При работе в широких диапазонах значений частот (или периода сигнала) естественно возникает вопрос, какой режим (из двух рассмотренных) целесообразно выбрать для минимизации относительной погрешности результата измерения. Рассмотрим этот вопрос на основе сравнения функций суммарных погрешностей в обоих режимах.
На рис. 6.10, а приведен график функции суммарной относительной погрешности в режиме измерения частоты fx.
Рис. 6.10. К вопросу выбора режима ЦЧ:
а – δF (fx) и режиме изменения частоты; б – δТ (fx) в режиме изменения периода; в – сравнение относительных суммарных погрешностей
В целях упрощения рисунка симметричный по отношению к оси абсцисс график здесь представлен модулем (только положительной частью). Для правомерного сравнения погрешностей в обоих режимах необходимо их представить зависимостями от общего аргумента, например, от измеряемой частоты fx. Поскольку период Тх сигнала есть обратная частоте fx величина:
Тх = 1 / fx,
товыражение для суммарной относительной погрешности δТ, %, результата измерения периода Тх можно представить так:
δТ =± (fx /F0 + DF0/F0)·100.
Графически эта зависимость показана (своим модулем) на рис. 6.10, б.
Теперь, имея зависимости суммарных погрешностей (δF и δТ), %, обоих режимов от одного и того же аргумента (измеряемой частоты fx):
δF = ± (1 / T0 fx + D T0/ T0) ·100;
δТ = ± (fx /F0 + DF0/F0)·100,
можно сравнивать их значения при конкретной измеряемой частоте и, следовательно, выбирать оптимальный режим. Поведение относительных суммарных погрешностей в зависимости от значения измеряемой частоты, в обоих режимах показано на рис. 6.10, в.
Точка пересечения графиков суммарных погрешностей на рис. 6.10, в означает равенство относительных погрешностей измерения δF = δТ, что соответствует граничному значению измеряемой частоты fxгр. Для обеспечения минимальных погрешностей результатов при измерении частот, меньших fxгр, следует использовать режим измерения периода Тх, а для частот, больших fxгр - режим измерения частоты fx.
Обычно в структуре ЦЧ для формирования интервала Т0 используется тот же генератор тактовых импульсов, что и при задании образцовой тактовой частоты F0. Поэтому относительные отклонения D T0/T0 и DF0/F0 равны, т.е. относительные погрешности задания интервала Т0 и образцовой частоты F0 одинаковы. Следовательно, сравнение суммарных относительных погрешностей может выполняться без учета этих мультипликативных составляющих. В результате можно определять значение граничной частоты fxгр простым выражением
fxгр = .
Если значение входной измеряемой частоты больше значения fxгр, то целесообразно выбрать режим измерения частоты fx, если меньше - то, наоборот, режим измерения периода Тх.
Классы точности ЦЧ задаются (как и у большинства ЦИП) предельным значением основной абсолютной погрешности Dп, содержащей две составляющие: аддитивную и мультипликативную. Например, класс точности ЦЧ в режиме измерения частоты может быть задан так: Dп = ±(0,1 % результата измерения + 0,1 % верхней границы диапазона измерения). Если диапазон измерения частоты известен Fк = 100 кГц, и, допустим, в нормальных условиях проведения эксперимента получен результат измерения частоты fx= 50 кГц, то можно найти значение основной абсолютной инструментальной погрешности результата:
Dп = ±(0,1 % от 50 кГц + 0,1 % от 100 кГц) = = ±(50+ 100) Гц = ±150 Гц.
Окончательная запись результата измерения в этом примере для детерминированного подхода выглядела бы так:
fx = 50,00 кГц; Dп = ±0,15 кГц с вероятностью рдов = 1.