Меню

Измерение переменного тока повышенной частоты



§104. Измерение частоты переменного тока

Частоту переменного тока измеряют частотомерами. Обычно применяют резонансные электромагнитные или ферродинамические приборы.

Электромагнитный резонансный частотомер имеет электромагнит 2 (рис. 344, а), в поле которого расположены стальной якорь 1 и соединенный с ним стальной брусок 5. Этот брусок укреплен на упругих пружинах 4 и на нем размещен ряд гибких стальных пластинок 3, площадь поперечного сечения которых подобрана таким образом, что каждая следующая пластинка имеет частоту собственных колебаний на 0,5 Гц больше, чем предыдущая. Сво-

Рис. 344. Устройство электромагнитного резонансного частотомера

Рис. 344. Устройство электромагнитного резонансного частотомера

Рис. 345. Принципиальная схема ферродинамического частотомера

Рис. 345. Принципиальная схема ферродинамического частотомера

бодные концы пластинок введены в прорезь, имеющуюся на шкале прибора. Катушка электромагнита присоединена к сети переменного тока так же, как и катушка вольтметра.

При прохождении по катушке переменного тока электромагнит создает магнитное поле, пульсирующее с частотой изменения тока. Находящийся в этом поле якорь 1 также начнет совершать колебательные движения и вызывать колебания связанных с ним пластинок 3.

Колебания пластинок обычно бывают настолько незначительными, что они не могут быть замечены глазом. Однако если
частота собственных колебаний какой-либо пластинки совпадает с частотой изменения переменного тока, т. е. с частотой колебаний якоря, то наступит явление механического резонанса, при котором эта пластинка начнет колебаться с большой амплитудой. Белый квадратик на ее конце превращается при этом в белую полоску (рис. 344,б), против которой по шкале можно отсчитывать измеряемую частоту. Значительно слабее колеблются две пластинки, колебания же всех остальных пластинок обычно совершенно незаметны для глаза.

Ферродинамический частотомер (рис. 345) представляет собой логометр ферродинамической системы. Катушки логометра соединяются в две параллельные цепи, которые подключаются к двум точкам а и б, между которыми действует напряжение переменного тока U (так же, как и вольтметры). Последовательно с неподвижной 3 и одной из подвижных 1 катушек включены катушка индуктивности L и конденсатор С, а последовательно с другой подвижной катушкой 2 — резистор с сопротивлением R (могут быть и другие комбинации R, L и С). Поэтому ток I1 в первой параллельной ветви зависит от частоты f, а ток I2 во второй цепи не зависит от f.

В результате при изменении частоты f будут изменяться ток I1 и положение подвижной части логометра до тех пор, пока не наступит равновесие моментов М1 и М2, создаваемых его катушками. Показания такого прибора будут зависеть от частоты f.

Источник

Измерение частоты переменного тока в сети: приборы и методы

Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.

Какие приборы можно использовать

Классификация частотомеров

Все данные приборы делятся на две основные группы по области их применения:

  1. Электроизмерительные. Применяются для бытового или же производственного измерения частоты в цепях переменного тока. Их используют при частотной регулировке оборотов асинхронных двигателей, так как вид частотного измерения оборотов, в этом случае, самый эффективный и распространённый.
  2. Радиоизмерительные. Нашли применение исключительно в радиотехнике и могут измерять широкий диапазон высокочастотного напряжения.

По конструкции частотомеры делятся на щитовые, стационарные и переносные. Естественно, переносные более компактные, универсальные и мобильные устройства, которые широко применяются радиолюбителями.

Для любого типа частотомера самыми важными характеристиками, на которые, в принципе, и должен обращать внимание человек при покупке, являются:

  • Диапазон частот, которые прибор сможет измерить. При планировании работы именно со стандартной промышленной величиной 50 Гц, нужно внимательно ознакомиться с инструкцией, так как не все приборы её смогут увидеть.
  • Рабочее напряжение в цепях, в которых будут проходить измерительные работы.
  • Чувствительность, эта величина более важна для радиочастотных устройств.
  • Погрешность, с которой он может производить замеры.

