книги / Методы и устройства цифрового измерения низких и инфранизких частот
..pdf
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 1-2 |
Ф576 |
Ф59Э |
ЧН-6 |
43-34 |
43-35 |
|
частоты |
|
|
|
|
|
|
|
0 - 1 ,2 -10е при |
|
|
|
|
|
прямом |
входе |
|
|
10-4-2* 107 |
0,1—1,5- 10е |
10—1,2- 10е при |
|
|
|
входе |
через |
10—12-107 |
10—5 -107 |
||
|
|
разделит, |
|
|
|
|
|
конденсат. |
|
|
|
7 |
7 |
4 |
|
9 |
9 |
±5* Ю“ в± |
± 1 0 -5± |
± 5 -1 0 -s± |
± 5 -1 0 -7 ± |
± 3 -1 06± |
|
±100INf |
±100/ЛГ, |
±100/Л7/ |
±Ю0/ЛГ, |
±100/ЛГ, |
периода
10—10s 10-5-105
1,10 j
или отклонения частот, %
±10% |
в диапа |
1 |
|
1,5*106 |
|
зоне |
10—103 |
с |
1 |
“ |
1 |
точностью |
|
|
|
|
|
±0,005% и |
|
|
|
||
103—2-107 |
с |
|
|
|
|
точностью |
|
|
|
|
|
±0,001% |
|
|
|
|
|
(длительность импульсов) |
|
||||
|
|
|
10-5-105 |
||
|
|
|
|
105- 1 0 |
|
53X19X37 |
|
40X35X18 |
|||
|
15 |
|
|
|
10 |
10-5—10»
l.IOUO2, 103,ю<
1 10* l03~" 1
10-5—101
О |
г о |
44X36X12
14
ю-2-мо5
1.I0.102,
103,104
1
1
. 10е—1
“1
ю - 1—102 10-5-102
49X47X12
22
1.10.102,
103,104
1 в
1
5*10®
~1
10-5—102
О |
J |
О |
49X47X13
20
диапазон измеряемых частот до 120, 1000 и 16600 Мгц. Диапазон непосредствен
но |
измеряемых |
частот |
(без |
какого-либо преобразования) у |
43-19 находится |
в |
пределах от |
10 гц |
до 60 |
Мгц, этот диапазон обеспечивает |
счетная декада |
с быстродействием 60 Мгц, Дополнительный блок 46-17 повышает чувствитель ность 43-19 до 10 мв в диапазоне частот 0,1—60 Мгц. Совместно с блоком
43-27 ЦЧ 43-19 измеряет интервал времени в диапазоне от 1 мксек до 10000 сек. При этом входные сигналы могут поступать по одному или двум каналам.
43-19 — базовый прибор, который используют в различных комплектах при боров, например, в 40-7 для измерения частоты непрерывных колебаний и несу щих ИМ сигналов в диапазоне 10 гц— 16,6 Ггц.
В настоящее время разрабатывают и выпускают многофункциональные ЦЧ. Например, ЦЧ типа 43-30, который снабжен блоком 46-55 для измерения фазы в пределах 0—360° в диапазоне частот 20 гц—200 кгц с абсолютной погрешно стью ±2°, блоком 46-56 — для цифрового измерения напряжения постоянного тока с разрешающей способностью 10 мв и пределами преобразования 5—50— 250— 1000 в с автоматическим выбором и указанием полярности. Начат серийный выпуск других цифровых частотомеров, отличающихся наличием новых режимов работы, лучшим внешним оформлением, большим удобством при пользовании, применением новой элементной базы и схемотехники, меньшими габаритами, весом и большей надежностью. Кроме 43-34 и 43-35, к этим приборам можно отнести: счетный цифровой частотомер-хронометр типа Ф5031, универсальный цифровой частотомер типа Ф5716, счетный цифровой хронометр Ф5029, которые также выполнены на интегральных схемах. Для удобства пользования боль шинство из них имеют ручной, автоматический и дистанционный режимы изме рения, а для повышения помехоустойчивости — фильтры на входе, обеспечи вающие выполнение измерений частотно-временных параметров с гарантирован ной точностью при наличии помех. ЦЧ, имеющие режимы самоконтроля на
собственных |
частотах 1, 10, 100 кгц, 1, 10 и 100 Мгц за |
время квантования, |
||
равное 0,001; |
0,01; 1 |
и 10 сек, способны выдавать импульсные образцовые частоты |
||
в диапазоне |
частот |
0,1 гц— 1 Мгц декадными |
ступенями с точностью, определяе |
|
мой собственной ОМЧ. Некоторые из них, |
например 4Н -6 |
и 43-35, измеряют |
||
с гарантированной |
точностью соответственно в течение 24 |
и 16 ч. В отличие |
от зарубежных, отечественные ЦЧ предназначены для работы в наиболее труд ных условиях (—30— +50° С, относительная влажность воздуха 98% при темпе ратуре + 3 5 °С). Они отвечают требованиям, которые предъявляются к приборам V группы (ГОСТ 9763-67).
