Некоторые сведения о современных частотомерах

 

Современные частотомеры - это универсальные приборы, с помощью которых производятся измерения частоты, периода, временных интервалов, длительности и частоты следования импульсов, подсчёт последовательности импульсов; с помощью соответствующих преобразователей могут измеряться постоянное напряжение, а также неэлектрические величины - количество оборотов вращающихся устройств, давление и т. д.

Высокая стабильность, короткое время полной готовности после транспортировки делают многие современные частотомеры идеальными для процедур калибровки с высокой точностью вне лабораторных условий (например, в передатчиках больших сетей телесвязи подобно GSM или CDMA). Широкий выбор пределов измерения позволяет производить цифровые измерения калибровки в большом диапазоне, не используя синтезаторы, смесители и фильтры, чтобы обеспечить требуемое разрешение до последней цифры.

 

Классификация частотомеров

 

В зависимости от способа представления величин частотомеры подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые электромеханические частотомеры с логометрическими механизмами (электромагнитные, электродинамические, ферродинамические) предназначаются в основном для измерения частоты гармонических напряжений в диапазоне 20 - 2500 Гц. Эти частотомеры имеют ограниченное применение из-за невысокой точности, значительной мощности потребления и подверженности к вибрациям.

Цифровые (электронно-счётные) частотомеры предназначаются для точных измерений частоты гармонических и импульсных сигналов в диапазоне 10 Гц - 50 ГГц; используются для измерения отношения частот, периода, длительности импульсов, интервалов времени.

По принципу работы цифровые частотомеры можно разделить на четыре следующие группы.

Частотомеры средних значений образуют наиболее многочисленную группу и получили наибольшее применение. Такие приборы позволяют измерять среднее значение частоты за некоторый интервал времени Т_о. Диапазон измеряемых частот весьма широк - от десятков герц до сотен мегагерц, а со специальными преобразователями (переносчиками частоты) этот диапазон может быть расширен до тысяч мегагерц.

Частотомеры мгновенных значений позволяют измерять частоту в более узком диапазоне, причем частотомеры, измеряющие период, наибольшее применение получили для измерения низких и инфранизких частот.

Следящие частотомеры наиболее эффективны при измерении средних частот (десятки килогерц - единицы мегагерц). В них производится непрерывное по времени измерение частоты. По существу все нецифровые (электронные и электромеханические) частотомеры - следящие. Достоинством таких приборов является возможность получения отсчетов в любой произвольный момент времени. Принципиально следящие частотомеры могут быть и цифровыми.

Частотомеры номинальных значений и процентные предназначены для измерения изменений частоты в узком диапазоне частот. Причем первые позволяют получать отсчет в абсолютных единицах, а вторые - в относительных. Диапазон частот, охватываемый такими приборами, относится к области низких частот (не более десятков килогерц).

По своему назначению и основным характеристикам электронно-счетные частотомеры (ЭСЧ) подразделяются на сервисные, универсальные и специализированные. Отдельную группу составляют приборы, расширяющие функциональные возможности ЭСЧ. Конструктивно они изготавливаются в виде отдельных блоков.

Сервисные ЭСЧ - это малогабаритные приборы, максимально использующие интегральные схемы, благодаря чему обладают повышенной надежностью в работе. Сервисные ЭСЧ используются как в виде автономных приборов, часто переносных, так и встроенных приборов в составе автоматизированных измерительных систем. В последнем случае они имеют вывод информации о результатах измерения в цифровом параллельном коде для автоматической регистрации. Сервисные ЭСЧ можно использовать для измерения различных физических величин, применяя внешние преобразователи частоты и соответствующие датчики. Примером сервисных ЭСЧ являются приборы Ч3-36, Ч3-41.

Универсальные ЭСЧ отличаются многофункциональностью, они обеспечивают работу во всех режимах, присущих ЭСЧ. Конструктивно они выполнены так, что позволяют использовать сменные блоки (гетеродинные преобразователи, широкополосные усилители, умножители, преобразователи напряжения в частоту, делитель измеряемой частоты и т.д.), что расширяет функциональные возможности приборов. Все универсальные ЭСЧ должны иметь вывод результатов в цифровом параллельном коде и дистанционное управление и входить в состав единого агрегатируемого комплекса автоматизированных систем измерительной техники (ЕАКАСИТ).

