Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



-of, О


Рис. 7.34. Схема измерения частоты одинарным мостом

RJR2=RJR + CJC; (7.70) 1КС=и,СзЛзК. (7.71)

Неизвестная частота определяется из выражения

= 2гсА. = 1/1/Л3К4С3С4. (7.72)

Резисторы и конденсаторы выбираются так, чтобы «3 = = Л и Сз = С4 = С. Тогда неизвестная частота = l/2nRC. Резисторы jRj и Л4 представляют собой сдвоенный переменный потенциометр с равными сопротивлениями. Из (7.70) следует, что RJR2=2. Величины R„ R2, С3, С4 постоянны, поэтому шкалу сдвоенных резисторов i?3 и R можно градуировать в единицах частоты. Если при настройке моста равенство сопротивлений i?3 и нарушается, то добиться равновесия моста позволяет потенциометр R с малым сопротивлением (0,01 - 0,02) Kj.

Мостовой метод применяется для измерений на частотах от десятков герц до сотен килогерц. Погрешность измерений составляет 0,5-1%.

7.2.4. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПУТЕМ ПЕРЕЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА

Сущность метода заключается в измерении тока разряда конденсатора, попеременно отключаемого с заряда на разряд с частотой, равной измеряемой.

Конденсатор С (рис. 7.35) заряжается до напряжения l/j и разряжается до напряжения За одно переключение на заряд (положение переключателя 1) и разряд (положе-

ние переключателя 2) количество электричества, подводимое к конденсатору и отдаваемое им микроамперметру, Q = CU, где U = = Ui - и 2- При переключении / раз в секунду количество электричества, протекающее через микроамперметр в 1 с, равно / = е/ = cVf, откуда / = IICV.

При условии, что частота переключений / равна измеряемой частоте /<, показания прибора пропорциональны Д. Если емкость С и напряжение 17 поддерживать постоянными, то шкалу прибора можно проградуиро-вать непосредственно в единицах частоты. Включая конденсаторы с разной емкостью, можно получить несколько поддиапазонов измерения. Напряжение, до которого успевает зарядиться конденсатор при разных значениях емкости и частоты, не может оставаться постоянньшг; точно так же конденсатор полностью не разрядится, следовательно, знаменатель в формуле Д = l/CV не остается постоянным.

Эта неопределенность устраняется с помощью схемы, в которой напряжение на конденсаторе при заряде не превышает некоторой постоянной величины Сзар, а при разряде - не может стать меньше некоторой постоянной величины 17разр. В этом случае выражение для fx принимает вид:

Л = С(изар-1Уразр).

(7.73)

Рис. 7.35. Схема измерения частоты методом перезаряда конденсатора

Знаменатель в этом выражении в пределах любого поддиапазона сохраняется постоянным, и градуировка шкалы миллиамперметра остается верной для всех поддиапазонов.

Нижний предел измеряемых частот ограничивается началом механических колебаний стрелки миллиамперметра в такт с измеряемой частотой и составляет 10 Гц, а верхний - конечным временем переключения конденсатора с заряда на разряд и паразитными емкостями схемы, соизмеримыми на верхних частотах с емкостью конденсатора. По мере совершенствования схем коммутации и конструктивных решений верхний предел измеряемых частот составляет до 1 МГц.

Погрешность измерения частоты рассмотренным методом зависит от четкости и быстроты срабатывания коммутатора, точности поддержания схемой стабилизации разности зарядного и разрядного напряжений конденсатора и погрешности шкалы микроамперметра. Суммарная погрешность составляет + (1,5-2)%.



7.4. Измерение кратковременной нестабильности частоты

7.3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДОЛГОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ

Определение долговременной нестабильности частоты сводится к измерению действительного значения частоты в начале и конце интервалов времени, на которых гарантируется указанная нестабильность, и вычислению ее по формуле.

ДЛд = /2-/1, (7.74)

где /2 - действительное значение частоты в начале и конце интервалов времени, на которых гарантируется долговременна.ч нестабильность частоты.

Таким образом, определение долговременной нестабильности частоты основано на определении действительного значения частоты. Поэтому для определения этой характеристики частоты применяют те же методы и способы, что и для измерения частоты. Однако жесткие требования к долговременной нестабильности частоты современных источников сигналов электромагнитных колебаний (Ю*" -10) ограничивают применение методов, основанных на физических явлениях, происходящих в различных устройствах при воздействии на них переменного тока, из-за невысокой их точности и малой разрешающей способности. В связи с этим в современной технике частотных измерений для определения долговременной нестабильности частоты нащел применение метод сравнения с образцовой частотой, как наиболее точный. Возможно применение любых из способов реализации данного метода, рассмотренных в § 7.2, имеющих погрещность измерения + (3 • 10 " - 3.10 ). Для повы-щения достоверности результатов определения долговременной нестабильности частоты производят ряд измерений частоты через несколько интервалов времени, на которых гарантируется долговременная нестабильность частоты.