Современные отечественные ЦЧ имеют высокий технический уровень. Одна ко выбор и переключение пределов измерения по-прежнему ручной, вследствие чего они не используются в быстродействующих измерительных системах, рабо тающих в комплекте с различными частотными датчиками, и не выполняют масштабные преобразования частотно-временных параметров. Построение ЦЧ только с классическими методами измерения не решает новых задач, выдвигае мых практикой научных и производственных измерений. По-прежнему недоста точно точно и быстро измеряются низкие и инфранизкие частоты, отсутствуют режимы измерения абсолютных отклонений величин от заданных значений, суммы и разности величин. Как правило, выпускаются высокоточные, но дорого стоящие ЦЧ, вследствие чего преимущества цифровой формы представления результатов измерения используются недостаточно полно, поскольку эти вопросы тесно связаны с вопросом стоимости приборов. Практика многих производствен ных измерений требует, чтобы выпускались также и недорогие специализирован ные ЦЧ с 3—4 знаками отсчета для выполнения технических измерений, которые, работая в комплекте со многими ЧД, обеспечивали бы индикацию результата измерения непосредственно в единицах измеряемой величины без выполнения каких-либо вычислений. Требования науки и практики выдвигают и другие задачи, связанные с дальнейшей автоматизацией процесса измерения, адапта цией, обработкой полученных результатов измерения и т. д.
1.2. Увеличение быстродействия и точности основных методов измерения в диапазоне низких и инфранизких частот
В связи с тем, что значительно расширяется диапазон приме нения низких и инфранизких частот, а выпускаемые ЦЧ дае «отве чают новым требованиям, необходимо повысить точность и быстро
действие основных методов измерения ЦЧ и аналого-цифровых преобразователей (АЦП), построенных на базе этих методов, особенно если АЦП и ЦЧ используются в измерительных, в том числе телеизмерительных, системах.
Метод квантования частоты неприемлем для точного измерения низких и инфранизких частот, так как требует значительного уве личения Тк. Например, если /*=1 Щ и требуется обеспечить бк=0,1% ,то Тк= 1000 сек, а если /*=0,01 гц, то при прежнем 6к значение 7*к должно быть увеличено до 28 ч.
Переход к квантованию значения периода Тх значительно со кращает время измерения и, таким образом, устраняет возникаю щее противоречие между требованиями повышения быстродейст вия и повышения значения измеряемых с высокой точностью час тот. Воспользовавшись полученными уравнениями (1.14) и (1.15), оценим это сокращение. Приравняв правые части уравнений, что необходимо при некотором граничном значении частоты /щ [9, 116], определим, во сколько раз ai при той же относительно погреш ности измерения уменьшается значение Тк при переходе от кван тования fx к квантованию щ периодов Тх
а. |
Тл |
(1.19) |
|
n i Тх |
$2 + |
|
/о Т х |
Знаменатель правой части уравнения (1.19) представляет собой погрешность измерения только одного ее периода, то есть
( 1-20)
График зависимости формулы (1.20), представленный на рис. 1-12 в логарифмическом масштабе, является прямой, показанной сплош ной линией. Как видно из графика, при переходе от квантования частоты к квантованию ее периода время измерения сократится тем больше, чем меньше бит-
Значение /гр находим из следующего уравнения: |
|
||||
|
100 |
_ 5 , |
( 100/ 1р |
|
( 1.21) |
|
Г . / г , |
« I |
" |/ п |
|
|
|
|
|
|||
полученного из выражений |
(1.14) |
и (1.15), при ôM= ôn это значение |
|||
равно |
|
|
|
|
|
/ г р |
200 ~ |
|
^2 * /о . /о П \ |
( 1.22) |
|
|
|
(200)2 |
Тк |
|
Если коэффициент усреднения периода п{ велик, а составляющей
погрешности -S в равенстве (1.21) можно пренебречь по сравне- rtj
нию с другими, то значение /Гр равно [116]
(1.23)
Как и на графике (рис. 1-12), значение /гр делит диапазон измеряе мых частот на две области, в одной из которых минимальную по грешность измерения получают квантованием /Гр(/х>/гр), а в дру гой — квантованием ее периода (fx<frP).