Примером универсальных ЭСЧ могут служить приборы: Ч3-47, Ч3-54, Ч3-57, Ч3-49.

Специализированные ЭСЧ предназначены, как правило, для работы в режиме измерения частоты. Они значительно проще универсальных и уступают им по техническим характеристикам. Специализированные ЭСЧ предназначены для замены резонансных волномеров во всем диапазоне радиочастот от 100 кГц до 70 ГГц. На СВЧ в специализированных ЭСЧ применяются гетерогенные преобразователи частоты.

Цифровые частотомеры

43.6.1 Измерение частоты

 

Принцип действия цифрового (электронно-счетного) частотомера построен по схеме, в которой подсчитывается число импульсов N, соответствующее числу периодов неизвестной частоты f_x за известный высокоточный интервал времени, называемый временем измерения Т_и. Если за время Т_и подсчитано N импульсов, то среднее значение измеряемой частоты вычисляют по формуле:

, (43.5)

 

При времени измерения Т_и = 1 с количество подсчитанных импульсов (периодов) N и есть значение измеряемой частоты (Гц), т.е. f _x = N.

На рисунке 43.5 приведён пример построения схемы одного из цифровых частотомеров.

 

 

Рисунок 43.1 – Схема цифрового частотомера

 

U

Входное устройство, состоящее из широкополосного усилителя и аттенюатора, предназначено для согласования частотомера с источником сигнала, а также для усиления или ограничения напряжения на входе до значения, запускающего формирователь. Последний преобразует синусоидальные или периодические импульсные сигналы в последовательность импульсов постоянной амплитуды с большой крутизной фронтов, независимо от входного сигнала, частота следования которых равна частоте измеряемого сигнала (рисунок 43.2).

 

 

Рисунок 43.2 – Временные диаграммы, поясняющие принцип работы

частотомера

 

 

Временной селектор (электронный ключ с двумя входами) открывается строб-импульсом, вырабатываемым устройством управления (схемой автоматики), на высокоточное время измерения и пропускает эти импульсы на электронный счётчик. Цифровой индикатор автоматически выдаёт результат измерения в герцах. Генератор меток времени состоит из генератора образцовой частоты 1 МГц с кварцевой стабилизацией (кварцевого генератора) и делителя частоты. Делитель частоты делит частоту кварцевого генератора 1 МГц декадными ступенями до 0,01 Гц, т.е. 100; 10; 1 кГц, 100; 10; 1; 0,1; 0,01 Гц. Полученные частоты используют для формирования высокоточного времени измерения - меток времени, равных соответственно 10^-6; 10^-5; 10^-4; 10 ^-3; 10 ^-2; 10 ^-1; 1; 10; 100 с.

Устройство управления (автоматики) управляет всем процессом измерения и обеспечивает регулируемое время индикации 0,3 - 5 с результатов измерения на цифровом табло; сброс счётных декад и других схем в "нулевое" состояние перед каждым измерением; режим ручного, автоматического и внешнего пуска прибора; вырабатывает из частот, поступающих с делителей, строб-импульс, открывающий селектор на время счёта; импульс запуска цифропечатающего устройства.

Электронный счётчик, предназначенный для счёта поступающих с временного селектора N импульсов; состоит из нескольких последовательно соединённых счётных декад, каждая из которых соответствует определённому порядку частоты f_x (единицам, десяткам, сотням герц и т. д.). Цифровой индикатор обеспечивает отображение результатов измерений, поступающих с дешифратора. Последний преобразует двоично-десятичный код, поступающий со счётных декад, в десятичный.

Основная особенность последовательного счёта импульса, положенного в основу работы цифровых частотомеров, состоит в увеличении погрешности измерения при уменьшении частоты.

Относительная погрешность измерения частоты:

 

, (43.6)

 

Значение первой компоненты ΔN/N погрешности дискретности зависит от соотношения времени измерения Т_и ("временных ворот" селектора) и периода Т_х = l/f_x исследуемого сигнала. Погрешность дискретности в основном обусловлена несовпадением моментов появления счётных импульсов относительно фронта и спада строб-импульса: если Т_и не­кратные числа, то погрешность счёта импульсов ΔN = 0, если же Т_и и Т_х - некратные числа, то значение ΔN зависит от взаимного расположения Т_и и Т_х, т. е. несовпадения моментов их появления; при этом максимальная абсолютная погрешность счёта импульсов ΔN не превышает одного импульса ΔN=±1, определяющего младший разряд счёта.

