установки номинального значения частоты– не более ± 5·10-8;

- нестабильность частоты исходного сигнала после 2-х часов самопрогрева

не более 5·10-10 за 10с; 5· 10-9 за 10 мин.


Приложение В

Индивидуальное задание

Расчет метрологических характеристик ЭСЧ

 

Таблица В1 – Варианты заданий.

Вариант Тип частотомера Частота Период Отношение частот Время счета Множитель периода Метки времени Результат на цифровом табло ± δΣ
    А Ч3-35 120 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,7 мкс ? ? ? ? ? ? ?
33 МГц/3 кГц ? ? ? ? ?
? ? ? ? 00297.444 кГц ? ? ?
    Б Ч3-57 2,2 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 400 мкс ? ? ? ? ? ? ?
15 МГц/1 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 4841.227 кГц ? ? ?
    В Ч3-24 750 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,3 мкс ? ? ? ? ? ? ?
? 42 МГц/20 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 0000.0009 кГц ? ? ?
    Г Ч3-36 10 кГц ? ? ? ? 10-5 ?
? 0,1 мкс ? ? ? ? ? ? ?
? ? 47 МГц/10 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 1 мкс 07842.09 мкс ? ? ?
    Д Ч3-57 300 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,08 мкс ? ? ? ? ? ? ?
4,5 МГц/12 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? 00077.75кГц ? ? ?
    Е Ч3-22 630 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,25 мкс ? ? ? ? ? ? ?
21 МГц/7 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 5555.5555 кГц ? ? ?

Вариант Тип частотомера Частота Период Отношение частот Время счета Множитель периода Метки времени Результат на цифровом табло ± δΣ
    Ж Ч3-35 ? 0,01 мс ? ? 10-3 кГц ? ?
? 0,04 мкс ? ? ? ? ? ? ?
17 МГц/2 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 103 ? 00300.0000 мс ? ? ?
    З Ч3-22 575 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,35 мкс ? ? ? ? ? ? ?
906 кГц/3 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 0000.0220 кГц ? ? ?
    И Ч3-57 966 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 2 мкс ? ? ? ? ? ? ?
19 МГц/25 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 0006757. кГц ? ? ?
    К Ч3-35 2,5 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,33 мкс ? ? ? ? ? ? ?
2,9 МГц/1,5 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 0,1 мс 0049.0000 мс ? ? ?
    Л Ч3-24 ? 0,03 мкс ? ? ? ? ? ? ?
? 7 мкс ? ? ? ? ? ? ?
10,5 МГц/2,5 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 37886.420 кГц ? ? ?
    М Ч3-22 31 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 34 мкс ? ? ? ? ? ? ?
20,2 МГц/6 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? 089124.38 мкс ? ? ?
    Н Ч3-24 9,4 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 8 мкс ? ? ? ? ? ? ?
3,8 МГц/3 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 0003333.3 кГц ? ? ?



 

Вариант Тип частотомера Частота Период Отношение частот Время счета Множитель периода Метки времени Результат на цифровом табло ± δΣ
    О Ч3-57 12 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 0,02 мкс ? ? ? ? ? ? ?
1,2 МГц/0,3 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 06245.74 кГц ? ? ?
    П Ч3-36 15,3 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 27 мкс ? ? ? ? ? ? ?
27 МГц/5 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 102 ? 010.0000 мс ? ? ?
    Р Ч3-22 1001 кГц ? ? ? ? 10-6 ?
85 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
5,9 МГц/5 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 01378.000 кГц ? ? ?
    С Ч3-24 3,85 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
360 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
18,4 МГц/2 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 000.04250 кГц ? ? ?
    Т Ч3-57 14,6 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 35 мкс ? ? ? ? ? ? ?
35 МГц/1,2 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 00000.22 кГц ? ? ?
    У Ч3-35 17,3 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 22 мкс ? ? ? ? ? ? ?
4,4 МГц/2,2 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 9999.9999 кГц ? ? ?
    Ф Ч3-24 940 кГц ? ? ? ? ? ?
2,9 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
7,75 МГц/2 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 01000.000 кГц ? ? ?



 

Вариант Тип частотомера Частота Период Отношение частот Время счета Множитель периода Метки времени Результат на цифровом табло ± δΣ
    Х Ч3-35 2,22 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
21 мкс ? ? ? ? ? ? ?
7,7 МГц/7 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 02664.3740 кГц ? ? ?
    Ц Ч3-24 49 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
17 мкс ? ? ? ? ? ? ?
8,2 МГц/250 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 008750.00 кГц ? ? ?
    Ч Ч3-57 6,25 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
750 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
6,25 МГц/750 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 0750.0000 мс ? ? ?
    Ш Ч3-22 5 МГц ? ? ? ? 10-4 ?
? 12 мкс ? ? ? ? ? ? ?
5,5 МГц/0,1 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 0000.2840 кГц ? ? ?
    Щ Ч3-24 12,6 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 10 мкс ? ? ? ? ? ? ?
10,8 МГц/0,7 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 00001.000 кГц ? ? ?
    Ь Ч3-57 10,25 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
27 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
2,8 МГц/40 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 1 мс 000088.0 мс ? ? ?
    Э Ч3-35 ? 0,9 мкс ? ? ? ? ? ? ?
? 9 мкс ? ? ? ? ? ? ?
14,7 МГц/0,1 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 00442.2110 кГц ? ? ?