|
|
Измеряя |
быстро |
изменяющиеся |
||||||||
|
|
величины, |
предварительно преобразо |
|||||||||
|
|
ванные в значение частоты, напри |
||||||||||
|
|
мер, |
угловую скорость |
испытываемых |
||||||||
|
|
турбин на участке кривой их разгона, |
||||||||||
|
|
имеющем |
резкие |
изменения |
частоты |
|||||||
|
|
во времени, уменьшить динамическую |
||||||||||
|
|
ошибку |
измерения |
можно, |
|
отказав |
||||||
|
|
шись от квантования частоты в поль |
||||||||||
|
|
зу квантования ее периода даже при |
||||||||||
|
|
более высоких ее значениях. В про |
||||||||||
|
|
тивном |
случае |
значения |
динамиче |
|||||||
|
|
ских |
погрешностей, |
не |
принимавшие |
|||||||
|
|
ся в расчет вследствие их малости, |
||||||||||
|
|
могут в сотни и тысячи раз превы |
||||||||||
|
|
шать |
|
указанные |
статические |
[79, |
||||||
|
|
112]. При квантовании /* динамиче |
||||||||||
|
ai = F(àm). |
ская |
погрешность |
бд |
складывается |
|||||||
Рис. '1-12. Характеристика |
из погрешности усреднения |
бду и |
ап |
|||||||||
|
|
проксимации |
бда. Первая |
возникает |
||||||||
при оценке мгновенных значений частот на |
основании |
полученных |
резуль |
|||||||||
татов измерения, так как |
последние |
представляют |
|
собой |
средние |
|
значения |
частот за время Тп и не совпадают с мгновенными в моменты времени считы вания результатов; вторая — при определении значений меняющихся частот в промежутках времени между моментами выдачи результатов измерения. Зна чение бду минимально, если результат измерения относят к середине интервала квантования Тк, и равно
6,V------ ±-<QT»y, |
(1.24) |
24 |
|
Чем меньше значение частоты Й синусоидальной функции, модулирующей час тоту датчика, и Тк, тем меньше бДу.
Максимальное значение бда зависит от способа аппроксимации функции
между точками ее дискретных значений и равно |
|
|
б д п = ------- & Ч Т « + Т . у |
<1 25) |
|
8 |
|
|
мри кусочно-линейной аппроксимации и |
|
|
6 д .= ± — |
ШГ„+Г„)« |
(1.26) |
2 |
|
|
при ступени ai ой [79]. Чтобы уменьшить |
значение бда, необходимо |
-при заданной |
Q применять регистры памяти [8, 9, 55, 58, 59], что позволит, результат преды дущего измерения воспроизводить одновременно с очередным квантованием зна чения частоты. Благодаря этому ие нужно дополнительное время на индикацию результата измерения Тп, требующееся при работе ЦЧ без регистров памяти.
