电子计数器误差
测频法测周法的误差分析
用频率与其它已知参数的关系测量频率。 • （2）比对法 • 是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。其
测量准确度主要取决于标准频率的准确度。 • 拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典
fc
k
fc ) k (ln k ln f c
fc ) fc
f c fc
（3）测频公式误差
f
f x fx
1 f x • Ts
fc fc
f
f x fx
1 f x • Ts
f c fc
（4）测频计数误差 Tx1 触发电平
t
触发电平 t
Tx2 (a)无噪声干扰的计数脉冲
Tx3 (b) 有噪声干扰的计数脉冲
图5.5 噪声干扰引起的计数误差
（5）结论
• 利用电子计数器测量频率时，提高频率测量的 准确度（减少测量误差）可采取如下措施：
• ① 选择准确度和稳定度高的晶振作为时标信号 发生器，以减小闸门时间误差。
• ② 在不使计数器产生溢出的前提下，加大分频 器的分频系数k，扩大主门的开启时间，以减 小量化误差的影响。
测频控制
被测信号
&
衰减器
时标输入 自校控制
≥1
宽带
整形
脉冲
放பைடு நூலகம்器
电路
形成器
去
&
主 门
图5.2 A通道的基本框图
2．计数器 计数器用触发器构成。在数字仪表中，最常用的是按
8421编码的十进制计数器，来了十个脉冲就产生一个进 位。
3．显示与驱动电路 电子计数器以数字方式显示出被测量，目前常用的有
《电子测量技术与应用项目》思考与练习答案4-6
石英晶振
分频 或倍频
主门
十进电子计 数器 门控信号
Ｔx B输入 Ｔ
x
脉冲形成 电路
门控电 路
基本原理为： 被测信号从 B 输入端输入，经脉冲形成电路的放大整形变成方波，加到主门门控信号；同时，晶振产 生的标准信号（又称时标信号）经分频或倍频后送到主门作为计数脉冲。计数器对门控信号作用期间通过 时标信号进行计数。若计数器读数为 N，标准时标信号周期为 To，则被测周期 Tx=N To。 二者的区别：测频时被测信号经变换后作为计数脉冲，石英晶振产生的信号作为时间间隔控制闸门。 测周时被测信号经变换后作为时间间隔控制闸门，石英晶振产生的信号经变换后作为计数脉冲。 4. 时标信号和时基信号的特点与区别？ 答：测量周期时标准时间信号（晶振）经过放大整形和倍频电路，送入 A 通道，用作测周期时的计数 脉冲，称为时标信号。 测量频率时标准时间信号（晶振）经过放大整形和一系列分频，送入 B 通道，用作控制门控电路的信
fi
÷N1
f1
混频
f0 =f2 - f1
÷N2 PD LPF VCO
f2
÷N3
图 4-27
习题 9 图
N3 N 1 1 ) fi 。 fi − fi = ( 3 − N2 N1 N 2 N1
解： f i ÷ N 2 = f 2 ÷ N 3 ，又有 f 1 = f i ÷ N 1 ，则 f 0 = f 2 − f 1 =
fi
PD1
LPF1
VCO1
f01
固定分频器 ÷M f 01′
可编程分频 器 ÷N1
PD3 VCO2
பைடு நூலகம்
LPF3 VCO3
f0
PD2
LPF2
电子测量试题加完整答案
一、填空题1、测量误差就是测量结果与被测量________的差别，通常可以分为_______和_______两种。
2、多次测量中随机误差具有________性、________性和________性。
3、峰值电压表使用的峰值检波器有________ 、________两种；其中的输出电量只反映被测电压交流分量的峰值。
4、阴极射线示波管（CRT）由________、________、________三部分组成。
5、电子计数器的测量误差来源主要有________、________和标准频率误差三种。
6、在示波器中通常用改变________作为“扫描速度”粗调，用改变________作为“扫描速度”微调。
7、所谓触发极性不是指触发信号本身的正负，而是指由它的________或________触发。