Значение второй компоненты погрешности ΔТ_И/Т_И определяется нестабильностью частоты кварцевого генератора f_o, задающего "временные ворота" прибора Т_и.

Относительная погрешность времени измерения равна относительной погрешности частоты внутреннего кварцевого генератора и составляет значение порядка 10 ^-7, т. е. ΔТ_И/Т_И = Δf_o/f_o=δ_о.

Итак, относительная погрешность измерения (%) частоты:

 

, (43.7)

 

или, если учесть δ_о= 10^-7, то

 

, (43.8)

 

где f_x - измеряемая частота, Гц.

Как следует из (43.8), относительная погрешность измерения частоты исследуемого сигнала при прочих равных условиях зависит от его значения. Относительная погрешность измерения частоты ничтожна при измерении высоких частот и велика при измерении низких частот. Например, если f_x = 10 МГц, Т_и = 1 с, то δ_f = 2 ∙ 10^-5 %; если f_x = 10 Гц, Т_и = l c, тo δ_f=10 %.

Следовательно, при измерении высоких частот погрешность обусловлена в основном нестабильностью кварцевого генератора, а при измерении низких частот - погрешностью дискретности. Для уменьшения погрешности измерения низких частот необходимо увеличить время измерения, но это не всегда возможно, поэтому в цифровых частотомерах либо применяют умножители, позволяющие повышать измеряемые частоты в 10^п раз, либо переходят от измерения частоты исследуемого сигнала к измерению его периода Т_х с последующим вычислением значения измеряемой частоты по формуле f_x= 1/T_X.

Измерение периода

 

Период измеряется по схеме, показанный на рисунке 43.9. Входной сигнал через входное формирующее устройство В поступает на устройство управления (автоматику), формирующее строб-импульс. Длительность строб-импульса равна периоду измеряемого сигнала. На вход электронного счётчика поступают импульсы с генератора меток времени.

 

 

Рисунок 43.9 - Схема измерения периода

 

Более точное измерение периода производится с использованием декадных делителей частоты. В этом случае входной сигнал после формирования поступает на декадные делители, где его период умножается в 10, 10², 10³ или 10⁴ раз, а затем поступает на устройство управления. Длительность строб-импульса в этом случае равна периоду измеряемого сигнала, умноженному на коэффициент деления используемого делителя. Основная относительная погрешность измерения периода прибором (%):

- при синусоидальном сигнале вычисляется по формуле (43.9):

 

, (43.9)

 

- при импульсном сигнале с длительностью фронтов входных импульсов не более половины периода меток времени – по формуле (43.10):

 

, (43.10)

 

где δ₀- основная относительная погрешность частоты внутреннего кварцевого генератора или внешнего источника образцовой частоты;

Т_х - измеренный период, с;

Т₀ - период следования меток времени, с;

n - коэффициент умножения периода.

 

Измерение отношения частот

Отношение частот измеряется по схеме, показанной на рисунке 43.10. Низшая из частот формируется входным формирующим устройством и управляет устройством управления (схемой автоматики). Высшая из сравниваемых частот усиливается входным формирующим устройством А и через селектор подаётся на вход электронного счётчика.

 

Рисунок 43.10- Схема измерения отношения частот

 

Основная относительная погрешность измерения отношения частот (% при синусоидальном сигнале низшей из сравниваемых частот вычисляется по формуле (43.11):

, (43.11)

 

при импульсном сигнале низшей из сравниваемых частот и при длительности фронтов импульсов низшей частоты не более половины периода высшей из сравниваемых частот – по формуле (43.12):

 

, (43.12)

 

где f_B, f_H - высшая и низшая из сравниваемых частот, Гц;

n - коэффициент умножения периода.

 

Измерение интервала времени

 

Измерение интервала времени и длительности импульса производится по структурной схеме, приведённой на рисунке 6.5. Импульсы, интервал времени между которыми нужно измерить, подаются на входные формирующие устройства В и Г. Устройство управления (автоматики) вырабатывает строб-импульс, длительность которого равна измеряемому интервалу времени. На электронный счётчик поступают метки от генератора меток времени. При измерении длительностей импульса входной сигнал подаётся одновременно на входы В и Г, а выбор фронта для запуска и срыва автоматики производится соответствующими тумблерами.