Максимальное значение суммарной ошибки бд при кусочно-линейной аппрок симации функции между точками представления результата равно •
H |
определяет Гм, которое меньше значения интервала квантования, полученного |
в |
результате обеспечения заданной погрешности бк. |
Так, например, при измерении с приведенной погрешностью 0,01% частоты, изменяющейся линейно со скоростью 100 гц[сек в диапазоне возможных значений 1000—10000 гц методом квантования частоты, время квантования должно быть равным 1 сек. Возникающая динамическая погрешность при отнесении резуль тата измерения к середине интервала квантования будет равна ±5% . Если ж е требуется, чтобы она была не более ±0,1% , то время квантования должно быть уменьшено не менее чем в 50 раз, что обеспечит только метод квантования
нескольких Г*. Дальнейшее уменьшение ô,< в раз может быть достиг
нуто только в случае квантования значения Тх. Однако при этом возникает третья, порой значительная, составляющая динамической погрешности, обуслов ленная изменением положения по отношению к точкам, к которым относят ре зультат измерения [79], середины ntTx (интервала квантования) при изменениях коэффициента усреднения щ или частоты fк [79]. Кроме того, чтобы получить результат измерения в единицах частоты, необходимо выполнять дополнительные вычисления, делающие этот метод непригодным для измерения низких и инфранизких частот. Поэтому интенсивно разрабатываются новые методы и устрой ства [2, II, 16—17, 20, 23, 25, 29, 30, 38, 42, 66—68. 71, 79, 62, 84г-85, 89, 95—96, 103, 108, 112, 117—118. 120, 129— 130].
В настоящее время получили распространение методы измереия, основанные на квантовании:
1)значения измеряемой частоты fx с синхронизацией начала времени квантования с импульсом измеряемой частоты и учетом остаточного интервала [66, 80, 84, 95, 96 и др.];
2)значения интервала времени, кратного периоду Тх, с допол нительным преобразованием для получения показания в единицах частоты [17, 23, 51, 62 и др.];
3)значения предварительно умноженной частоты [25, 27, 29,
61, 72, 89, 111 и др.].
*Эти методы, получившие наибольшее распространение, будем называть основными. Рассмотрим их более подробно. В настоящей главе описаны методы первой группы, а в двух последующих — двух последних.
В первой группе уменьшение Гк достигается уменьшением бч. Наиболее
просто получить A/l=7*/2=const. В этом случае |
|
||
T |
Т |
50 |
(1.29) |
Дк= --------Ah = ± — ; |
6 ,с = ± -------- |
||
2 |
2 |
TKfx |
|
Уменьшение погрешности квантования при пренебрежимо малом значении ôt равносильно уменьшению значения Тк в-два раза. Применение ЧД, основанных на использовании симметричных мультивибраторов [114, 1*151, наиболее просторешает эту задачу. При измерениях после подачи импульса «Пуск» одновременно- с включением УТг переходит из заторможенного режима в режим автоколеба ния ЧД. Первый импульс, который проходит на вход МСИ, появляется чере* время Тх/2 после включения УТг и открытия элемента сравнения на входе МСИ" (рис. 1-1). В других случаях, как будет показано далее, это достигается услож
нением БАУ и Ф (рис. i-13).
Дальнейшее уменьшение бк достигается синхронизацией начала времени квантования со счетным импульсом измеряемой частоты и учетом остаточногЬ временного интервала àt2. Тогда справедливо следующее соотношение:
откуда после деления на ТиГх и выполнения ряда преобразований получим
л /;+ ( д ч т х)
(1.30)
Следовательно, для уменьшения 6К остаточный временной интервал Д/г дол жен быть представлен рядом дополнительных разрядов, отображающих-его как некоторую часть периода Тж. Число этих разрядов определяется методом учета и временем измерения, выделенным для такого учета.
Синхронизация, обеспечивающая Д ^ = 0 , может быть достигнута различными способами. На рис. 1-13 показана структурная схема ЦЧ для разовых измере-
Рнс. 1-13. Структурная схема цифрового часто томера с синхронизацией момента начала кванто вания значения частоты с моментом прихода пер вого счетного импульса.
