Innym sposobem na polepszenie rozdzielczości miernika jest użycie wstępnych powielaczy
częstotliwości. Porównanie obu częstotliwości polega na odjęciu od częstotliwości sygnału
wzorcowego odpowiednio przetworzonej częstotliwości sygnału mierzonego, a następnie na
pomiarze względnej ich różnicy metodą analogową lub cyfrową z dużą rozdzielczością. Generator ten jest układem stabilizowanym rezonatorem kwarcowym, który jest
elementem czułym na zmiany temperatury. błędem zliczania; jest to
błąd cyfrowy.
Błąd dyskretyzacji (zwany także błędem bramkowania) związany jest z brakiem
synchronizacji impulsów otwierających bramkę z impulsami uformowanymi z sygnału
wejściowego oraz faktem, że czas otwarcia bramki zwykle nie jest całkowitą wielokrotnością czasu
pomiędzy impulsami wejściowymi, a także czasy otwierania i zamykania bramki nie są
nieskończenie krótkie (rysunek 6.4.5 i 6.4.2e). Jest to więc
pomiar nie bezwzględnej wartości częstotliwości, ale jej niestałości w stosunku do częstotliwości
wzorcowej. Pomiar ten służy ustaleniu stosunku podziału w nastawnym dzielniku częstotliwości
(stopień podziału dzielnika wynosi: częstotliwość wejściowa/1000 – dla wartości częstotliwości
podanej w Hz, czyli k ≅ f x[Hz] / 1000[Hz] ) tak, aby po podzieleniu uzyskać częstotliwość zbliżoną
zawsze do 1 kHz. 6.4.5. Niestałość częstotliwości mierzonej wynosi ±Δfx. Sygnał 9 miał wtedy
Przyrząd wyposażony jest dodatkowo w wyjścia dla rejestratora (do rejestracji różnicy fazy
pomiędzy sygnałem badanym a wzorcowym) i drukarki wyników pomiaru, dzięki którym możliwe
jest gromadzenie wyników pomiarów w długich przedziałach czasu (np. wyznaczanie niestabilności
długookresowej generatorów).

błąd względny może być mały (rzędu 10-9 ).
Błąd ten maleje, jak widać, wraz ze wzrostem czasu pomiaru. przy regulowanych czasach otwarcia
bramki), ułatwia testowanie miernika oraz współpracę z urządzeniami rejestrującymi, umożliwiając
dogodną prezentację danych.
W cyfrowych miernikach częstotliwości wyróżnia się kilka rodzajów błędów. Sygnał po powieleniu i uformowaniu kieruje się do licznika, po czym należy
uzyskany wynik pomiaru podzielić przez krotność powielenia. Przykładem takiego przyrządu jest komparator
produkcji krajowej typu CKC-2, którego schemat blokowy przedstawia rysunek 6.4.9. Sytuację taką ilustruje rysunek 6.4.6.
Rys. Wynika to z faktu, że w tym przypadku bramka jest sterowana impulsami
uformowanymi z sygnału wejściowego, który może być zniekształcony i zawierać szumy oraz
zakłócenia. Pierwotnie częstotliwość ta wynosiła 227 kHz. Ponieważ
wzorcem o największej możliwej dokładności jest zazwyczaj atomowy wzorzec cezowy,
posługiwanie się nim bezpośrednio byłoby bardzo utrudnione. Składają się na niego błąd dyskretyzacji i błąd
wzorca częstotliwości, wynikający z jego klasy. Sterowanie coraz częściej jest wspomagane
mikroprocesorowo, co umożliwia nie tylko automatyczną zmianę zakresu pomiarowego i regulację
parametrów poszczególnych bloków miernika, ale również eliminuje konieczność przeliczenia
wyników pośrednich, dając ostateczny wynik pomiaru (np. Dla uzyskania dużej stałości częstotliwości stosuje się
stabilizację termiczną kwarcu, zamykając go w termostacie. Przeróbki przyrządu
(zaprojektowanego wcześniej dla częstotliwości 227 kHz) dostosowujące go do częstotliwości
wzorcowej 225 kHz zaznaczono na rysunku linią przerywaną.
Mierzony sygnał wejściowy może posiadać częstotliwość fx leżącą w przedziale 4÷1600
kHz, jednakże przyjmującą wyłącznie wartości dyskretne, będące całkowitą wielokrotnością 1 kHz
(jest to cecha właściwa praktycznie wszystkim tego typu przyrządom). Użycie
nadajników radiowych jako wzorców częstotliwości uzależnia konstrukcję przyrządu od
częstotliwości, na jakiej nadajnik pracuje, co z kolei zależne jest od ustaleń międzynarodowych. W
Polsce częstotliwością wzorcową jest 225 kHz, na której nadawany jest obecnie program I
Polskiego Radia. 6.4.7. Np. Służy do tego przyrząd pomiarowy nazywany komparatorem częstotliwości, stosowany
do precyzyjnych pomiarów niedokładności wysokostabilnych źródeł częstotliwości, takich jak:
wtórne wzorce częstotliwości dla generatorów dokładnych częstościomierzy cyfrowych,
generatorów sygnałowych itp.
