I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest pomiar częstotliwości oraz odcinka czasu przy pomocy częstościomierza.

II. Wprowadzenie teoretyczne

Zasada działania częstościomierza i czasomierza cyfrowego. Cyfrowy pomiar częstotliwości polega na zliczaniu liczby cykli przebiegu okresowego w określonym czasie. Na poniższym obrazku znajduje się schemat blokowy cyfrowego miernika częstotliwości i okresu.

Przy pomiarze częstotliwości przełącznik a i b znajdują się w pozycji 1. Napięcie okresowe o szukanej częstotliwości f_x przetwarzane jest w układzie formującym na przebieg prostokątny, który doprowadzony jest do wejścia bramki.

Napięcie z generatora wzorcowego o okresie T_w przekształcane jest przez przerzutnik w sterujący impuls prostokątny ST o czasie trwania T_w który otwiera bramkę.

W czasie otwarcia bramki zliczane są zbocza narastające lub opadające przebiegu prostokątnego doprowadzonego z układu formującego.

Po zamknięciu bramki liczba N zliczona przez licznik jest równa iloczynowi częstotliwości f_x i czasu otwarcia bramki T_w więc:

czyli:

Przy pomiarze okresu T_w przełączniki a i b są w pozycji 2. Napięcie okresowe o mierzonym okresie T_x przetwarzane jest w układzie formującym na przebieg prostokątny który przerzutnik zmienia na prostokątny impuls sterujący ST, otwiera się bramka na czas T_x, do wejścia bramki doprowadzony jest przebieg prostokątny z generatora wzorcowego o częstotliwości f_w. W czasie otwarcia bramki zliczane SA zbocza narastające przebiegu prostokątnego doprowadzonego z generatora wzorcowego, po zamknięciu bramki liczba N zliczona przez licznik równa jest iloczynowi częstotliwości f_w i czasu otwarcia bramki T_x czyli:

czyli:

III. Opracowanie wyników pomiarów

1) Wyznaczanie charakterystyki niepewności pomiaru częstotliwości

UWAGI:

Sygnał z generatora został podłączony do częstościomierza cyfrowego, ustawiając odpowiednie częstotliwości na generatorze, odczytywaliśmy wskazanie na częstościomierzu.

Tabela z wynikami pomiarów

2) Wyznaczanie charakterystyki niepewności pomiaru okresu

UWAGI:

Sygnał z generatora został podłączony do czasomierza cyfrowego, ustawiając odpowiednie częstotliwości na generatorze, odczytywaliśmy wskazanie na częstościomierzu.

Tabela z wynikami pomiarów

Przy pomocy przecięcia się dwóch charakterystyk niepewności częstotliwości i okresu, odczytujemy częstotliwość graniczną częstościomierza cyfrowego:

3) Pomiar odcinka czasu

UWAGI:

Pomiaru dokonaliśmy dla różnych nastawień zboczy wyzwalania bramki, różnych amplitud i przebiegów.

a) wejście B zbocze narastające, wejście C zbocze opadające -> A

b) wejście B zbocze opadające, wejście C zbocze narastające -> B

Częstościomierz automatyczny

4) Wyznaczanie charakterystyki niepewności pomiaru częstotliwości (punkt analogiczny do poprzedniego, 1))

5) Wyznaczanie charakterystyki niepewności pomiaru okresu (punkt analogiczny do poprzedniego, 2))

Przy pomocy przecięcia się dwóch charakterystyk niepewności częstotliwości i okresu, odczytujemy częstotliwość graniczną częstościomierza automatycznego.

6) Pomiar odcinka czasu

a) wejście A zbocze narastające, wejście B zbocze opadające -> A

b) wejście A zbocze opadające, wejście B zbocze narastające -> B

IV. Wnioski

Wykonując pomiar częstotliwości przy pomocy częstościomierza cyfrowego lub automatycznego, pomiar jest znacznie prostszy i szybszy niż w przypadku pomiaru za pomocą oscyloskopu analogowego gdzie pomiar jest dokonywany z użyciem krzywych Lissajous.

Analizując pierwszy wykres niepewności przyrządu pomiarowego jakim jest częstościomierz cyfrowy PLF-28A widzimy że charakterystyki przecinają się ze sobą, daje nam to częstotliwość graniczną ~2kHz, inna sytuacja występuje w częstościomierzu automatycznym C570 (drugi wykres), z niepewności zauważyć można że częstotliwość graniczna wacha się w granicach ~200Hz. Częstotliwość graniczna mówi nam do jakiej częstotliwości możemy używać czasomierza, a kiedy częstościomierza. Tak więc czasomierza stosujemy dla niskich częstotliwości, natomiast dla większych częstotliwości stosujemy częstościomierze. Pomiar odcinka czasu dla każdego rodzaju przebiegu jest zbliżony, niezależnie od wariantu nastawień zboczy wyzwalania bramki oraz wielkości amplitudy.

UWAGI:

Wnioski oraz wyniki pomiarów udostępnione przez sekcję I. Wykonanie ćwiczenia w dniu 30.05.2012r. było niemożliwe ze względu na awarię stanowiska.

Przykładowe obliczenie niepewności:

oraz

gdzie:

- czas otwarcia bramki

- częstotliwość wzorca

- dokładność wzorca

Dla 1000[Hz]:

Okres wg. wzoru obliczono:

f - częstotliwość zadana

Niepewność:

- czas otwarcia bramki

-ilość badanych okresów

- częstotliwość wzorca

- dokładność wzorca

---