8、测量频率时，通用计数器采用的闸门时间越________，测量准确度越高。
9、通用计数器测量周期时，被测信号周期越大，________误差对测周精确度的影响越小。
10、在均值电压表中，检波器对被测电平的平均值产生响应，一般都采用________电路作为检波器。
11、所有电压测量仪器都有一个________问题，对DVM尤为重要。
12、________判据是常用的判别累进性系差的方法。
13、________分配是指分配给各分项的误差彼此相同。
14、当观测两个频率较低的信号时，为避免闪烁可采用双踪显示的________方式。
15、频谱仪的分辨力是指能够分辨的________，它表征了频谱仪能将________紧挨在一起的信号区分开来的能力。
二、选择题1、修正值是与绝对误差的绝对值 ____ 的值。
A、相等但符号相反；B、不相等且符号相反；C、相等且符号相同；D、不相等但符号相同。
2、交流电压的波峰因素Kp定义为_____。
A、峰值/平均值B、有效值/平均值C、峰值/有效值D、平均值/峰值3、下述方法中，能减小系统误差的有 ____ 。
plc中高数计数器 误差
plc中高数计数器误差
PLC高速计数器在计数过程中可能会产生计数误差，导致计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差、出现偶发性的计数出错等一系列问题，主要原因包括：
- 计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配。
- 在应用旋转编码器、光栅尺的场合，非单方向匀速运动，其运动速度不确定。
- 计数脉冲频率不高，但PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的沿口有速率要求。
- 工业现场存在复杂的干扰群，如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等，可能会产生寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲。
为减少误差，可以选择匹配的接口，并处理好非单向匀速运动的情况，同时在计数脉冲频率不高的情况下，注意PLC高速脉冲计数器对计数脉冲沿口的速率要求。
在工业现场，可以采取有效的抗干扰措施，以提高计数的准确性。
数字频率计±1个字误差的探讨
数字频率计±1个字误差的探讨数字频率计是一种广泛应用于电子测量领域的仪器，用于测量电路中的频率。
在实际的应用中，数字频率计的精度是非常重要的，其中误差是一个不可避免的问题。
本文将探讨数字频率计的误差来源及其对精度的影响，以及如何降低误差，提高精度。
一、误差来源数字频率计的误差来源主要有以下几个方面：1. 时钟误差：数字频率计是通过计算时间间隔来计算频率的，因此时钟的精度对频率计的精度有很大影响。
时钟误差可以通过校准时钟来减小。
2. 计数误差：数字频率计的计数器是通过计算电路中的脉冲数来计算频率的，而计数误差是由于计数器的计数精度不够造成的。
计数误差可以通过增加计数器的分辨率来减小。
3. 信号源误差：数字频率计的精度还受到信号源的影响，信号源的稳定性和精度越高，数字频率计的精度就越高。
4. 温度漂移误差：数字频率计的电路元件随着温度的变化会产生漂移，这种漂移会影响数字频率计的精度。
温度漂移误差可以通过控制温度来减小。
二、误差对精度的影响数字频率计的误差对精度的影响是非常显著的，误差越大，精度越低。
例如，如果数字频率计的误差为±1个字，而测量的频率为10MHz，那么误差就是10ppm。
如果误差增加到±10个字，那么误差就是100ppm，这会对测量结果造成很大的影响。
三、如何降低误差，提高精度为了降低数字频率计的误差，提高精度，我们可以采取以下措施：1. 选择高精度的时钟和计数器，以减小时钟误差和计数误差。
2. 使用高精度的信号源，以提高数字频率计的精度。
3. 控制温度，以减小温度漂移误差。
4. 校准数字频率计，以确保其精度符合要求。
5. 采用数字信号处理技术，以提高数字频率计的精度和稳定性。