 

Рисунок 43.11 - Схема измерения интервала времени и длительности импульса

 

Самоконтроль частотомера

 

Самоконтроль производится по схеме, показанной на рисунке 43.12. На электронный счётчик поступают внутренние метки времени от генератора меток времени непосредственно или через схему автоматики.

 

Рисунок 43.12 - Схема самоконтроля прибора

 

43.6.6 Частотомер ручной в корпусе мультиметра с диапазоном измерений до 2,5 ГГц АКТАКОМАСН – 2500

Прибор обеспечивает измерения в широком диапазоне частот (от 10 Гц до 2,5 ГГц) с основной погрешностью 4∙10^-6 Гц; хорошая разрешающая способность (не хуже 0,1 Гц).

Данное устройство является высокочувствительным малогабаритным прибором для измерений частот в диапазоне очень высоких и ультравысоких частот. Прибор обеспечивает измерения в широком диапазоне частот, хорошая разрешающая способность. В приборе используется специальная микропроцессорная интегральная схема, в которой реализованы функции измерения частоты, периода сигнала, функции мультиразрешения, функция фиксации данных, функция относительных измерений, регистрации данных (отсчеты максимальных, минимальных и средних значений). Реализована функция автоматического отключения питания (Auto power off). Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) обеспечивает удобство и простоту отсчета показаний даже в условиях высокой освещенности. Такой индикатор характеризуется малым потреблением энергии. Высокая точность измерений обеспечивается применением в приборе в качестве опорного кварцевого генератора низкой частоты.

Телескопическая антенна может быть использована для вылавливания в эфире передающихся частот портативных, стационарных или подвижных радиоизлучающих систем, таких как полицейские, пожарные радиосистемы, радиосистемы скорой помощи, такси, самолетные, морские и т.п. в диапазонах приблизительно от 5 до 30 см (обладающих различными мощностями, конструкциями радиопередающих систем, антенн и т.д.).

 

 

Таблица 43.1 - Технические характеристики

 

 

Характеристики	Значения
Индикация на приборе	ЖКИ (13 мм), 8 цифр.
Измерения	Частот, в режиме фиксации данных, в режиме относительных измерений, запоминание (минимальных, максимальных, средних значений), измерение периода сигнала.
Диапазон	2500 МГц	От 50 МГц до 2500 МГц (типовое значение максимум 2600 МГц)
	500 МГц	От 10 МГц до 500 МГц
	10 МГц	От 10 Гц до 10 МГц
	Период	От 10 Гц до 10 МГц
Чувствительность (среднеквадратичные значения)	Диапазон	50 МГц - 75 МГц	J100 мВ
	2500 МГц	76 МГц - 2500 МГц	J 50mB
	Диапазон	10 МГц-35 МГц	J120 мВ
	500 МГц	36 МГц - 350 МГц	J50mB
		351 МГц-450 МГц	J120 мВ
	10 МГц	J50mB
	Период	J50mB
	Погрешность измерения частоты	± (4 импульса в минуту+1 цифра)
	Опорный генератор	Кварцевый генератор частотой 4,194 МГц
	Температурный коэффициент опорного генератора	0,1 импульса в минуту/ 1 °С (стандартные условия (23 ± 5) °С)
	Максимально допустимые значения напряжений на входе прибора	Максимальное значение напряжения размаха на диапазонах 500 и 2500 МГц составляет 5В
		Максимальное значение напряжения размаха на диапазонах 10 МГц и измерения периода сигнала составляет 250 В
	Разъем для подачи сигнала на вход прибора	Типа BNC, гнезда
	Корпус	Прочный пластмассовый корпус
	Температура в условиях работы	От 0 °С до 50 °С
	Продолжение таблицы 43.1
	Относительная влажность в условиях работы	Не выше 90 % в диапазоне температур от 0 °С до 35 °С
	Питание прибора	Батареи 4*1,5 В
	Потребляемый ток	Приблизительно 105 мА постоянного тока в диапазонах 500 МГц и 2500 МГц
	Приблизительно 45 мА постоянного тока в диапазоне 10 МГц и в режиме измерения периода сигнала
	Параметры питания адаптера переменного тока	9 В, диапазон токов от 300 до 500 мА, приспособлен для включения в розетку
	Отключение питания	Система автоматического отключения питания
	Габариты	173*80*35 мм
	Вес	340 г
		АТ-20	Телескопическая антенна с BNC-разъемом
	РВ-01	Щуп для непосредственных измерений с BNC-разъемом
	СА-03	Мягкий чехол для переноски прибора, пара зажимов типа крокодил (только для частот J500 МГц)