ний, реализующая один из способов синхронизации. В состав БАУ дополнитель но вводят триггер синхронизации ТгС со схемой ИЛИъ на входе выключения и элементом задержки на входе включения, схему Mi на входе включения УТг. Триггер ТгС включается после запуска через время т 3, определяемое элементом задержки Di, и открывает схему И С приходом первого импульса частоты fx включается УТг, открывающий схему сравнения И на входе МСИ, благодаря чему в счетчик пройдет только следующий импульс, отстоящий от момента на
чала Тп на интервал |
Т*. Если не учитывать А/2, то |
в этом случае |
|
|
|||||
|
|
Дк — —Д/г----- Тх\ |
—100 |
(1.31) |
|||||
|
|
0 „ = -------- , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
TvU |
|
|
|
а среднеквадратичное значение этой погрешности также увеличится |
в два |
раза |
|||||||
по сравнению |
со случаем, |
когда |
A/i = 7*/2, и в |
по сравнению с |
ранее |
рас |
|||
смотренными случаями. Эти значения соответственно равны |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Тх |
|
|
|
<<*»«)At,r=0 |
ГГ |
М |
А# |
5 |
= ± ------ |
(а,<) |
|
(1.32) |
|
|
уз |
|
Д41— - |
|
2у"з |
|
|
|
Если усложнить схему Ф н предусмотреть у нее элемент, формирующий две последовательности импульсов частоты /*, сдвинутые друг относительно друга на 180е, а на схему И подавать сигнал с выхода /, а не 2, то значение ôK умень шится в два раза. Аналогично решается задача уменьшения ôK в схеме на рис. 1-2. Для этого достаточно между Ф и И установить инвертор и обеспечить синхронизацию работы ОМЧ с работой УТг, тогда квантованию будет подвер-
гаться интервал времени, образованный передними фронтами импульсов на вы ходе Ф (см. временную диаграмму на рис. 1-2).
Для уменьшения 6К=Д*2/Г„ в а- раза при синхронизации необходимо увеличить в д2 раза время Тк, то есть выбрать его равным
^к — йгГп'
В этот увеличенный интервал Тк |
|
|
|
|
T'it= N 'f'T x. |
|
(1.34) |
На основании формул (1.29), (1.33) и (1.34) получим |
|
|
|
N f |
Д*2 |
|
(1.35) |
= а 2Л^ + аг |
|
||
Из равенства (1.43) следует, что |
для уменьшения ôK в а% раза |
без |
увеличения |
Тк в результате измерения необходимо учесть число периодов |
N^ |
увеличенное |
в йг раза, и к нему прибавить количество периодов Г*/а2, которое укладыва ется в интервале а2Д?2, или количество периодов Тхаг, которое укладывается
востаточном интервале Дh.
Внастоящее время известно несколько разновидностей рассмотренного выше
основного метода. Один из них, при котором сначала определяется Д*2 между последним импульсом измеряемой частоты, укладывающимся в интервале Тк, и концом этого интервала с последующей дополнительной регистрацией количе ства импульсов измеряемой частоты за время, равное интервалу Ыг, умножен ному на коэффициент в2, равный Ав , где в — требуемое дополнительное коли
чество значащих цифр.
В методе, предложенном в работе [95], сначала определяется целое число
периодов Nf, |
а затем к нему добавляется число, |
полученное от |
умножения N/ |
||||
на отрезок времени Д*2. Рассмотрим более подробно |
сущность |
этого метода. |
|||||
Из выражения (1.29) после деления на |
Т,<ТХ и решения полученного уравнения |
||||||
относительно |
1 /Г* найдем |
|
|
|
|
|
|
|
N/ITU |
_ |
Nf у |
J |
A/а |
\ |
(1.36) |
|
\h |
~ |
Гк 2 J |
\ |
тк |
I |
|
|
|
||||||
|
______ II = о |
|
|
|
|
|
Ты
Для упрощения умножающего устройства можно ограничиться двумя членами разложения в ряд равенства (1.36), то есть получить два дополнительных знака после запятой. В этом случае равенство можно записать так:
, Nf /
(1.37)
Если умножать Nj не на Дh, а на (Тх—Д*2), то
/ ; = _ L [ , v ; + 1 - |
N f(Tx—&h) |
(1.38) |
|
|
Тк |
а погрешность метода при прежних двух дополнительных знаках отсчета после занятой будет п четыре раза меньше. Действительно, в первом случае
, |
f j - f , _ Mz(N'jTx—TK) |
(1.39)
fx TK[Nf'
а зо втором
&h(Tx- A h )
(1.40)
T’K
Максимальные значения выражений (1.39) н (1.40) будут прн |
At2=T х и Д ^ — |
|
=ТХ—A h= TKf2. В этом случае |
|
|
(6/)манс = — {TXJTK)Z\ (0/ )м акс= | ^ |
^ |
(1-41) |