综上所述，数字频率计的误差是一个不可避免的问题，但是我们可以通过选择高精度的器件、控制温度、校准仪器等措施来减小误差，提高数字频率计的精度和稳定性。
第4章-时间与频率测量-习题-答案
电子测量技术第四章（一）填空1、电子计数器的测周原理与测频相反，即由被测信号控制主门开通，而用晶振脉冲进行计数。
2、电子计数器测频的基本原理刚好与测周相反，即由___ _晶振 _____控制主门开门，而用被测信号进行计数。
3、测量频率时，通用计数器采用的闸门时间越____大____，测量准确度越高。
4、测量周期时，通用计数器采用的闸门时间越____大____，测量准确度越高。
5、通用计数器测量周期时，被测信号周期越大，量化误差对测周精确度的影响越小。
6、通用计数器测量频率时，被测信号周期越小，量化误差对测周精确度的影响越小。
7、在用通用计数器测量低频信号的频率时，为了减小测量误差，应采用测周法。
8、电子计数器测周时，选用的时标越小，则显示的位数越多，量化误差的影响就越大。
9、电子计数器的测量误差来源主要有触发误差、闸门时间误差和标准频率误差三种。
10、电子计数器的误差来源有___量化误差___、__标准频率误差__和___触发误差___；其中量化误差是主要来源，其绝对值恒为定值。
11、用电子计数器测量频率比时，周期小的信号应加到输入通道 A 。
用电子计数器测量频率，如闸门时间不变，频率越高，则测量误差越小；测量周期时，如时标（计数脉冲周期）不变，被测信号频率越高，则测量误差越大。
7、计数器测周的基本原理刚好与测频相反，即由_被测周期控制主门开门，而用_标准频率_进行计数。
（二）选择题1、通用计数器测量周期时由石英振荡器引起的主要是( C )误差。
A.随机B.量化C.变值系统D.引用2、下列选项中通用计数器不能测量的量是（ D ）A.频率B.相位C.周期D.电压3、在通用计数器测量低频信号的频率时，采用倒数计数器是为了( D )A.测量低频周期B.克服转换误差C.测量低频失真D.减小测频时的量化误差影响4、在电子计数法测量频率时，测量误差通常有两部分组成，分别是（ A ）误差和（ C ）误差。
A、量化B、触发C、标准频率5、通用计数器在测量频率时，当闸门时间选定后，被测信号频率越低，则（ C ）误差越大。
知识笔记-3.3 电子计数法测量周期
第三章 频率和时间测量技术§3.3电子计数法测量周期一、电子计数法测量周期的原理测周则是由晶振产生可以计数的窄脉冲N ，由被测信号产生闸门T ，具有Tx =NT c 的关系。
二、误差分析1、测周误差可以表示为：由误差曲线可以看出：被测信号频率越低，正负壹误差对测周精确度的影响就越小；基准频率fc 越高，测周的误差越小。
2、触发误差测周时闸门信号是由被测信号产生的，而被测信号有干扰，会导致时基闸门T 的不准确。
如图：U B 是触发电平，若没有干扰时闸门时间为T x ，若有干扰存在，闸门开启时间就会提前，会带来ΔT 1的误差。
11()()=()x c c c c x c x c x c cT f T f f T N f T f T f f ∆∆∆∆=±+=±+±+3、多周期测量进一步分析可知，多周期测量可以减小转换误差和± 1误差。
对于触发误差，周期倍乘K 倍后，由图可以看出，相邻周期产生的误差ΔT 是相互抵消的，只有第一个周期和最后一个周期产生的误差会存在，因此周期倍乘K 倍之后产生的总的触发误差和一个周期产生的触发误差一样，这就使得周期倍乘之后产生的触发相对误差减少为原来的1/K 倍。
4、测周总误差=±++⋅∆∆πk T kT f f u T f u x x c c mx c n 2()11 结论：1)用计数器直接测周的误差主要有三项，即量化误差、触发误差以及标准频率误差。
2)采用多周期测量即周期倍乘可提高测量准确度；有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）3)提高标准频率，可以提高测周分辨力；4)测量过程中尽可能提高信噪比Um ／Un 。