 


 

Вариант Тип частотомера Частота Период Отношение частот Время счета Множитель периода Метки времени Результат на цифровом табло ± δΣ
    Ю Ч3-24 16,2 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
66 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
36 МГц/4 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? 00024.400 мкс ? ? ?
    Я Ч3-35 19,8 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
? 6 мкс ? ? ? ? ? ? ?
20 МГц/20 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 004455.663 кГц ? ? ?
  Ч3-22 ? 7,5 мкс ? ? ? ? ? ? ?
? 0,6 мкс ? ? ? ? ? ? ?
25 МГц/0,4 МГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 00000.100 кГц ? ? ?

 

 


Пример решения задания W

 

Таблица В2 - Условия варианта W для типа частотомера Ч3-57.

Частота Период Отношение частот Время счета. Множитель периода Метки времени Результат на цифр. табло ±δΣ
5 МГц ? ? ? ? ? ? ? ?
10 кГц ? ? ? ? ? ? ? ?
2,1 МГц/3 кГц ? ? ? ? ? ?
? ? ? 0100.000 кГц ? ? ?

 

1. Определим технические характеристики Ч3-57 из табл. Г1.

 

Таблица В3 - Технические характеристики Ч3-57.

Тип частотомера Диапазон измерения частоты Диапазон измерения периода Время счета, мс Множитель периода Метки времени Погрешность кварцевого генератора Количество разрядов
ЧЗ-57 0,1 Гц...100 МГц 1 мкс...104 с 1...104 1...104 0,1 мкс...1 мс 10-7  

 

Задача №1

- определяем период сигнала

 

   

 

- выбираем режим работы частотомеру. Поскольку Тс не входит в диапазон измерения периода, то выбираем режим измерения частоты.

- за формулой определяем время счета:

 

то есть 103 мс< Т сч.расч<104 мс;

 

- с учетом того, что время счета может принимать только такие значения (100; 101; 102; 103; 104) мс, выбираем Т сч = 103мс=1 с.

- абсолютную погрешность дискретности определяем за формулой:

 

  гц.  

 

- относительная погрешность дискретности:

 

.

 

- суммарная погрешность измерения частоты:

   

 

– выбираем из характеристик данного частотомера Ч3-57, которые сведены в таблицу В3. Тогда подставляем в формулу:

 

   

 

Результат

- записываем результат на табло 5000.000 кгц. (Децимальная точка на цифровом табло смещается на столько разрядов влево, которой является степень Т сч).

Задача №2

- определяем период сигнала

 

  ,  

 

- с учетом того, что частота и период сигнала входят в диапазон измерений, рекомендуется выбрать такой режим работы частотомеру, в котором погрешность измерения будет минимальной.

- вычисляем относительную погрешность дискретности в режиме измерения частоты:

 

  ,  

 

где Т сч рассчитано, как и в первой задаче, и выбрано 104 мс=10 с

- вычисляем относительную погрешность дискретности в режиме измерения периода:

- выбираем период метки времени, (как правило, минимальное значение), то есть Т м=0,1 мкс=10-7с.

- даем оценку величины множителя n периода сигнала, с учетом ограничения на счетный блок (), N - количество меток, подсчитанных счетчиком, q - количество разрядов счетчика.

Множитель периода может принимать значение n =100; 101; 102; 103; 104.

 

  <104  

Поскольку 103< n <104, то значение множителя периода принимаем равным 103.

- определим количество меток

 

  .  

 

- вычисляем относительную погрешность дискретности в режиме измерения периода:

 

  ,  

 

то есть, меньше чем в режиме измерения частоты, а потому выбираем режим измерения периода.

- суммарная погрешность измерения частоты:

 

   

 

– выбираем из характеристик данного частотомера Ч3-57, которые сведены в таблицу В3.

Тогда подставляем в формулу:

 

   

 

Результат

- для выбранного режима определим абсолютную погрешность ∆ N, время счета Т сч, и результат измерения на табло.

 

  с,  

 

  с  

 

Результат на табло 100.0000 мкс.

 

Задача №3

Измеряется отношение частот 2,1 Мгц/3 кгц.

- рассчитаем величину множителя периода за условием из равенства n · Т Б= N · Т А

 

  ,  

 

где

с; с; q =7;

 

тогда

 

  ,  

принимаем n =104;

- определим Т сч:

 

  с;  

- определим абсолютную погрешность дискретности:

 

  .  

 

- вычисляем относительную погрешность:

 

   

 

где ,

 

  .  

 

- суммарная погрешность измерения частоты:

 

   

 

– выбираем из характеристик данного частотомера Ч3-57, которые сведены в таблицу В3. Тогда подставляем в формулу:

 

   

 

Результат .

Записываем результат на табло 700.0000.

 

Задача №4

Эта задача является обратной по отношению к предыдущим. Задан результат измерения на табло 0100.000 кГц. Очевидно, что частотомер работает в режиме измерения частоты. Из примера предыдущих задач, видно, что мс=1с;

- абсолютная погрешность

 

  Гц;  

 

- относительная погрешность

 

  ;  

 

- суммарная погрешность измерения частоты:

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-09-19; просмотров: 449; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.222.120.133 (0.172 с.)