Такое решение более эффективно и позволяет уменьшить время Тк в де сятки и сотии раз, однако для своей реализации требует дополнтельно два
счетчика, |
один |
из которых реверсивный, делитель |
частоты |
и ряд логических |
схем. При |
этом |
дополнительно усложняется схема |
ЦОУ, так |
как один счетчик |
на нем воспроизводит Nf, а другой — ДNf, равное числу частей Nf после за пятой [80]. Возможны л другие цифровые и аналоговые схемные реализации этого метода. Например, более простой вариант схемной реализации метода, в котором при измерениях производится преобразование подсчитанного числа целых периодов частоты /* в частоту следования импульсов и подсчитывание количества импульсоз с выхода этого преобразователя в течение Тх—At2 вычи тающим счетчиком [82]. Однако существенного упрощения ЦЧ и в этом вариан те не достигают. Кроме того, в ЦЧ возникают еще дополнительные погрешности
измерения, в частности, погрешность от неравномерности |
следования |
импульсов |
||
на выходе двоичного умножителя, |
составляющего |
основу |
такого ЦЧ. |
|
В методе, предложенном 10. С. |
Плискнным и |
А. П. |
Ракаевым |
[84], тааеже |
определяется At2, в течение которого счетчик младших разрядов емкостью а2 заполняется импульсами с частотой следования /*'. Частота формируется с по мощью двоичных или десятичных умножителей и пропорциональна числу им пульсов измеряемой частоты, зафиксированных в течение Тк, и, следовательно, измеряемой частоте
1'х*=КиЧ)=аг!х. |
(1.42) |
Предельное значение коэффициента а2, определяющего уменьшение времени из мерения по сравнению с методом последовательного счета, может быть опреде лено по величине максимальной погрешности в соответствии с выражением
а2< (бц + бд)-1, {ЫЗ)
Где бд — относительная погрешность определения остаточного временного интер вала Atz; би — относительная погрешность, обусловленная неравномерностью
расстановки импульсов, свойственная методу [84]. |
времени |
определяются |
знача |
В методе, при котором последовательно во |
|||
щие цифры NT числа Nf, пропорционального fx |
[96], на |
первом этапе |
измере |
ния определяется целое число периодов Nd измеряемой частоты, укладывающих ся в интервале Тк, а также остаточный интервал АТ2. Число Nd равно значащей цифре старшего разряда числа Nf. Вычисление следующего разряда числа Nf в выбранной системе счисления с основанием А сводится к увеличению в А раз остаточного интервала АТ21 и определению целого числа периодов Тх, уклады вающихся в этом интервале в соответствии с формулой
AAT=Nd-iTx+AT22.
По остатку АТгг аналогично определяют следующий разряд числа и т. д. Про цесс измерения продолжается до получения желаемой точности измерения. Соот ношение между временем измерения по этому методу и методу последователь ного счета такое:
(1.44)
4
(.Vr+l.)
Г=0
где s — количество вычисляемых разрядов числа Nf.
Этот метод измерения имеет более оысокое быстродействие, чем два пер вых, однако он также сложен в схемной реализации и обладает меньшей поме хоустойчивостью. Известны и другие методы [47, 98], но они не получили ши рокого распросгранения.
Рассмотренные методы позволяют несколько уменьшить требуе мое количество периодов Тх измеряемой частоты, в течение кото рых производится ее измерение, но время измерения еще довольно велико. Например, при измерении [х с погрешностью дискретности, не превышающей 0,01%, более быстродействующим четвертым методом может потребоваться до 40 периодов Тх. Два первых метода, чтобы обеспечить указанную погрешность, потребуют зна чительно большего количества периодов Тх. Они не могут быть использованы для измерения инфранизких частот, так как не обес печивают высокого быстродействия.
Метод увеличения быстродействия, основанный на использо вании следящего уравновешивания с применением частотно-зави симых мостов [79, 103], также используется сравнительно редко, хотя и способен обеспечить высокую скорость измерений. Уступая по точности методу совпадения, он требует, чтобы питающее мост напряжение измеряемой частоты было строго синусоидальной формы.