三、中界频率对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该信号的频率定义为~。
若测频时扩大闸门时间n 倍，测周时周期倍乘k 倍：c M kf f nT。
电子测量与仪器 练习题集
练习题一、选择题：5、设计数器直接测周的分辨力为1ms，若采用多周期测量法，欲将测周分辨力提高到1,应选择的“周期倍乘”为（）。
DA.10；B.102 ；C.103 ；D.104。
6、用计数器测频的误差主要包括：（）BA. 量化误差、触发误差B. 量化误差、标准频率误差C. 触发误差、标准频率误差D. 量化误差、转换误差7、下列哪种方法不能减小量化误差：（）AA. 测频时使用较高的时基频率；B. 测周时使用较高的时基频率C. 采用多周期测量的方法；D. 采用平均法1、交流电压的波峰因素Kp 定义为_ C 。
A:峰值/平均值B:有效值/平均值C:峰值/有效值D:平均值/峰值2、波形因素为BA:平均值与有效值之比B:有效值与平均值之比C:峰值与平均值之比D:峰值与有效值之比5、交流电压V(t)的有效值的表达式为___ D 。
A: B: C: D:6、一台5 位DVM，其基本量程为10V，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为mv/字BA:0.01 B:0.1 C:1 D:107、一台5 位半DVM，其基本量程为2V，则其刻度系数（即每个字代表的电压值）为mV/字。
AA:0.01 B:0.1 C:1 D:1010、在双斜式积分DVM 中，积分过程可简述为。
BA: 对被测信号定斜率正向积分，对基准电压定时反向积分B: 对被测信号定时正向积分，对基准电压定斜率反向积分C: 对被测信号定时正向积分，对基准电压定时反向积分D: 对被测信号定斜率正向积分，对基准电压定斜率反向积分1: 通用示波器可观测（）。
CA:周期信号的频谱； B:瞬变信号的上升沿C:周期信号的频率； D:周期信号的功率3: 当示波器的扫描速度为20 s/cm 时，荧光屏上正好完整显示一个的正弦信号，如果显示信号的 4 个完整周期，扫描速度应为（）。
AA:80 s/cm ； B:5 s/cm ； C:40 s/cm ；D:小于 10 s/cm4: 给示波器Y 及X 轴偏转板分别加 uy=Umsinω t,ux=Umsin(ω t/2),则荧光屏上显示（）图形。
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4.5 电子计数器的测量误差本节要求：（1）掌握量化误差、触发误差、标准频率误差的概念及来源。
（2）掌握频率测量误差的组成及分析方法，并能用来解决实际问题。
（3）掌握周期测量误差的组成及分析方法，并能用来解决实际问题。
（4）掌握减小频率及周期测量中误差的方法。
4.5.1 测量误差的来源1.量化误差所谓量化误差就是指在进行频率的数字化测量时，被测量与标准单位不是正好为整数倍，因此在量化过程中有一部分时间零头没有被计算在内而造成的误差，再加之闸门开启和关闭的时间和被测信号不同步（随机的），使电子计数器出现±1误差。
2.触发误差所谓触发误差就是指在门控脉冲在干扰信号的作用下使触发提前或滞后所带来的误差。
3.标准频率误差标准频率误差是指由于电子计数器所采用的频率基准（如晶振等）受外界环境或自身结构性能等因素的影响产生漂移而给测量结果引入的误差。
4.5.2 频率测量误差分析计数器直接测频的误差主要由两项组成：即±1量化误差和标准频率(4-9)1.量化误差在测频时，由于闸门开启时间和被计数脉冲周期不成整数倍，在开始和结束时产生零头时间Δt1和Δt2，如图4－14所示。
图4－14 量化误差示意图由于Δt 1和Δt 2在0～T x 之间任意取值，则可能有下列情况：①当t 1＝t 2时，N ＝0②当t 1＝0，t 2＝T x 时，N ＝－1 ③当t 1＝T x ，t 2＝0时，N ＝＋1即最大计数误差为±1个数，故电子计数器的量化误差又称为±1误差。
（4-10）2.标准频率误差由于晶振输出频率不稳定引起闸门时间的不稳定，造成测频误差。
