На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Цифровой частотомер-хронометр для учебных опытов по физике

Категория: Педагогика

версия для печати

Страница: [1] [2] [3]

Цифровой частотомер-хронометр для учебных опытов по физике

Одной из главных тенденций развития учебного эксперимента по физике является постепенное привлечение для проведения измерений цифровых измерительных приборов. Об этом уже говорилось в нашей предыдущей статье [4], где вниманию читателей предложен электронный секундомер с цифровым отсчетом дляучебных опытов по физике. Теперь мы предлагаем еще один прибор такого типа — цифровой частотомер-хронометр.

Предлагаемый частотомер-хронометр может работать в трех режимах — как частотомер, как измеритель длительности интервалов времени и как регистрирующий счетчик количества импульсов в сигнале. В первом случае прибор измеряет частоту синусоидальныхи импульсных сигналов от нескольких десятых герца до десяти мегагерц с амплитудой 0,15 ... 10 В. Как хронометр, прибор измеряет длительность интервалов времени в пределах от нескольких миллисекунд до 10000 секунд. Максимальное количество импульсов, которое может быть подсчитана прибором в режиме счета импульсов, достигает 10000.

Устройство цифровой индикации включает в себячетырех десятков разряды. Высота цифр — 40 мм, что обеспечивает необходимую видимость отсчетного устройства со всех мест класса при постановке демонстраций. Перед цифрами всех четырех разрядов содержатся светоизлучающие диоды, с помощью которых высвечивается децимальный точка.

Общий вид прибора представлен на рис.1. Он конструктивно оформленв виде двух блоков — верхнего и нижнего, которые сообщаются между собой с помощью контактной колодки.

гнездовая часть колодки крепится к нижнему блоку, а штыревая — к верхнему. В верхней части верхнего блока установлены цифровые индикаторы и светодиоды, которые индицирует положение децимальный точки.

Под полочкой с индикаторамикрепится плата счетчика импульсов и дешифратора. С главной стороны верхнего блока расположены окна — прямоугольной формы для цифровых индикаторов и круглые для светодиодов.

В нижнем блоке установлены: источник питания прибора плату кварцевого генератора, делителя частоты и устройства автоматики, а также плату формовочного устройства иключа с триггерным управлением.

На передней стенке нижнего блока расположены: переключатели S1, S2 и S3, кнопку S4, входящее гнездо (S1 и розетку, к которой подведена стабилизированное напряжение 5В. Резистор R14 установлен на днище нижнего блока, выключатель S1 и предохранитель F1 — на задней стенке.

Проанализируем принцип действия прибора.

импульсов проходитчерез него и перечисляется счетчиком 3.

Результат счета высвечивается устройством индикации 4. Ключ открывается на фиксированный промежуток времени под действием стробувального импульса, формируемого устройством автоматики. Устройство приводится в действие импульсами стабильной частоты, поступающих от генератора меток времени (кварцевый генератор КГ + многоступенчатыйдесятичный делитель частоты). Продолжительность стробувального импульса (время измерения) равен периоду повторения меток времени. Согласно рис.1, для разных положений переключателя S1Б получаемые такие значения частоты и периода повторения меток времени, а следовательно, и продолжительности стробувальних импульсов (время измерения):

Положение переключателя S1Б 1 2 3 4 мая

Частотаметок времени 0,1 Гц 1 Гц 10 Гц 100 Гц 1 кГц

Время измерения 10 с 1 с 0,1 с 0,01 с 0,001 с

Устройство автоматики обеспечивает циклическую работу частотомера с такой последовательностью операций: — Счет — индикация результата — сброс — Счет — индикация результата — сброс и т.д.

Сброс (обнуление) счетчика осуществляется с помощью специальныхимпульсов сброса, которые формируются устройством автоматики в момент окончания времени индикации.

В режиме счета количества импульсов используются узлы частотомера 1, 2, 3, 4 и 5. При этом устройство автоматики 5 блокирует генератор меток времени, а электронный ключ 2 все время остается открытым. Счетчик 3 работает в режиме непрерывного счета, а устройствоиндикации высвечивает результат этой счета.