 

 

Таблица 43.2 - Разрешающая способность и время осуществления выборок

 

 

 

 

 

Диапазон	Выбор времени пропускания сигнала	Разрешающая способность	Время осуществления выборок
2500 МГц	Быстрый режим - FAST	1000 Гц	0,5 с
Медленный режим -SLOW	100 Гц	2,75 с
Медленный режим -SLOW (вариант 1)	200 Гц	1,5 с
Медленный режим -SLOW (вариант 2)	500 Гц	0,75 с
Быстрый режим - FAST	100 Гц	0,75 с
10 МГц	Медленный режим -SLOW	1Гц	1,25 с
Продолжение таблицы 43.2
	Медленный режим -SLOW (вариант 1)	0,2 Гц	6с
	Медленный режим -SLOW (вариант 2)	0,1Гц	11с
500 МГц	Медленный режим -SLOW	10 Гц	6с
Медленный режим -SLOW (вариант 1)	1000 Гц	5с
Медленный режим -SLOW (вариант 2)	1000 Гц	1,5 с
Быстрый режим - FAST	1000 Гц	0,5 с

Поверка частотомеров

 

Поверка частотомеров осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.422 - 81, который распространяется на щитовые, переносные, показывающие и самопишущие частотомеры (далее - частотомеры) классов точности 0,02 и ниже, предназначенные для измерения частоты электрических колебаний от 10 до 20000 Гц, изготовленные по ГОСТ 22261 - 94, ГОСТ 7590 - 93, ГОСТ 9999 - 94, а также по действовавшей ранее нормативно-технической документации, и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок.

При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в таблице 7.1, и применены следующие средства поверки: образцовый частотомер, пределы допускаемой основной погрешности которого приведены в таблице 7.2; вольтметр переменного тока класса точности 2,5 с пределом измерений 0 - 400 В, частотой 10 - 20000 Гц по ГОСТ 8711 - 93; универсальный осциллограф типа С1 - 76 с полосой частот 0-1 МГц; источник переменного тока синусоидальной формы с диапазоном регулирования выходного напряжения от 0 до 380 В, диапазоном частот 10 - 20000 Гц, мощностью 20 Вт; значения коэффициента нелинейных искажений не должны превышать указанных в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа; механический секундомер типа СОПпр-2а - 3 - 010; установка для испытания электрической прочности изоляции с испытательным напряжением до 2,0 кВ типа УПУ - 1М; мегаомметр типа М4101; поверочное приспособление для определения дополнительной погрешности от неуравновешенности подвижной части частотомера (клиновидная плита с углом наклона 5 °).

 

 

Таблица 43.3 - Операции поверки

 

Наименование операции	Обязательность проведения поверки при
выпуске из произво- дства и ремонта	эксплуатации и хранении
Внешний осмотр	Да	Да
Проверка электрической прочности изоляции
Да	Нет
Проверка сопротивления изоляции
Да	Нет
Определение основной погрешности и вариации показаний
Да	Да
Определение дополните- льной погрешности от неу- равновешенности подвиж - ной части частотомера
Да	Да
Определение времени установления показаний частотомера
Да	Да

 

Таблица 43.4 - Пределы допускаемой основной погрешности образцового частотомера

 

Класс точности поверяемого частотомера	Предел допускаемой погрешности, % образцового частотомера
0,02	1*10-3
0,05	1*10-2
0,1	±0,02
0,2	±0,05
0,5	±0,1
1,0	±0,2
1,5	±0,5
2,5	±0,5
4,0	±1,0
5,0	±1,5

 

 

Для поверки частотомеров, имеющих допустимый угол наклона его установки в рабочем положении более чем на 5 °, изготовляют приспособ­ление с углом наклона, соответствующим допустимому углу наклона поверяемого частотомера.