所以：3.减小测频误差方法的分析根据式4-9所表示的测频误差△f x /f x 与±1误差和标频误差△f c /f c的关系，可画出如图4－15所示的误差曲线。
图4－15 计数器测频时的误差曲线从图中可以看出：当在f x 一定时，增加闸门时间T s 可以提高测频分辨力和准确度。
当闸门时间一定时，输入信号频率f x 越高则测量准确度越高。
在这种情况下，随着±1误差减小到cc f f /∆以下时，cc f f /∆的影响不可忽略。
这时，可以认为c c ff /∆是计数器测频的准确度的极限。
【例4.1】 设f x ＝20MHz ，选闸门时间T s ＝0.1s ，则由于±1误差而产生的测频误差为：若T s 增加为1s ，则测频误差为±5×10－8，精度提高10倍，但测量时间是原来的10倍。
1. 误差表达式由式T x ＝ 00T T N N T T xx ∆+∆=∆00xx T N T f T == ，所以：0011()c c x x c x c T f T T T f T T f f ∆∆∆=±±=±+（4-11）2.减小测量周期误差的方法根据式4－11我们可以得到下图所示的测周期的误差曲线图，由图中可以看出：110-110-210-310-410-510-310-710-810-910-1011010210310K 102K 103K 10M 102M 103Mf x (Hz) 闸门时间1s10sss图4－16 测周误差曲线图周期测量时信号的频率越低，测周的误差越小；周期倍乘的值越大，误差越小；另外可以通过对更高频率的时基信号进行计数来减小量化误差的影响。
3. 中界频率当直接测频和直接测周的量化误差误差相等时，就确定了一个测频和测周的分界点，这个分界点的频率称为中界频率。
00s xm xm xm F T f f T f ==（4-12）xm f =（4-13）根据中界频率，我们可以选择合适的测量方法来减小测量误差。
既：当f x > f xm 时，应使用测频的方法；当f x < f xm 时，适宜用测周的方法。
4. 触发误差在测量周期时，被测信号通过触发器转换为门控信号，其触发电平波动以及噪声的影响等，对测量精度均会产生影响。
x在测周时，闸门信号宽度应准确等于一个输入信号周期。
闸门方波是输入信号经施密特触发器整形得到的。
在没有噪声干扰的时候，主门开启时间刚好等于一个被测周期T x 。
当被测信号受到干扰时（如图4-17所示，干扰为尖峰脉冲V n ，V B 为施密特电路触发电平）施密特电路本来应在A 1点触发，现在提前在A 1’处触发，于是形成的门方波周期为T ’x ，由此产生的误差（1T ∆）称为“触发误差”。
可利用图4-17（b ）来近似分析和计算1T ∆。
如图中直线ab 为A 1点的正弦波切线，则接通电平处正弦波曲线的斜率为tg α。
由图可得：αtg v T n =∆1 （4-14）式中，v n ——干扰和噪声幅度。
将上式代入式（4-14），实际上一般门电路采用过零触发，即V B ＝0，可得：（4-15）式中，V m 为信号振幅。
同样，在正弦信号下一个上升沿上（图中A 2点附近）也可能存在干2T ∆，（4-16）由于干扰或噪声都是随机的，所以1T ∆和2T ∆都属于随机误差，可按2221)()(T T T n ∆+∆=∆来合成，于是可得5.多周期同步法多周期测量减小转换误差的原理如图4－18所示。
因为闸门信号是和被测信号同步后产生的，所以对周期个数的计数值不存在量化误差。
而两相邻周期触发误差所产生的ΔT是相互抵消的，因此平均到一个周期上来说就相当于原来误差的1/10。
思考题：1.分析通用计数器测量频率和周期的误差，以及减小误差的方法。
2. 用电子计数式频率机测量1KHz的信号，当闸门时间分别为1秒和0.1秒时，试比较两种方法由±1误差引起的相对误差。
3. 利用计数器测频，已知内部晶振频率fc ＝1MHz，Δfc/fc＝±1×10－7，被测频率fx＝100KHz，若要求“±1”误差对测频的影响比标准频率误差低一个量级（即为±1×10－6），则闸门时间应取多大？若被测频率fx＝1KHz，且闸门时间保持不变，上述要求能否满足？4.6 高分辩率时间和频率测量技术本节要求：（1）掌握多周期同步法的原理。