Мультиметр с функцией измерения частоты переменного тока

Самый распространенный прибор, с помощью которого можно узнать величину частотных колебаний и который находится в свободном широком доступе — это мультиметр. Нужно обращать своё внимание на его функциональные возможности, так как не каждый такой прибор сможет измерить частоту переменного тока в розетке или же другой электрической цепи.

Мультиметр

Такой тестер выполняется чаще всего очень компактным, для того чтобы в сумке он легко помещался, и был максимально функциональным, измеряющим помимо частоты также напряжение, ток, сопротивление, а иногда даже температуру воздуха, ёмкость и индуктивность. Современный вид мультиметра и его схема основаны чисто на цифровых электронных элементах, для более точного измерения. Состоит такой мультиметр из:

  • Жидкокристаллического информативного индикатора для отображения результатов измерения, расположенного, чаще всего, в верхней части конструкции.
  • Переключателя, в основном, он выполнен в виде механического элемента, позволяющего быстро перейти от измерения одних величин к другим. Нужно быть очень осторожным, так как, допустим, если измерять напряжение, а переключатель будет стоять на отметке «I», то есть сила тока, тогда следствием этого неминуемо будет короткое замыкание, которое приведёт не только к выходу со строя прибора, но может вызвать и термический ожог дугой рук и лица человека.
  • Гнезд для щупов. С их помощью непосредственно происходит электрическая связь прибора с измеряемым токопроводящим объектом. Провода не должны иметь потрескиваний и изломов изоляции, особенно это касается их наконечников, которые будут находиться в руках измеряющего.

Хотелось бы также упомянуть о специальных приставках к мультиметру, которые существуют и разработаны специально для того, чтобы увеличить число функций обычного прибора со стандартным набором.

Как выполняется измерение частоты

Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:

  1. Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
  2. Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
  3. Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.
Читайте также:  Удар электрическим током остановка сердечной деятельности

Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.

Другие альтернативные методы измерения

Самый эффективный и простой способ проверки частоты — это использование осциллографа. Именно осциллографом пользуются все профессиональные электронщики, так как на нём можно визуально увидеть не только цифры, но и саму диаграмму. При этом нужно обязательно отключить встроенный генератор. Новичку в электронике будет довольно проблематично выполнить данные измерения с помощью этого прибора. О том, как пользоваться осциллографом, мы рассказали в отдельной статье.

Осциллограф

Второй вариант — это измерение с помощью конденсаторного частотомера, имеющего диапазон измерений 10 Гц-1 МГц и погрешность около 2%. Он определяет среднее значение тока разрядки и зарядки, которое будет пропорционально частоте и измеряется косвенно с помощью магнитоэлектрического амперметра, со специальной шкалой.

Ещё один метод называется резонансный и основан он на явлении резонанса, возникающего в электрическом контуре. Тоже имеет шкалу с механизмом точной подстройки. Однако промышленную величину в 50 Гц этим способом невозможно проверить, работает он от 50 000 Гц.

Также вы должны знать, что существует реле частоты. Обычно на предприятиях, подстанциях, электростанциях — это основное устройство, которым контролируют изменение частоты. Данное реле воздействует на другие устройства защиты и автоматики для поддержания частоты на необходимом уровне. Есть разные типы реле частоты с разным функционалом, об этом мы расскажем в других публикациях.

Все же мультиметры и электронные цифровые частотомеры работают на обычном счёте импульсов, которые являются неотъемлемой частью, как импульсного так и другого переменного напряжения, необязательно синусоидального за определенный промежуток времени, обеспечивая при этом максимальную точность, а также широчайший диапазон.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Теперь вы знаете, как выполнить измерение частоты тока в сети мультиметром и частотомером. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!
Будет интересно прочитать:

Источник

Измерение напряжения и тока на низких и высоких частотах.

