ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЧАСТОТОМЕРОВ
Принцип работы частотомера Ч3-34 Рассмотрим подробнее принцип работы электронно-счетного частотомера Ч3-34 (Рис 1)
Рис 1. Внешний вид частотомера Ч3-34
Принцип действия частотомера основан на подсчете числа периодов неизвестной частоты за известный, высокоточный отрезок времени, называемый временем измерения. При времени измерения 1 сек. количество подсчитанных периодов и есть значение измеряемой частоты в герцах. На цифровом табло прибора автоматически регистрируется результат измерения с указанием порядка и размерности.
Рис 2. Структурная схема цифрового частотомера
Основные элементы данного частотомера: формирователь импульсного напряжения сигнала fх измеряемой частоты, генератор образцовой (эталонной) частоты, электронный ключ, счетчик импульсов с блоком цифровой индикации и управляющее устройство, организующее работу прибора. Принцип его действия основан на измерении числа импульсов, поступающих на вход счетчика в течение строго определенного времени, равного в данном приборе 1 с. Этот необходимый измерительный интервал времени формируется в блоке управления. Сигнал fх, частоту которого надо измерить, подают на вход формирователя импульсного напряжения. Здесь он преобразуется в импульсы прямоугольной формы, частота следования которых соответствует частоте входного сигнала. Далее преобразованный сигнал поступает на один из входов электронного ключа, а на второй вход ключа подается сигнал измерительного интервала времени, удерживающий его в открытом состоянии в течение 1с.
В результате на выходе электронного ключа, а значит, и на входе счетчика появляется пачка импульсов. Логическое состояние счетчика, в котором он оказывается после закрывания ключа, отображает блок цифровой индикации в течение интервала времени, устанавливаемого устройством управления. Измеряемый сигнал (допустим синусоидальной формы, (рис.3,а)) подается на вход формирователя импульсного напряжения, на его выходе образуется последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной измеряемой частоте fx (рис.3,б). Эта последовательность импульсов поступает на один из входов электронного ключа. На другой его вход через устройство управления поступает последовательность прямоугольных управляющих импульсов, длительность которых определяет счетный интервал времени Tсч (рис.3,д). Эти импульсы формируются генератора образцовой частоты (рис.3,в) путем деления его частоты f0 в делителе частоты ДЧ (рис.3,г)
Рис 3. Временная диаграмма измерения частоты
Прошедшие за время счета через временной селектор N импульсов (рис.3,е) отсчитываются счетчиком импульсов Сч. В блоке цифровой индикации определяется измеряемая частота по формуле: fx=N/ Tсч Рассмотрим принцип работы других типов частотомеров: 1)Резонансные частотомеры. Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. 2)Гетеродинные частотомеры. Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами. 3)Конденсаторные частотомеры. Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10Гц до 1МГц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%. 4)Вибрационные (язычковые) частотомеры. Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля. 5)Аналоговые стрелочные частотомеры. Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках.
|
