方框图中一些主要端点的波形如图2.2所示。
然而在测频时,主门的开启时刻与计数脉冲的上升沿(假设计数脉冲上升沿使计数器翻转计数)不一定同步,在时间轴上的位置是随机的。因此,即使主门的开启时间T(先假设标准时间误差为零)相同,计数器所计数值也不一定相同,这就是计数器计数误差。由于主门开启时间T相同的情况下,计数器最少少计一个数或最多多计一个数,所以,也称±1误差或量化误差[3]。
现在利用图2.3中的闸门信号和计数脉冲信号的时间关系来分析计数器的±1误差。
图2.3 计数器的±1误差示意图
在图2.3中,T为计数器的主门开启时间,Tx为被测信号周期,Δt1为主门开启时刻至第一个计数脉冲上升沿的时间,Δt2为闸门关闭时刻至下一个计数脉冲上升沿的时间。设计数值为N(图中N=7),由图可知
T=N Tx+Δt1-Δt2=[N+(Δt1-Δt2)/ Tx]/ Tx (2.2)
ΔN=(Δt1-Δt2)/ Tx (2.3)
由于Δt1和Δt2都是不大于Tx的正时间量,(Δt1-Δt2)虽可正可负,但绝对值不会大于Tx,ΔN的绝对值也不会大于1,即|ΔN|≤1。又ΔN为计数增量,只能为实整数,可知ΔN只有0,1,-1三个可能值。所以,脉冲计数最大绝对值误差即±1误差
ΔN=±1 (2.4)
所以,计数器计数的最大相对误差为
(2.5)
在式(2.5)中,fx为被测信号频率;T为闸门时间。由此得出结论:脉冲计数相对误差与被测信号频率和闸门时间成反比。即被测信号频率越高、闸门时间越宽,相对误差越小。
然而,当被测信号频率较低时,为了保证测量准确度,闸门时间必须设的很宽,但又影响了测量的速度,所以测频法不适宜测量低频信号。为了能迅速测量低频信号的频率但又不影响测量的准确度,应改用下面介绍的测量周期的方法测量低频信号的频率。