Измерение напряжения и тока на промышленной частоте.

Измерение напряжения и тока на промышленной частоте может быть выполнено любыми вольтметрами и амперметрами, работающими на частоте 50 Гц, но только когда объект измерения мощный. Такие измерения выполняются в основном электромагнитными и электродинамическими вольтметрами и амперметрами.

Для измерения напряжения на переменной частоте применяют компенсаторы переменного тока. Чтобы уравновесить измеряемое напряжениеuх=Uхe jφ x компенсирующим напряжениемuк=Uкe jφ к , необходимо выполнение следующих условий: равенство напряженийUx=Uкпо модулю; противоположность их фаз (φхк=180º); равенство частот; одинаковая форма измеряемого и компенсирующего напряжений. Компенсаторы переменного тока менее точны по сравнению с компенсаторами постоянного тока, так как отсутствует эталон ЭДС переменного тока.

II. Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах.

Измерение напряжения на повышенной и высокой частотах осуществляется вольтметрами, работающими в указанном диапазоне частот, а также электронными осциллографами.

Осциллографы – приборы, чувствительные к напряжению, поэтому все измерения, выполняемые ими, сводятся к измерению отклонения электронного луча под действием приложенного напряжения. Для конкретного исследования сигнала необходимо правильно выбрать тип осциллографа, выполнив условие согласования, подключить осциллограф к объекту измерения, заземлить, а затем определить вид синхронизации, ее амплитуду, режим развертки, длительность, коэффициент отклонения. От правильного учета возможных искажений и погрешностей зависит точность полученных результатов измерений.

III. Измерение тока в цепях повышенной и высокой частоты.

С увеличением частоты точность измерения переменного тока электромагнитными и электродинамическими амперметрами в обычном исполнении падает. Приборы специального изготовления имеют расширенный диапазон частот (до 10 кГц) и используются для измерения токов в мощных цепях.

В маломощных цепях повышенной и высокой частот ток измеряется выпрямительными, термоэлектрическими, электронными цифровыми амперметрами, аналоговыми и цифровыми вольтметре на резисторе с известным сопротивлением. Амперметр должен обладать минимальными значениями входных сопротивлений, индуктивностей и емкостей. С увеличением частоты в цепи измерения тока влияние емкостей возрастает, поэтому для уменьшения погрешностей от токов утечки амперметр следует включать на участке с потенциалами, наиболее близкими к потенциалу земли (рис.100, где С1пи С2п– емкости зажимов 1 и 2 амперметра относительно земли). Это особенно важно при измерениях на высокой частоте. При правильном включении амперметра паразитная емкость С1пнаходится под напряжением, равным падению напряжения на амперметре, но поскольку это значение мало, то и токи утечки будут незначительны, при этом емкость С2пзакорочена. При неправильном включении амперметра паразитные емкости С1пи С2пнаходятся по полным напряжениемU, поэтому даже при малых значениях С1пи С2птоки утечки будут значительны.

Измерение токов в цепях высокой частоты выполняется в основном термоэлектрическими амперметрами.

Термоамперметры – сочетание термопреобразователя и магнитоэлектрического измерительного механизма. Термопреобразователь состоит из одной или нескольких термопар и нагревателя. При протекании тока по нагревателю, выполненному из материала с большим удельным сопротивлением (нихром, константан и т.д.), выделяется тепло, под действием которого нагревается горячий спай термопары, а на ее холодных концах возникает термо-ЭДС.

Термо-ЭДС зависит от материала проводников термопары и пропорциональна разности температур горячего и холодного концов, т.е. пропорциональна температуре перегрева θ: ЕТ=kθ.

