Частотомер - измерение частоты электрических колебаний в электроэнергетике

Пусть R₇ =1кОм серии С2-33И, тогда

Рис. 4 Схема дифференциатор .

Возьмём конденсатор  из серии КМ5 номиналом 0,1 нФ .

4.4 Выбор формирователя  (триггера Шмидта).

 

 Рис. 5 Формирователь.

Формирователь прямоугольных  импульсов выполним на микросхеме К155ТЛ1.

Микросхеме К155ТЛ1 представляет собой логический элемент НЕ с  триггером Шмидта наличие которого создает гистерезисную передаточную характеристику и обеспечивает повышение помехоустойчивости схемы.

Характеристики: нижний порог срабатывания U_ниж=1,1 В, верхний порог U_верх=1,5 В.

4.5 Выбор тактового  генератора

 

 

Рис. 6 Кварцевый  генератор.

ZQ1 – Кварцевый генератор частоты 1 МГц. Выбор кварцевого генератора обусловлен его стабильностью работы и низкой погрешностью выдаваемой частоты.

4.6 Выбор делителя  частоты.

Делитель частоты реализован на счетчиках К155ИЕ1. Для измерения  частоты в пределе до 1 МГц частота  на выходе ДЧ должна быть в 1000 раз меньше, чем на входе, т.к. на индикаторе max 1000 импульсов (т.е. число 999).

Это реализуется 3 – мя счетчиками.

.

4.7 Выбор и  расчет ждущего мультивибратора.

 

Рис 7. Одновибратор.

, время индикации для данного одновибратора

R=1.4… 40 КОм, С=0… 1000 мкФ. Выбираем  R=10 КОм, находим

С=140 мкФ.

Для формирования импульса сброса счетчиков на выходе одновибратора  используется цепочка:

Рис. 8 Схема  для формирования импульса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9 Временные  диаграммы, поясняющие работу схемы  рис.8

 

4.8 Расчет источника  питания

5 Погрешность  электронно-счетного частотомера.  Расчет погрешности.

Погрешности измерения.

 Рассмотрим погрешности  измерения частоты электронно-счетным частотомером, классифицируя их по слагаемым измерений.

Погрешность меры. Поскольку мерой служит кварцевый генератор, то данная погрешность определяется нестабильностью частоты колебаний генератора, погрешностью установки частоты генератора по образцовой частоте при выпуске с завода-изготовителя и погрешностью образцовой меры, по которой устанавливалась частота.

Средняя относительная  нестабильность частоты кварцевого генератора частотомера не превышает  следующих значений: ±1*10^-10 за 1 с; ±5-10^-9 за сутки.

Погрешность преобразования. Эта разновидность погрешности связана с формированием импульсов из напряжения гармонического сигнала. Она может возникать из-за нестабильности порога срабатывания и гистерезиса триггера Шмидта. Данная составляющая  погрешности весьма мала.

Погрешность сравнения. Как и при измерении интервалов времени, определяется главным образом погрешностью дискретности, появляющейся по той же причине: фронт и срез временных ворот не синхронизированы с моментами появления заполняющих ворота импульсов. Максимальная величина абсолютной погрешности дискретности составляет ±1 младшего разряда счета.

Так как счетчик частотомера  фиксирует n импульсов за время  и согласно формуле fизм == n/ , то при =.±1 абсолютная погрешность дискретности причем значение выражено в герцах, если интервал выражен в секундах.

Погрешность фиксации результата сравнения может иметь место только при ненормальном функционировании счетчика (предполагается, что он правильно выбран по емкости и быстродействию).

Предел допускаемой  абсолютной погрешности электронно-счетного частотомера характеризуется выражением

где  - общая погрешность меры (кварцевого генератора).

Из формул  можно  заключить, что в области низких частот погрешность дискретности является определяющей. Из сказанного следует вывод, что из-за больших погрешностей дискретности низкие частоты непосредственно измеряются электронно-счетным частотомером с невысокой точностью.

Уменьшение  погрешности дискретности. Известны несколько способов повышения точности измерения низких частот в результате уменьшения погрешности дискретности.

Первый способ заключается  в увеличении продолжительности временных ворот . Но возможности такого способа весьма ограничены, так как нередко для получения приемлемой точности требуется очень большое время измерения. Так, например, чтобы измерить частоту 10 Гц с погрешностью не более 0,001%, временные ворота должны составлять 10000 с, т. е. около 3 ч. Реально в частотомерах предусматривают максимальные длительности ворот  =10 с и редко =100 с.

Вторая возможность  повышения точности измерения низких частот электронно-счетным частотомером заключается в применении умножителей частоты.

Третий способ предполагает синхронизацию фронта временных  ворот с импульсом, задающим начало периода Т_Х=1/F_Х, также изменение дробной части отношения /Т_Х. Аппаратурная реализация этого способа сравнительно сложна

Четвертый путь кроется  в переходе от измерения частоты  синусоидального сигнала к измерению  его периода.

 

 

 

Расчет погрешности

Уравнение преобразования:

, где m – коэффициент деления счетчиков.

погрешность генератора:

 

погрешность дискретизации:

, где   а=10 (основание), m=3 (разрядность).

Погрешность измерения g_осн равна:

 

g_осн = =0,1% (удовлетворяет поставленной задаче)

g_{доп =} g_{темп-ая} влияет только на погрешность от генератора, следовательно

g_осн 0,1%

Расчет коэффициентов c и d

 (аддитивная)   Þ    (мультипликативная)

 

    ;