Сброс счетчика осуществляется с помощью импульсов сброса, которые формируются вручную.

Структурную схему измерителя интервалов времени (хронометра) подано на рис.3. Действие прибора основано на счету количества импульсов, поступающих на вход счетчика в течение времени, которое измеряется. Частота повторенияимпульсов должна быть высокостабильных. Их источником служит генератор меток времени (кварцевый генератор КГ + десятичный делитель частоты). В схеме измерителя временных интервалов по сравнению с частотомером есть дополнительный узел 6 — электронный ключ с триггерным управлением. Через этот ключ импульсы от генератора меток времени подаются на вход формовочногоустройства 1, а далее через ключ 2 на вход счетчика 3. Ключ 2 все время остается открытым, счет импульсов начинается в момент времени, когда переключатель S3 фиксируется в положении «пуск», и заканчивается тогда, когда он фиксируется в положении «стоп». Переключатель S3 управляет работой ключа 6 через асинхронный RS-триггер, который устраняет эффект «дребезжания» контактовв этом переключателе. Начало и конец счета в таком случае фиксируется очень четко.

Согласно рис.3, для разных положений переключателя S1В получаемые такие значения частоты и периода повторения импульсов, которые «наполняют» измеряемый интервал времени:

Положение переключателя S1В 1 2 3 4 мая

Частота импульсов 10 кГц 1 кГц 100 Гц 10 Гц 1 Гц

Периодповторения 100 мкс 1 мс 10 мс 100 мс 1 с

Сброс (обнуление) счетчика осуществляется вручную.

2) Схема переключения пределов измерения частоты и длительности временных интервалов. Как отмечалось, частотомер-хронометр оснащен четырехразрядный десятичным счетчиком и соответственно четырехразрядный устройством индикации. Максимальнаяколичество импульсов, которое может быть просчитана таким счетчиком и зафиксирована устройством индикации, составляет N = 9999 импульсов. Чтобы можно было за устройством индикации непосредственно отсчитывать числовое значение частоты исследуемого сигнала или длительности измеряемого интервала времени, нужно индикуваты положения децимальный точки (отделяющей целуючасть от дробной) и единицы измерения соответствующих величин. В этом приборе с целью упрощения конструкции индицируется только положение децимальный точки, а единицы измерения для всех поддиапазонов остаются постоянными — один килогерц (1 кГц) для частоты и одна секунда (1 с) для продолжительности интервалов времени. Индикация положения децимальный точкиосуществляется с помощью светоизлучающих диодов (светодиодов). О единицах измерения величин информируют надписи, сделанные на лицевой панели устройства индикации: «частота, кГц», «время, с». Прибор рассчитан на измерение частот и интервалов времени в четырех поддиапазонах, когда дробная часть отсчитываемого числа включает в себя четыре, три,два и один разряд. Схему переключения пределов измерения представлена ??на рис. 4. В ней используются три переключателя S1а, S1б, S1в на пять положений каждый. Через переключатель S1а подается напряжение +5 В на светодиод, который индицирует положение децимальный точки. С помощью переключателя S1б осуществляется отбор отметок времени, которые в случае измерения частоты используютсяустройством автоматики для формирования стробувальних импульсов соответствующей продолжительности, переключателем S1в осуществляется отбор отметок времени, которые в случае измерения временных интервалов передаются к счетчику импульсов через ключ с триггерным управлением и используются как импульсы наполнение этих интервалов. Все три переключателя одновременно фиксируются видентичных положениях.

Для каждого из пяти поддиапазонов частотомера должно обеспечиваться соотношение: N = 100Fmax (кГц) x0394t ©, где N = 9999, Fmax (кГц) — максимальное (номинальное) значение частоты, которое может быть измерено при выборе того или иного поддиапазона, выраженное в килогерцах, x0394t © — время счета (продолжительность стробимпульсу), выраженныйв секундах. Из этого соотношения определяем:

Fmax (кГц) = N/1000×0394t © = 9,999 / x0394t © (1)

Страница: [1] [2] [3]

версия для печати