1.3. Автоматический выбор и переключение пределов измерения ЦЧ и АЦП
Другой путь эффективного увеличения быстродействия и точ ности измерений, особенно при работе ЦЧ и АЦП в области низких
иинфранизких частот, состоит в автоматизации операции выбора
ипереключения требуемого предела измерения. Выпускаемые про мышленностью цифровые измерительные приборы (ЦИП) и, преж де всего, ЦЧ — многопредельные, так как применение однопре дельных приборов для измерения величин, значения которых мень ше одной десятой предела измерения, ограничено тем, что в результате измерения не обеспечивается полное число знаков отсче та. Многопредельный ЦИП и прежде всего ЦЧ способны заменить несколько однопредельных, что целесообразно также и с эконо мической точки зрения, учитывая высокую стоимость последних. Более того, многопредельные ЦЧ выполняют измерения с гаран тированной точностью на всех пределах, кроме самого младшего
[53, 55, 59].
В многопредельных ЦЧ (МЦЧ) выбор и включение предела, обеспечивающего получение максимальной точности измерения, определяемой его классом точности, может осуществляться вруч ную или автоматически. При ручном выборе затраты времени опе ратора могут превышать во много раз время, требуемое для вы полнения измерения на выбранном пределе, особенно в диапазоне низких и инфранизких частот. Действительно, диапазон измеряе мых частот чрезмерно широк (табл. 1 и 2), а порядок измеряемой частоты чаще всего неизвестен. Поэтому оператор многократно
повторяет измерения на различных пределах, пока не найдет иско мый', обеспечивающий полное число знаков, Потеря быстродейст вия и чрезмерная избыточность информации крайне нежелательна или даже недопустима при измерениях низких и инфранизких час тот, особенно в быстродействующих автоматических системах из мерения, в том числе и телеизмерениях, в которых используются
МЦЧ и АЦП.
Следовательно, в многопредельных ЦИП и АЦП целесообраз но обеспечить автоматический выбор и переключение пределов измерения [53—55], то есть перевести их из разряда полуавтома тических в разряд автоматических ЦИП. Ручной выбор пределов, за исключением специальных случаев, должен быть упразднен, что позволит упростить обслуживание ЦЧ за счет уменьшения чис ла ручек управления на его передней лицевой панели и схему ком
мутации.
Автоматический выбор и переключение пределов измерения в МЦЧ и АЦП осуществляется БАУ. Хотя задача автоматизации этой операции требует своего самостоятельного решения для каж дой группы методов и ЦИП, учитывая общность выполняемых преобразований, требования, предъявляемые к БАУ, во всех слу чаях будут одинаковыми [53—54]:
1. БАУ должен всегда включать оптимальный предел, обес печивающий получение максимального числа значащих цифр в результате измерения, определяемого количеством декад МСИ.
2.Время, необходимое для выбора и переключения оптималь ного предела измерения, должно быть минимальным или равным нулю. В последнем случае выбор и переключение предела БАУ должен осуществлять параллельно процессу квантования.
3.БАУ многопредельного ЦЧ и АЦП должен быть простым и не вызывать значительного усложнения схемы однопредельного
ЦЧ или АЦП.
Выполнение первого требования необходимо, так как оно обес
печивает получение гарантированной точности измерения каждый раз, когда выполняется неравенство
Х^ХоЮ*-1, |
(1.45) |
где X — значение измеряемой величины, например, напряжения, тока, частоты, периода и др„ а хп — единичное значение образцо вой величины на данном пределе измерения М. Следовательно, при автоматическом выборе пределов во всех случаях выполнения равенства (1.45) в сравнении с X должна участвовать хотя бы одна мера самой старшей декады. Поэтому выбор предела дол жен начинаться после того, как в регистр или МСИ будет записано число ‘« 1 0 ... 0». Благодаря этому на любом пределе М, кроме самого младшего, диапазон измеряемых величин X всегда будет начинаться ХоЛ4-10н_1 и заканчиваться значением, чаще всего рав ным XQM- (10R—1).
Таким образом, диапазон возможных X будет удовлетворять неравенству