Существуют различия между точностью, разрешающей способностью и погрешностью частотомера — знание этой разницы позволяет правильно понять точность показаний.
Точность и разрешающая способность частотомеров и интервальных таймеров являются важными параметрами при использовании этих контрольно-измерительных приборов или при выборе одного из них для использования. Разрешение и точность — это два принципиально разных показателя, хотя в чем-то они и связаны.
Точность счетчика частоты или интервального таймера также имеет несколько элементов. Общая точность определяется множеством различных факторов. Для интерпретации показаний частотомера необходимо иметь представление о разнице между точностью и разрешающей способностью и знать, что они означают.
Разрешение счетчика частоты
Разрешающая способность частотомера — это его способность различать два близких друг к другу сигнала. Это мера количества цифр в показании частоты сигнала. Большинство счетчиков частоты называются счетчиками прямого считывания, а разрешение определяется временем стробирования. Это время, в течение которого счетчик подсчитывает количество импульсов или пересечений переходов.
Поскольку количество пересечений в секунду равно частоте, время стробирования в одну секунду позволит считывать частоты с разрешением в 1 Гц. Можно видеть, что для других периодов стробирования время стробирования 0,1 секунды позволит достичь разрешения 10 Гц, тогда как время стробирования 10 секунд позволит достичь разрешения 0,1 Гц. Таким образом, можно видеть, что для частотомера прямого считывания разрешение зависит от времени стробирования.
Ошибка измерения частотомера
Точность измерения частотомера или интервального таймера определить немного сложнее, так как она зависит от ряда факторов. Существует несколько категорий ошибок измерения, которые могут возникнуть, некоторые из них влияют на таймер счетчика при выполнении различных типов измерений. Эти неточности можно резюмировать следующим образом:
- Ошибка базы времени: Хотя база времени будет точной, ее фактическая точность зависит от типа используемого тактового генератора, ее точность будет иметь прямое влияние на общую точность счетчика частоты. Точность генератора представляет собой сумму различных ошибок генератора:
- Колебания сетевого/линейного напряжения: Колебания входного напряжения питания вызовут колебания напряжения кварцевого генератора. Уровень колебаний будет зависеть от эффективности любых регуляторов напряжения, но всегда есть небольшое изменение напряжения. Это может привести к небольшим ошибкам в напряжении кварцевого генератора, которые отразятся на ошибках таймера счетчика частоты.
- Температурная стабильность: Температурная стабильность кварцевого генератора, используемого для часов или временной развертки, является одним из основных источников ошибок или неточностей. Кратковременная стабильность обычно указывается в частях на миллион в диапазоне температур. Часто, желая провести точные измерения, целесообразно дать испытательному прибору прогреться и стабилизировать температуру в течение нескольких часов перед проведением измерения. Кварцевые генераторы, управляемые печью, могут достичь заданной точности раньше, но опыт обычно показывает, что частотомеру или любому другому испытательному прибору дают прогреться и стабилизироваться в течение нескольких часов, прежде чем проводить какие-либо точные измерения.
- Кратковременная стабильность: Кратковременные колебания включают в себя такие элементы, как кратковременные колебания частоты, включая фазовый шум/дрожание фазы. Если фазовый шум высок, это может означать, что период стробирования может изменяться или дрожать на величину, которая может привести к тому, что стробируется меньше или больше импульсов, чем позволяет точное время стробирования.
- Долгосрочная стабильность: эта форма погрешности частоты кварцевого генератора возникает со временем. Несмотря на то, что многие высококачественные кварцевые генераторы предварительно состарены, эти ошибки все же в некоторой степени случаются. Обычно они выражаются в частях на миллион в течение месяца. Такой длительный период взят потому, что эффекты старения маскируются краткосрочными эффектами в течение гораздо более коротких периодов времени. Ошибки, возникающие из-за старения часов таймера счетчика частоты, можно уменьшить путем периодической повторной калибровки контрольно-измерительного прибора.
- Ошибка счета ±: одна из форм ошибки счетчика частоты возникает из-за точного времени открытия и закрытия затвора по отношению к входящему сигналу. Иногда база времени может открыться так, что будет на один счет больше, чем в другое время. Неоднозначность возникает из-за некогерентной связи между базовыми часами времени и формой входящего сигнала.
- Ворота базы времени открыты в течение одинакового времени в каждом случае, но в первом случае подсчитываются три положительных фронта, тогда как во втором случае подсчитываются два. Причиной этого является относительная синхронизация или фазировка между двумя сигналами. В результате этой ошибки может быть разница в один счет между двумя показаниями.
- Ошибка триггера: Ошибки триггера счетчика частоты — это те ошибки, которые возникают на счетчике временных интервалов в результате шума на входном сигнале, что приводит к тому, что входной вентиль открывается или закрывается слишком рано или слишком поздно. Они вызывают срабатывание одного предела окна гистерезиса входного триггера в неподходящее время, тем самым внося ошибку измерения времени. Эту ошибку можно усугубить, увеличив чувствительность входной схемы и тем самым позволив шуму оказывать большее влияние.
- Систематическая ошибка: эта форма ошибки измерения на испытательном приборе возникает в результате несоответствия между пусковым и стоповым каналами. Это может быть связано с различиями во времени нарастания или спада канала или различиями в задержке распространения.
При использовании частотомера или интервального таймера необходимо понимать их ограничения. Одним из ключевых является точность, а другим является его разрешение. Таким образом, показания могут быть осмысленно интерпретированы, а допуски могут быть применены к любым снятым показаниям.