Например, если у источника сигналов электромагнитных колебаний гарантирована долговременная нестабильность частоты на интервале времени, равном 10 сут, то ее определение производят следующим образом:

измеряют частоту сигнала через каждый час в .течение 10 ч в первый день наблюдения; получают ряд значений /;i;

аналогичные измерения производят через 10сут; получают ряд значений /;2;

вычисляют среднее значение частоты за 10 ч в первый день наблюдения по формуле

Лср1= lC/,i/10); (7.75)

аналогично вычисляют феднее значение частоты за 10 ч в последний день наблюдения по формуле

Лср2= IC 2/10); (7.76)

вычисляют долговременную относительную нестабильность частоты по формуле

2нест. я = (/хер 1 ~ /хср2) .хном. (7.77)

где /хном - номинальное значение частоты.

7.4. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ КРАТКОВРЕМЕННОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ

Для определения кратковременной нестабильности частоты используют метод сравнения с образцовой частотой. Возможно использование нескольких способов, рассмотренных в § 7.2.

Наиболее простым является способ электронно-счетного частотомера, работающего в режиме внешнего запуска от источника образцовой частоты. Однако данный способ во многих случаях не удовлетворяет требованиям по разрешающей способности, ограниченной величиной 1 хТ.

Более совершенным является комбинированный способ с применением гетфодина и ЭСЧ, работающего в режиме измерения периода (рис. 7.36).

Электронно-счетный частотомер позволяет автоматизировать процесс измерения, регистрации и вычислений. В качестве опорного генератора используется источник образцовой частоты с нестабильностью, на порядок или по крайней мере в 3 раза меньшей нестабильности исследуемой частоты.

Период разностной частоты определяет время уфеднения т. Если в схеме на рис. 7.36 перед ЭСЧ включен делитель частоты с коэффициентом деления и, то т = = n/fр, где fр - разностная частота.

Генератор

ГобрГ

Смеситель * УНЧ

1 Образцовый генератор

Рис. 7.36. Способ измерения кратковременной нестабильности частоты при помощи гетеродина и ЭСЧ, работающего в режиме измерения периода



Af/f


Рис. 7.37. Зависимость погрешности сличения частот от времени усреднения


10 10~ Ю~> 10° Г,с

Рис. 7.39. Зависимость погрешности сличения частот от коэффициента умножения частоты

Кратковременная нестабильность частоты определяется по формуле

(7.78)

При выбранной разностной частоте Fp, изменяя коэффициенты деления и, можно получить различные времена усреднения (рис. 7.37), т. е. различные погрешности сличения. Разрешающая способность схемы на рис. 7.36 прямо пропорциональна погрешности из.мерения периода электронно-счетным частотомером (87- = 3-10~). Для повышения разрешающей способности измерений применяется умножение частоты (рис. 7.38). В этом случае

S.p = (fp«y.mh t)l/Ai. (7.79)

На рис. 7.39 показана зависимость разрешающей способности определения кратковременной нестабильности частоты от коэффициента умножения п. Вместо умножителей частоты с различными коэффициентами умножения целесообразно использовать компаратор частоты (рис. 7.40), который позволяет

Генератор

Умножитель

частоты

Смеситель -У-

Образковый генератор

fo6p

Умножитель частоты

Рис. 7.38. Структурная схема измерения кратковременной нестабильности частоты при помощи гетеродина, умножителя частоты и ЭСЧ, работающего в режиме измерения периода

умножить разность частот в 10" раз. Погрешность измерения в основном определяется погрешностью частоты опорного генератора.

При оценке кратковременной нестабильности частоты источника исследуемого сигнала при наличии источника образцовой частоты, равной fx, используется синтезатор частот. Разностная частота с помощью смесителя преобразуется в частоту, период которой соответствует требуемому времени усреднения.

Погрешность измерения зависит от погрешности измерения периода ЭСЧ и кратковременной нестабильности сигнала синтезатора:

6 = 5c/«y„h + 310-V/t-

(7.80)

Для определения кратковременной нестабильности частоты в широком диапазоне частот используется схема (рис. 7.41), в которой частоты преобразуются в смесителе I с сигналом второго синтезатора частот, что позволяет получить плавное перекрытие по диапазону измеряемых частот.

Кратковременную нестабильность частоты можно также измерить с помощью фазового или частотного детектора (рис. 7.42). Сигнал на выходе фазового детектора при ф,(?)«Л, ф2(()«Л и ф(0 =

Генератор

Синтезатор

Смеситель

Умножитель

Компаратор

Образцовый генератор

Рис. 7.40. Структурная схема измерения кратковременной нестабильности частоты при помощи компаратора



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 [89] 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.06