Описание лабораторной установки и методики измерений

Лабораторная установка состоит из частотомера Ч3–34 (см. приложение), с помощью которого измеряют частоту, период повторения сигналов и отношение частот двух гармонических колебаний, и генератора Г6–34.

Генератор Г6–34 состоит из двух генераторов (модуляционного и основного) и имеет два выхода: с модуляционного генератора снимается гармонический сигнал с частотой f1 = (10…20) кГц, а с основного – гармоническое колебание с частотой f2 = (9…10) МГц.

Генератор, как источник колебаний, характеризуется долговременной и кратковременной нестабильностью частоты. В данной работе исследуются долговременные (одночасовые) нестабильности основного и модуляционного генераторов Г6–34. С помощью частотомера измеряются значения частот f1 и f2 каждого из генераторов в моменты времени tH и tK = tH + Т, где Т = 1 ч. При этом режим измерения частоты (время ТИЗМ) выбирается в зависимости от времени наблюдения. Рекомендуемые соотношения между Т и ТИЗМ приведены в табл. 3.1.

 

Таблица 3.1

Т 1 год 1 мес. 1 сут 1 ч 100 с
ТИЗМ 1 сут 1 сут 1 ч 100 с, 10 с 1 с, 0,1 с, 0,01; 0,001 с

 

Учитывая рассматриваемую нами одночасовую нестабильность частоты генераторов, можно принять согласно табл. 3.1 ТИЗМ = 10 с (см. пп. 4, 6 лабораторного задания).

Работе частотомера должна предшествовать проверка его работоспособности. Такая проверка осуществляется в режиме «КОНТРОЛЬ» по показаниям частотомера для каждого из сочетаний положений переключателей «МЕТКИ ВРЕМЕНИ» и «ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЙ» в соответствии с табл. 3.2.

 

Таблица 3.2

Метки времени Время измерений
1 мс 10 мс 0,1 с 1 с 10 с
10 нс          
1 мкс          
10 мкс          
1 мс          

 

Показания исправного прибора должны отличаться не более чем на одну единицу младшего разряда отсчета.

 

Домашнее задание

 

1. Изучите по литературе принципы работы электронно-счетного частотомера в режимах измерения частоты, периода и отношения частот, а также способы оценки погрешностей измерений ([1], с. 155–175).

2. Изучите инструкцию по эксплуатации частотомера Ч3–34, приведенную в настоящем сборнике (см. приложение).

3. Изобразите в отчете упрощенные структурные схемы частотомера в различных режимах измерений, используемых в работе.

4. Ответьте на контрольные вопросы.

 

Лабораторное задание

1. Включите частотомер Ч3–34 и генератор Г6–34. Прогрейте приборы в течение 20 мин. За это время ознакомьтесь с описанием приборов и инструкцией по их эксплуатации. Внесите в отчет нормальные и рабочие условия эксплуатации частотомера и его паспортные данные. Запишите показания термометра.

2. Проверьте работоспособность частотомера в режиме «КОНТРОЛЬ»:

а) установите автоматический режим измерений. Произведите отсчет показаний частотомера в соответствии с табл. 3.2 и занесите их в таблицу отчета. (Время индикации показаний следует выбрать удобным для наблюдения и считывания). Сделайте вывод о работоспособности частотомера.

б) убедитесь в работоспособности частотомера в режиме ручного запуска нажатием кнопки «ПУСК». Установите после этого снова автоматический режим измерения.

3. Построение градуировочнойхарактеристики основного генератора Г6–34.

Установите следующий режим работы генератора: сигнал – гармонический, множитель установки частоты 106. Подключите выход генератора к входу «Б» частотомера, установите «ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ» ТИЗМ = 1 с. Изменяя частоту генератора fГi от 1 до 10 МГц с шагом 1 МГц, произведите отсчеты показаний частотомера fЧi . Постройте градуировочную характеристику генератора, откладывая по оси абсцисс значения fЧi , а по оси ординат – fГi .

