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 f 1 = (10…20) кГц, а с основного – гармоническое колебание с частотой f 2 = (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 f 1 и f 2 каждого из генераторов в моменты времени t H и t K = t H + Т, где Т = 1 ч. При этом режим измерения частоты (время Т ИЗМ) выбирается в зависимости от времени наблюдения. Рекомендуемые соотношения между Т и Т ИЗМ приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
| Т | 1 год | 1 мес. | 1 сут | 1 ч | 100 с |
| Т ИЗМ | 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 Т ИЗМ = 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» Т ИЗМ = 1 с. Изменяя частоту генератора f Г i от 1 до 10 МГц с шагом 1 МГц, произведите отсчеты показаний частотомера f Ч i. Постройте градуировочную характеристику генератора, откладывая по оси абсцисс значения f Ч i, а по оси ординат – f Г i.
4. Установите значение частоты сигнала генератора f 2 = (9…10) МГц. (В дальнейшем значение f 2 не изменять!). Измерьте значение частоты f 2 при Т ИЗМ = 10 с. Зафиксируйте по часам время проведения измерения t 2Н. (Такое же измерение надо повторить через один час, т.е. при t 2К = t 2Н + 1 ч.).
5. В соответствии с описанием прибора измерьте частоту f 2 при четырех значениях Т ИЗМ – 1 с; 0,1 с; 10 мс; 1мс.
Используя паспортные данные, рассчитайте относительные и абсолютные погрешности измерения частоты f 2 для каждого времени измерения. Запишите результаты измерений. Постройте зависимости относительной и абсолютной погрешностей измерения частоты f 2 от Т ИЗМ.
6. Измерьте значение частоты f 1. Для этого подключите выход модуляционного генератора Г6–34 к входу «А» частотомера. Установите значение частоты гармонического сигнала f 1 = (10…20) кГц (в дальнейшем значение f 1 не изменять!), Т ИЗМ =10 с. Произведите отсчет показания частотомера. Зафиксируйте по часам время проведения измерения t 1Н. (Такое же измерение надо повторить через один час, т.е. при t 1К = t 1Н + 1 ч. Следите за временем!).
По паспортным данным рассчитайте погрешность измерения частоты f 1 и запишите результат измерения.
7. Измерьте период сигнала модуляционного генератора Т 1. Для этого подключите генератор к входу «В» частотомера. В соответствии с описанием частотомера измерьте период Т 1 для четырех значений периода следования импульсов генератора меток времени Т 0 – 1 мкс; 10 мкс; 0,1 мс; 1 мс при значении множителя периода n = 1.
По паспортным данным рассчитайте погрешности измерений Т 1. Запишите результаты измерений. Постройте зависимость относительной погрешности измерения Т 1 от периода следования Т 0.
8. Исходя из результатов п. 7, установите режим работы частотомера, обеспечивающий минимальную погрешность измерения периода Т 1. Измерьте снова Т 1, рассчитайте погрешность и запишите результат измерения.
9. По результатам п. 8 рассчитайте значение частоты f 1 и ее погрешность как косвенного измерения (f 1 = 1/ Т 1). Сравните с результатами п. 6. Сделайте выводы. ( Напоминание. Вспомните про пп. 4 и 6).
10. На основании повторных измерений частот f 2 и f 1 по пп. 4 и 6, выполненных через один час, рассчитайте отношение частот k = f 2 / f 1 и его погрешность как косвенного измерения.
11. Измерьте отношение частот k = f 2 / f 1. Для этого сигнал с частотой f 1 подайте на вход «В», а с частотой f 2 – на вход «А». В соответствии с описанием частотомера измерьте отношение частот f 2 и f 1 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 f 1 и f 2 в пп. 4 и 6 рассчитайте долговременные относительные нестабильности частот d1Д и d2Д. 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