Допускается применять другие, вновь разработанные или находящиеся в применении средства поверки, прошедшие метрологическую аттестацию в органах государственной метрологической службы и удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.

При проведении поверки должны быть соблюдены условия по ГОСТ 22261 – 94, ГОСТ 7590 – 93, ГОСТ 9999 – 94: температура окружающего воздуха (20 ± 2) °С - для частотомеров классов точности 0,02 - 0,5 и (20 ± 5) °С - для частотомеров классов точности 1-5; относительная влажность воздуха (65 ± 15) %; напряжение сети питания (220 ± 4,4) В; частота 50 Гц; предельные отклонения частоты 50 Гц и содержание гармоник по ГОСТ 13109 – 97.

Основную погрешность и вариацию показаний определяют по истечении времени прогрева, указанного в ГОСТ 7590 – 93, ГОСТ 9999 – 94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Основную погрешность и вариацию показаний определяют сравнением показаний поверяемого частотомера с действительным значением измеряемой частоты.

Основную погрешность и вариацию показаний определяют на всех числовых отметках шкалы, а у вибрационных частотомеров - на каждом из язычков.

Основную погрешность и вариацию показаний для частотомеров с несколькими значениями номинальных напряжений определяют: на всех числовых отметках шкалы - для одного из напряжений, на двух числовых отметках - для остальных напряжений. Одна из числовых отметок - конечная, другая - та, на которой при поверке на всех числовых отметках была максимальная погрешность.

Пределы допускаемых основных погрешностей частотомера могут быть выражены в виде абсолютной, приведенной или относительной погрешности.

Основную абсолютную погрешность Af^x в Гц определяют как максимальную разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты и рассчитывают по формуле (43.7.1):

 

, (43.7.1)

 

где f_n - показание поверяемого частотомера, Гц;

f_д - действительное значение измеряемой частоты, Гц.

Основную относительную погрешность 8 в процентах определяют по формуле (43.13):

 

, (43.13)

 

где δ - относительная погрешность в процентах от значения измеряемой частоты;

Δf_max - наибольшая по абсолютному значению разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты, Гц;

f - значение измеряемой частоты, Гц.

Приведенную погрешность ν в процентах определяют по формуле (43.14):

 

, (43.14)

 

где ν - приведенная погрешность в процентах от нормирующего значения;

f_N - нормирующее значение частоты, Гц.

Нормирующее значение при установлении приведенной погрешности определяют по ГОСТ 7590 – 93 или действующей нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Предел допускаемой вариации показаний в зависимости от класса точности или допускаемой основной погрешности определяют по ГОСТ 7590 – 93, ГОСТ 9999 – 94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Вариацию частоты b в Гц определяют по формуле (43.15):

 

b = f₁ - f₂, (43.15)

 

где f₁ и f₂ - действительные значения измеряемой частоты, соответствующие одной и той же отметке шкалы поверяемого частотомера при плавном увеличении и уменьшении частоты. Допускается определять вариацию в процессе определения основной погрешности.

Основную погрешность и вариацию показаний частотомера определяют следующим образом. Поверяемый частотомер подключают к источнику переменного тока, обеспечивающему возможность регулировки выходного напряжения и частоты в пределах, необходимых для поверки частотомера, и имеющему синусоидальную форму кривой тока. Для визуального контроля формы кривой используют осциллограф. Значение выходного напряжения устанавливают равным номинальному значению напряжения поверяемого частотомера и контролируют в процессе поверки по вольтметру. Изменением частоты источника переменного тока устанавливают указатель шкалы поверяемого частотомера на поверяемой отметке, а действительное значение частоты отсчитывают по образцовому частотомеру, подключенному параллельно поверяемому. Если в качестве источника переменного тока используют низкочастотный измерительный генератор сигналов с усилителем мощности, допускается подключение образцового частотомера до усилителя мощности. Действительное значение измеряемой частоты допускается определять по шкале генератора, если используется прецизионный генератор, имеющий погрешность установки частоты не более 1*10^-3 Гц. Если в качестве образцового частотомера используют электронно-счетный частотомер, допускается включать его в режиме измерения периода. При этом действительное значение измеряемой частоты f в Гц определяют как равенство (43.16):

 

, (43.16)

 

где Т - измеряемый период, с.

