4.4. Электронно-счетный частотомер

Принцип действия электронно-счетного частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением, т.е. на счете числа импульсов за интервал времени. Переменное напряжение, частоту f_x которого необходимо измерить, преобразуют в последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной f_x. Если сосчитать число импульсов N за интервал времени T_сч, то частота

.

Структурная схема электронно-счетного частотомера изображена на рис. 4.34. Сигнал частоты f_x поступает на усилитель-формирователь импульсов УФ, который преобразует синусоидальное напряжение измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов.

Рис. 4.34. Структурная схема электронно-счетного частотомера

Частота следования этих импульсов равна измеряемой частоте. Импульсы поступают на вход 1 временного селектора (ВС). На вход 2 селектора поступает импульс T_сч строго определенной длительности. Длительность этого импульса задается генератором высокой частоты (ГВЧ) с кварцевой стабилизацией и делителем частоты (ДЧ) с коэффициентом деления 10ⁿ. Частота генератора с кварцевой стабилизацией f_кв обычно равна 1 или 5 МГц, и, следовательно, период колебаний T_кв равен 1 или 0,2 мкс. При такой длительности времени счета измерять частоты, равные или меньшие f_кв, невозможно. Поэтому после кварцевого генератора включают декадные делители частоты, на выходах которых образуются частоты в 10ⁿ (n = 1, 2, 3,…) раз ниже частоты генератора. Измеряемая частота при этом определяется по формуле

f_x = N10^-n f_кв.

Импульс длительностью T_сч = 10ⁿ/ f_кв формируется в блоке управления (БУ). Импульсы измеряемой частоты поступают на электронный счетчик импульсов (Сч) лишь тогда, когда ко входу 2 селектора приложен импульс счета длительностью T_сч. С выхода счетчика информация о числе импульсов N, его заполнивших, в виде двоичного кода подается через дешифратор на цифровое отсчетное устройство, на котором в цифровом виде фиксируется результат измерения в единицах частоты. Измерение производится повторяющимися циклами, задаваемыми блоком управления.

Одновременно с воздействием на временной селектор управляющее устройство выдает импульсы для сброса показаний цифрового индикатора и обнуления электронного счетчика. В управляющем устройстве предусмотрена блокировка временного селектора на некоторый интервал времени, в течение которого на табло сохраняются показания для считывания оператором. Этот интервал времени называется временем индикации и может регулироваться в пределах нескольких секунд. В частотомере предусмотрены автоматический и ручной режимы измерения. В автоматическом режиме счет импульсов повторяется каждый раз по окончании установленного времени индикации. В режиме ручного управления счет выполняется один раз при нажатии на кнопку, время индикации не ограничивается.

Относительная погрешность электронно-счетного частотомера при измерении частоты определяется выражением

,

где ₀ – относительная погрешность установки частоты кварцевого генератора; _нест – относительная погрешность, вызванная нестабильностью частоты кварцевого генератора в условиях эксплуатации; 1/f_xT_сч – относительная погрешность, обусловленная некратностью периодов T_x и времени счета T_сч.

Последняя составляющая погрешности оценивается, исходя из того, что при некратности периодов T_x и T_сч подсчет числа импульсов за время счета может быть произведен с точностью ±1 импульс. Но тогда 1/N = 1/f_xT_сч.

У современных электронно-счетных частотомеров величины ₀ и _нест составляют примерно 10^–8 и менее, поэтому при технических измерениях могут не учитываться.

Составляющая погрешности 1/f_xT_сч зависит от измеряемой частоты и времени счета. В табл. 4.2 приведены значения этой составляющей в зависимости от времени счета для различных частот.

Таблица 4.2. Зависимость погрешности от времени счета

Время измерения, Tсч, с	Погрешность 1/fxTсч
	0,1 Гц	100 Гц	100 кГц
10^–2	10^3	1	10^–3
10^–1	10^2	10^–1	10^–4
1	10	10^–2	10^–5

Из этой таблицы видно, что для измерения низких частот погрешность измерения недопустимо велика.

Для того чтобы обеспечить приемлемую погрешность измерения низких частот, переходят к измерению периода с последующим пересчетом в частоту. Принцип измерения периода аналогичен рассмотренному с той разницей, что временной селектор открывается импульсом, формируемым из напряжения, период Т_x которого необходимо измерить, а длительность этого периода определяется подсчетом импульсов f_сч, получаемых от высокостабильного генератора. Если на счетчик прошло N импульсов с частотой следования f_сч, то измеряемый период

,

или частота

.

Составляющая относительной погрешности измерения периода при ошибке в подсчете числа импульсов за время счета ±1 импульс будет равна f_x/f₀.