В среднем ЕТравно 30-40 мкВ на 1ºС перегрева. Вследствие инерции нагревателя температура перегрева не успевает следовать за изменениями подводимого тепла и определяется его средним значением:

(5)

Если холодные концы термопары замкнуть на измерительный магнитоэлектрический механизм, то по замкнутой цепи измерителя потечет ток IИ=ET/RИ=(k1I 2 )/RИ=k2I 2 , (6)

Где I– среднеквадратичное значение тока;RИ– сопротивление цепи измерителя, включая термопару;k1,k2 — коэффициенты пропорциональности, зависящие соответственно от свойств термопары и данных измерительного механизма.

Так как в (6) значение измеряемого тока входит в квадрате, то прибор пригоден для измерений в цепях как постоянного, так и переменного токов. Шкала прибора градуируется в среднеквадратичных значениях тока.

По способу нагрева горячего спая термопары термопреобразователи делят на контактные и бесконтактные. В контактных преобразователях(рис. 8, а) горячий спай термопары приварен непосредственно к нагревателю, при этом существует гальваническая связь между измеряемой и измерительной цепями. Вбесконтактных преобразователях(рис. 8, б) горячий спай термопары отделен от нагревателя изоляцией (каплей стекла), что ухудшает условия теплопередачи, увеличивает тепловую инерцию, уменьшает чувствительность, но позволяет последовательно соединить несколько термопар, уменьшать влияние паразитных емкостей (между измеряемой и измерительной цепями).

Данный тип приборов позволяет проводить измерения переменного тока в диапазоне частот 50 Гц – 200 МГц и диапазоне токов от 100 мкА до десятков ампер. Кроме того, термоамперметры позволяют измерять постоянный и несинусоидальный токи (в последнем случае показания будут приближенно соответствовать среднеквадратичному значению тока, т.е. ).

Читайте также:  Тестер для измерения напряжений токов сопротивлений

К достоинствам термоамперметров относят то, что их показания не зависят от частоты и формы переменного тока, к недостаткам — малую перегрузочную способность (допускаются перегрузки не более, чем на 50 %), значительную мощность потребления (на 5 А примерно 1 Вт), ограниченный срок службы, невысокую точность (с изменением температуры изменяется сопротивление нагревателя, с ростом частоты – паразитные параметры).

Источник

Измерение частоты и периода электрических сигналов

Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.

Как выполняется измерение частоты

Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:

  1. Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
  2. Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
  3. Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.

Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.

Конструкция мультиметра


Тестер со встроенным частотомером — отличное приспособление для измерений, но существует ряд альтернативных методов, изучить которые можно ознакомившись со строением прибора.
Основной состав данного аппарата включает в себя функции амперметра, омметра и вольтметра. Используют такое приспособление при замерах постоянного и переменного напряжения, а также сопротивления.

Наиболее распространенной моделью данного прибора является цифровая, поскольку она, в отличии от аналоговой, позволяет произвести более точные замеры. Классическая конструкция включает в себя:

  • Индикатор. Он расположен в верхней части аппарата и служит экраном, на котором отображаются данные проверки.
  • Переключатель. Позволяет выбирать пределы показателей и величины. Вокруг переключателя нанесена шкала, которая в большинстве современных аппаратов имеет пять диапазонов. Первое значение указывает на 200 Ом. Если установить переключатель на эту шкалу, то измерить сопротивление больше данного показателя не будет возможности. Также шкала включает в себя показатели переключения между постоянным и переменным током, и значок прозвонки.
  • Гнезда для щупов. Позволяют подключить к тестеру измеряемый прибор. В большинстве моделей в нижней части размещено три разъема. Для тех же, кто интересуется тем, как замерить частоту мультиметром, необходимо обратить внимание на модели со специальными функциями. Помимо данного показателя, померить тестером можно индуктивность, температуру, электрическую емкость. Наличие дополнительных функций существенно влияет на стоимость, потому не каждый может позволить себе приобрести для применения в быту такое приспособление. Отличным решением может стать приставка к мультиметру. Она позволяет при помощи аппарата со стандартным набором функций измерить нужный показатель.