Zasadę metody komparacyjnej można wyjaśnić na prostym przykładzie (rysunek 6.4.8).
Porównywane są ze sobą dwie częstotliwości: wzorcowa fw oraz mierzona fx, której wartość
nominalna fxo powinna być równa fw. Niewłaściwe ustawienie okna wyzwalania może spowodować
otrzymanie zupełnie bezsensownych i niewiarygodnych wyników, co ilustruje rysunek 6.4.7.
Rys. Powoduje to możliwość zliczenia błędnie ±1
impulsu. W takim przypadku istotne jest właściwe ustawienie „okna” (poziomu) wyzwalania
układu formującego, który będzie formował impulsy na podstawie osiągania przez sygnał wartości
wynikających z szerokości okna. Na wyjściu
komparatora uzyskuje się sygnał o częstotliwości chwilowej f(t) wynoszącej:
Komparacyjny pomiar dewiacji mierzonej częstotliwości względem częstotliwości wzorcowej
wymaga więc zliczania liczby N kątów pełnych zawartych w kącie ϕ oraz pomiaru jego wartości w
zakresie do 360° z jak największą rozdzielczością (np. 0.1°), co w obecnie stosowanych
przyrządach realizowane jest metodą cyfrową. Przykład uzyskania błędnych wyników pomiaru częstotliwości przy niewłaściwie
ustawionym oknie wyzwalania
Metoda komparacyjna polega na bezpośrednim porównaniu sygnału o częstotliwości
badanej z sygnałem o częstotliwości wzorcowej, której niedokładność jest do pominięcia. dla Tp=0.889 s, mnożnik ten równy jest 10-7.
Czasy otwarcia bramki (bramkowania) nie zostały zmienione przy modyfikacji przyrządu do
częstotliwości wzorcowej 225 kHz. Po przejściu przez
wejściowy układ formujący, utworzony przebieg prostokątny poddawany jest wstępnemu
pomiarowi częstotliwości za pomocą lokalnego częstościomierza (z błędem bezwględnym
±0.5kHz). Ilustracja jednej z przyczyn powstawania błędu dyskretyzacji
W celu zmniejszenia tego błędu wprowadza się synchronizację otwarcia bramki z
impulsami wejściowymi doprowadzając do jednoznaczności pomiaru (cały czas zliczana jest stała
liczba impulsów, jeśli tylko częstotliwość sygnału wejściowego jest stabilna). Stosując
metodę różniczki zupełnej do zależności (6.4.1) można wyznaczyć względny graniczny błąd
pomiaru częstotliwości w postaci:
Składnik δTp nosi nazwę błędu analogowego. Zakładając, że sygnał wejściowy ma częstotliwość:
Dobierając różne czasy bramkowania (najwygodniej dziesiętne krotności liczby 0.889) można
uzyskać różne zakresy pomiaru, określone mnożnikiem 10-n, przez który należy mnożyć wynik
uzyskany na wyświetlaczu. Z tego względu jako źródło sygnału
wzorcowego wykorzystuje się naziemne nadajniki radiofoniczne, pracujące na falach długich, z
modulacją amplitudy, których częstotliwość fali nośnej jest stabilizowana w nawiązaniu do wzorca
cezowego. Poprawnie zestrojony w fazie
produkcji generator wewnętrzny jest wtedy tzw. Takie postępowanie
nie wpływa jednak na eliminację błędu powstającego na skutek wspomnianego faktu, że czas, w
którym bramka jest otwarta i następuje zliczanie impulsów, zwykle nie jest całkowitą
wielokrotnością czasu pomiędzy zliczanymi impulsami (a nie można zmierzyć ułamkowej częsci
tego czasu).
Błąd względny częstotliwości wzorcowej wynika z niestałości częstotliwości generatora
wzorcowego. W tym przypadku należy jednak
orientacyjnie znać częstotliwość badanego przebiegu, aby wybrać pasmo przenoszenia filtru
pasmowo-przepustowego powielacza.
Produkowane obecnie mierniki częstotliwości mierzą zarówno częstotliwość, jak i okres,
sygnalizując rodzaj mierzonej wielkości. Pierwotnie bowiem na modulator M1 podawany był sygnał 3 o
częstotliwości równej częstotliwości sygnału 2 powielonej 200 razy. Składnik 1/N jest tzw. Jeśli jednak czas ten jest zbyt
duży, a częstotliwość badanego sygnału nie jest wystarczająco stabilna, przyrząd mierzy wartość
średnią częstotliwości, zamiast jej wartości chwilowej.
Błąd związany ze skończonym czasem otwierania i zamykania bramki odgrywa
poważniejszą rolę, gdy korzystamy z metody pomiaru częstotliwości poprzez pomiar okresu
mierzonego sygnału.