Frequencímetro: Precisão, Resolução e Erros

Entenda todos os aspectos chave sobre as especificações do frequencímetro: o que significam e se afetam suas medições.

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Este tutorial sobre contadores de frequência inclui:

Frequencímetro: o que é | Como funciona um frequencímetro | Temporizador de intervalo | Como usar um contador | Especificações | Precisão

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Precisão e resolução de contadores de frequência e temporizadores de intervalo são parâmetros importantes ao usar esses instrumentos de teste ou ao selecionar um para uso.

A resolução e a precisão são duas figuras fundamentalmente diferentes, embora estejam ligadas de algumas maneiras.

A precisão do frequencímetro ou temporizador de intervalo também possui vários elementos. A precisão geral sendo determinada por uma variedade de fatores diferentes.

Para interpretar as leituras de um frequencímetro, é necessário entender a diferença entre precisão e resolução e saber o que elas significam.

FREQUENCÍMETRO: RESOLUÇÃO

A resolução de um frequencímetro é sua capacidade de diferenciar entre dois sinais que estão próximos um do outro. É uma medida do número de dígitos na leitura da frequência do sinal.

A maioria dos contadores de frequência são chamados de contadores de leitura direta, e a resolução é determinada pelo tempo de porta. Este é o tempo durante o qual o contador está contando o número de pulsos ou cruzamentos de transição.

Como o número de cruzamentos em um segundo é igual à frequência, um tempo de porta de um segundo permitirá que as frequências sejam lidas até uma resolução de 1 Hz. Pode-se ver que para outros tempos de porta, um tempo de porta de 0,1 segundo permitirá que uma resolução de 10 Hz seja alcançada, enquanto um tempo de porta de 10 segundos permitirá que uma resolução de 0,1 Hz seja alcançada.

Assim, pode-se ver que para um frequencímetro de leitura direta, a resolução é uma função do tempo de porta.

FREQUENCÍMETRO: ERRO DE MEDIÇÃO

A precisão da medição de um frequencímetro ou temporizador de intervalo é um pouco mais difícil de determinar, pois é uma função de vários fatores. Existem várias categorias de erros de medição que podem ocorrer, alguns dos quais afetam o cronômetro do contador ao fazer diferentes tipos de medição. Essas imprecisões podem ser resumidas da seguinte forma:

• Erro de base de tempo: Embora a base de tempo seja precisa, sua precisão real depende do tipo de oscilador de relógio usado, sua precisão terá um impacto direto na precisão geral do frequencímetro. A precisão do oscilador é a soma dos vários erros do oscilador:
  • Variações de tensão de rede / linha: Variações na tensão de entrada de energia causarão variações nas tensões do oscilador de cristal. O nível de variação dependerá da eficácia de qualquer regulador de tensão, mas sempre há uma pequena variação de tensão. Isso pode resultar em pequenos erros na tensão do oscilador de cristal que serão refletidos nos erros do temporizador do frequencímetro.
  • Estabilidade de temperatura: A estabilidade de temperatura do oscilador de cristal usado para o relógio ou base de tempo é uma das principais fontes de erro ou imprecisão. A estabilidade de curto prazo é geralmente cotada em partes por milhão em uma faixa de temperatura. Muitas vezes, quando se deseja fazer medições precisas, é aconselhável permitir que o instrumento de teste aqueça e que a temperatura se estabilize por um período de algumas horas antes da medição ser feita. Os osciladores de cristal controlados por forno podem atingir sua precisão especificada mais cedo, mas a experiência geralmente indica permitir que um frequencímetro ou qualquer outro instrumento de teste aqueça e estabilize por algumas horas antes de fazer medições precisas.
  • Estabilidade de curto prazo: A variação de curto prazo inclui elementos como as variações de frequência de curto prazo, incluindo ruído de fase / jitter de fase. Se o ruído de fase for alto, isso pode significar que o período da porta pode variar ou oscilar em uma quantidade que pode fazer com que menos ou mais pulsos sejam bloqueados do que o tempo exato da porta permitiria.
  • Estabilidade a longo prazo: Esta forma de erro de frequência do oscilador de cristal ocorre ao longo do tempo. Embora muitos osciladores de cristal de alto grau sejam pré-envelhecidos, esses erros ainda ocorrem em algum grau. Normalmente, eles são expressos em partes por milhão ao longo de um mês. Um período tão longo é tomado porque os efeitos do envelhecimento são mascarados pelos efeitos de curto prazo em períodos de tempo muito mais curtos. Os erros resultantes do envelhecimento do relógio do temporizador do frequencímetro podem ser reduzidos pela recalibração periódica do instrumento de teste.
• O erro de contagem ±: Uma das formas de erro do frequencímetro ocorre com o modo exato de temporização da porta aberta e fechada em relação à forma de onda de entrada. Às vezes, é possível que a base de tempo abra para que haja uma contagem a mais do que em outros momentos. A ambiguidade ocorre devido à relação não coerente entre o relógio base de tempo e a forma de onda de entrada.

A porta da base de tempo está aberta pela mesma quantidade de tempo em cada caso, mas no primeiro caso são contadas três arestas positivas, enquanto que no segundo caso, duas são contadas. A razão para isso é o tempo relativo ou faseamento entre os dois sinais. Pode haver uma diferença de uma contagem entre duas leituras como resultado desse erro.

• Erro de disparo: Erros de disparo em um frequencímetro são aqueles erros que ocorrem em um contador de intervalo de tempo como resultado de ruído no sinal de entrada que resulta na abertura ou fechamento do portão de entrada cedo ou tarde demais. Eles fazem com que a causa de um limite da janela de histerese do gatilho de entrada dispare no momento errado, introduzindo assim um erro de medição de tempo. Este erro pode ser agravado aumentando a sensibilidade do circuito de entrada e, assim, permitindo que o ruído tenha um efeito maior.
• Erro sistemático: Esta forma de erro de medição em um instrumento de teste ocorre como resultado de uma incompatibilidade entre os canais de partida e parada. Pode resultar de diferenças nos tempos de subida ou descida do canal ou das diferenças de atraso de propagação.

Ao usar um frequencímetro ou temporizador de intervalo, é necessário entender suas limitações. Uma chave é a precisão, e outra é a sua resolução. Desta forma, as leituras podem ser interpretadas de maneira significativa e as tolerâncias aplicadas a quaisquer leituras feitas.

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