（2）掌握模拟内插法和游标法的原理并能用来解决实际问题。
（3）了解模拟内插法的校准技术。
（4）掌握平均法的原理。
倒数计数器采用多周期同步测量的原理，即测量输入信号的多个（整数个）周期值，再进行倒数运算而求得频率。
图4－19 倒数计数原理图f x 为输入信号频率，f 0为时钟脉冲的频率。
A 、B 两个计数器在同一闸门时间T 内分别对f x 和f 0进行计数，计数器A 的计数值N A =f x T,计数器B 的计数值N B =f 0T 0，由于： 则被测频率f x 为：0Ax BN f f N =⋅（4－18）4.6.2 模拟内插法 1. 内插法原理内插法是把图4－14中的小于量化单位的时间零头Δt 1和Δt 2加以放大，再对放大后的时间进行数字化测量。
图4－20 内插法示意图内插法要对三段时间进行测量：即要分别测出T s 、T 1、T 2（如图4－20所示）。
图4－21 内插时间扩展示意图在Δt 1期S 1闭合，恒流源I 1对电容C 充电。
Δt 1期结束，S 1断开，S 2接通，恒流源I 2（＝I 1/1000）对电容C 放电，直到起始电平位置，然后保持此电平。
例如，在测量Δt 1的过程中，可得到如下的公式。
从公式中可以看出：虽然在测T 1、T 2时依然存在±1字的误差，但其相对大小可缩小1000倍，使计数器的分辨率提高了三个数量级。
1. 游标法的原理游标法使用了两种频率非常接进的时钟信号。
两个信号开始计数的时刻不同，其差值就是被测的时间间隔Δt 1，如图4－22所示。
图4－22 游标法原理图因为F 01> F 02,且非常接近，故以后的每个周期两时钟之间的间隔都将减少T 02-T 01,当Δt 1＝N （T 02-T 01）时,经过N 个周期，两个时钟信号在相位上完全相符。
故被测时间间隔为：))((010*********T T N N T N t t T T --+=∆-∆+=（我们定义扩展系数K 为：由上式得：则式（4－19）可写成(4-20)由上式可见，游标法把测时分辨率从直接法的T 01提高到了T 01/K 。
1. 平均法原理在普通的计数器中，由于闸门开启和被测信号脉冲时间关系的随机性，单次测量结果的相对误差在－1/N ～1/N 范围内出现。
某一个误差值的出现对于所有的单次测量来说是服从均匀分布的。
因而，在多次测量的情况下其平均值必然随着测量次数的无限增多而趋于零。
以有限次n 的测量来逼近理想情况可得：。
思考题：1.在模拟内插法的测量中还存在量化误差吗？它对最后测量结果的影响有什么变化？2.提高模拟内插法分辨率的措施有哪些？3.提高游标法分辨率的措施有哪些？本章小结时间与频率是最基本的一个参量。
本章首先给出时间和频率的基本概念以及时间和频率标准的建立。
时间和频率的测量技术经历了一个从模拟到数字的发展过程，从早期的电桥法、谐振法、拍频法等到现在的计数法，测量的精度和范围都有巨大的提高。
电子计数器是应用最为广泛的数字化仪器，也是最重要的电子测量仪器之一。
本章介绍了采用电子计数器测量频率、频率比、周期、时间间隔、累加计数及仪器自校等几种工作模式的原理，并着重讨论了测频和测时这两种基本测量方法的误差。
这一部分是本章的基本内容，也是要重点掌握的部分。
深入分析误差产生的原因及研究解决方法是本章的另一个重点。
在理论分析的基础上，我们讨论了减小误差的方法，比如采用高精度频率源来减小标准频率误差；采用多周期测量方法减小触发误差；采用内插法和游标法减小量化误差等。
频率准确度和频率稳定度是标准频率源的两项主要指标。
对标准频率源的测量属于频率精密测量的内容，这种测量是通过两个不同精度等级的频率源之间进行比对来实现的。
由于一个频率源的准确度是由它的频率稳定度来保证的，因此，检定一个频率源的主要内容是测量它的频率稳定度。
本章在阐述频率稳定度的基本概念、频率稳定度的表征的基础上，对频率稳定度的测量方法——阿仑方差的测量进行了介绍。
调制域测量是电子测量发展的一个新方向，对它的了解能够扩展对本领域了解的范围，并把握最新的动态。