4. Установите значение частоты сигнала генератора f2 = (9…10) МГц. (В дальнейшем значение f2 не изменять!). Измерьте значение частоты f2 при ТИЗМ = 10 с. Зафиксируйте по часам время проведения измерения t . (Такое же измерение надо повторить через один час, т.е. при t = t + 1 ч.).

5. В соответствии с описанием прибора измерьте частоту f2 при четырех значениях ТИЗМ – 1 с; 0,1 с; 10 мс; 1мс.

Используя паспортные данные, рассчитайте относительные и абсолютные погрешности измерения частоты f2 для каждого времени измерения. Запишите результаты измерений. Постройте зависимости относительной и абсолютной погрешностей измерения частоты f2 от ТИЗМ.

6.Измерьте значение частоты f1.Для этого подключите выход модуляционного генератора Г6–34 к входу «А» частотомера. Установите значение частоты гармонического сигнала f1 = (10…20) кГц (в дальнейшем значение f1 не изменять!), ТИЗМ =10 с. Произведите отсчет показания частотомера. Зафиксируйте по часам время проведения измерения t. (Такое же измерение надо повторить через один час, т.е. при t = t + 1 ч. Следите за временем !).

По паспортным данным рассчитайте погрешность измерения частоты f1 и запишите результат измерения.

7. Измерьте период сигнала модуляционного генератора Т1. Для этого подключите генератор к входу «В» частотомера. В соответствии с описанием частотомера измерьте период Т1 для четырех значений периода следования импульсов генератора меток времени Т0 – 1 мкс; 10 мкс; 0,1 мс; 1 мс при значении множителя периода n = 1.

По паспортным данным рассчитайте погрешности измерений Т1. Запишите результаты измерений. Постройте зависимость относительной погрешности измерения Т1 от периода следования Т0.

8. Исходя из результатов п. 7, установите режим работы частотомера, обеспечивающий минимальную погрешность измерения периода Т1. Измерьте снова Т1, рассчитайте погрешность и запишите результат измерения.

9. По результатам п. 8 рассчитайте значение частоты f1 и ее погрешность как косвенного измерения (f1 = 1/Т1). Сравните с результатами п. 6. Сделайте выводы. (Напоминание. Вспомните про пп. 4 и 6).

10. На основании повторных измерений частот f2 и f1 по пп. 4 и 6, выполненных через один час, рассчитайте отношение частот k = f2 / f1 и его погрешность как косвенного измерения.

11. Измерьте отношение частот k = f2 / f1 . Для этого сигнал с частотой f1 подайте на вход «В», а с частотой f2 – на вход «А». В соответствии с описанием частотомера измерьте отношение частот f2 и f1 с максимальной точностью. Рассчитайте погрешность и запишите результат измерения. Сравните с результатами п. 10.

12. Определение долговременной нестабильности частоты генераторов. На основании результатов измерений частот f1 и f2 в пп. 4 и 6 рассчитайте долговременные относительные нестабильности частот d и d. Сделайте выводы.

 

Контрольные вопросы

1. Изобразите упрощенную структурную схему частотомера в режиме измерения частоты, поясните принцип действия, получите соотношение для вычисления предельной погрешности.

2. Изобразите упрощенную структурную схему частотомера в режиме измерения периода повторения, поясните принцип действия, получите соотношение для вычисления предельной погрешности.

3. Почему при измерении частоты сигнала иногда отказываются от прямого измерения частоты частотомером, а переходят к косвенному измерению этой частоты путем прямого измерения периода данного сигнала?

4. Изобразите упрощенную структурную схему частотомера в режиме измерения отношения частот, поясните принцип действия, получите соотношение для вычисления предельной погрешности.

5. Опишите методику многократных измерений периода повторения. Получите формулу для расчета погрешности дискретности.

 

Лабораторная работа № 4