Погрешности измерения и вариации определяют дважды: при подходе к поверяемой отметке со стороны увеличения и уменьшения частоты.

Основную абсолютную, приведенную или относительную погрешности и вариацию показаний рассчитывают по формулам (43.12 – 43.15).

Частотомер, основная погрешность или вариация показаний которого по результатам поверки превышает допустимую, признают непригодным к применению.

Дополнительную погрешность, вызванную изменением положения частотомера от нормального, определяют следующим образом. Частотомер устанавливают на клиновидную плиту, имеющую угол наклона, равный допустимому углу наклона поверяемого частотомера, так, чтобы частотомер был наклонен вперед, и при номинальном значении напряжения и неизменном значении измеряемой частоты определяют дополнительную погрешность. Операцию повторяют при наклоне частотомера назад, влево, вправо, изменяя положение частотомера на плите.

Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванный отклонением положения частотомера от нормального, не должен превышать предельного значения допускаемой основной погрешности.

Частотомер, у которого дополнительная погрешность по результатам поверки превышает допускаемую, признают непригодным к применению.

Положительные результаты государственной первичной поверки оформляют записью в паспорте и нанесением на частотомер оттиска поверительного клейма.

Положительные результаты государственной периодической поверки оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства по форме, установленной Госстандартом, с указанием на обороте максимального значения погрешности частотомера. Положительные результаты поверки образцового частотомера оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства, на лицевой стороне которого наносят слово "образцовый", а на оборотной стороне записывают результаты поверки по ГОСТ 8.422 – 81.

Положительные результаты первичной и периодической ведомственной поверки оформляют в порядке, установленном ведомственной метрологической службой.

Частотомеры, не удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8.422 – 81, к вы­пуску и применению не допускают, на них выдают извещение о непригодности, а клеймо гасят.

 

Пример отчета по лабораторной работе

 

Цель работы: Приобретение знаний о частотомерах и навыков практических расчетов погрешностей при измерениях частотомерами. В данной лабораторной работе проводят измерения с однократными наблюдениями (n < 4)

 

 

Рисунок 43.13 – Внешний вид электронно-счетного частотомера ЧЗ-54

 

Допустим, при измерении частоты частотомером получены три результата:

x₁ = 213,000005 Гц;

х₂ = 213,000004 Гц;

х₃ = 213,000006 Гц

при температуре 25 ° С.

 

Вычисляем среднее арифметическое значение:

 

Гц (43.17)

Находим среднее квадратическое отклонение (СКО):

Гц (43.18)

 

Известно, что предельно допустимая основная погрешность частотомера Δ_си = ± 0,000004 Гц.

Если Т_изм (температура, при которой производили измерения) не входит в интервал [18; 28] ° С, т. е. отличается от стандартных условий (23 ± 5) °С, то необходимо учесть температурный коэффициент опорного генератора, который составляет 0,1 импульса в минуту/ 1 °С.

С учетом перевода минут в секунды:

 

при Т_изм > 28 °С

 

, (43.19)

 

при Т_изм<18°С

 

, (43.20)

 

В нашем случае Т_изм = 25 °С, т.е. выполняется условие 18 ≤ Т_изм ≤ 28, и Δ_{д оп} не учитывается.

Погрешность измерения частоты Δ_допf составляет ± (4 импульса в минуту + 1 цифра).

С учетом перевода минут в секунды:

 

, (43.21)

 

 

Гц

 

Находим не исключенную систематическую погрешность (НСП):

 

Θ = ±│0,000004+0,00000027│= ± 0,00000427 (43.22)

 

Определяем отношение НСП к СКО:

 

Θ(Р)/S(х) = 0,00000427/0,000001 = 4,27

 

Т. к. выполняется условие 0,8 ≤ Θ(Р)/S(х) ≤8, то

 

, (43.23)

 

, (43.24)

 

,

 

, (43.25)

 

где Z_р/2 - Коэффициент Лапласса, определяемый по таблице.

 

 

ΔР = 0,745 [0,00000427 + 0,0000001414] = 0,000003286 = 0,0000033 Гц

 

Результат измерений теперь можно записать следующим образом:

 

А = (213,000005 ± 0,0000033) Гц