Измерение частоты электрического сигнала

Измерение частоты электрического сигнала производится двумя методами: непосредственной оценки и методом сравнения.

Для ее измерения методом непосредственной оценки применяют цифровые, конденсаторные и логометрические частотомеры (ЧМ). Для измерений методом сравнения применяют осциллографы, гетеродины и резонансные ЧМ.

Измерение с помощью конденсаторных ЧМ выполняется по схеме приведенной на рис 1. Принцип определения основывается на измерении силы тока на выходе схемы.

Формирователь импульсов ФИ преобразовывает входной сигнал в серию импульсов, имеющую частоту входного сигнала fx

. Переключатель В коммутируется из одного положения в другое, в соответствии с частотой воздействующего на него сигнала.

В одном из положений переключателя В

, замыкается схема заряда конденсатора
С
от источника стабильного напряжения ИСН. Затем переключатель В переходит во второе положение, происходит разряд конденсатора.

В цепи разряда устанавливается амперметр. Количество электричества, полученное конденсатором при заряде и отданное им же амперметру, находится из выражения:

Если же коммутации переключателя В будут происходить fx

раз в секунду, то ток на выходе схемы будет определяться выражением:

Откуда может быть найдена:

Если поддерживать параметры схемы С(U1-U2)

постоянными, то шкалу амперметра можно проградуировать в единицах измерения частоты.

Достаточно простым и наглядным является способ определения данного параметра с помощью осциллографа. Такой способ измерения пригоден для значений, находящихся в пределах полосы пропускания электронно-лучевых трубок.

Наиболее точные результаты получаются при сравнении двух колебаний синусоидальной формы на экране осциллографа. Один из сигналов, например известной величины, подают на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, второй измеряемый сигнал, соответственно подается на вторую пару, вертикально отклоняющие пластины.

Далее, регулированием частоты известного сигнала добиваются появления на экране фигуры Лиссажу, которые могут иметь самые замысловатые формы.

Кратность частот определяется по количеству пересечений фигурой Лиссажу горизонтальной и вертикальной осей координат. На рисунке фигура пересекает ось ординат 4 раза, а ось абсцисс – 2 раза.

Соответственно соотношение nг/nв=2/4=1/2

, это означает, что
fг/fв
также соотносится как 1/2. При условии, что известный сигнал имеет стандартное значение 50 гц, а измеряемый
fx
подавался на вертикальные пластины:

fx=fв=fг*2=100Гц;

Такой метод применяют при кратности частот не более 10, так как при большем соотношении фигура Лиссажу имеет очень много пересечений, и расшифровка диаграммы становится затруднительной.

При большей кратности применяют метод круговой развертки. На вход схемы подается сигнал с известной частотой fo

. По средствам реактивных элементов
R
и
C
, фазы сигналов на вертикальных и горизонтальных пластинах осциллографа сдвинуты на 90 эл. градусов.

Если сигнал измеряемой частоты fx

подать на электрод, управляющий яркостью свечения трубки, на экране осциллографа высветится окружность со светлыми и темными полосами. Количество штрихов будет равно кратности
fx/fo=n
. Для диаграммы рис 3 эта кратность составляет 6.

Если искомая частота меньше образцовой, то на отклоняющие пластины подают измеряемый сигнал, а модуляцией яркостью управляют образцовым.

Цифровой ЧМ работает по принципу подсчета импульсов N

Читайте также:  Электрический ток в жидкостях условия проводимости

за высокоточное время измерения
Ти
. Если время
Ти
равно 1 секунде, то измеряемый параметр находится непосредственно по формуле:

Входное устройство ЦЧ

представляет собой широкополосный усилитель (10 Гц–3,5 МГц ) предназначенный для согласования
ЦЧ
с источником сигнала, а также его усиления или ограничения, запускающего формирователь импульсов
ФИ
.

Блочная схема цифрового частотомера

служит для преобразования сигналов синусоидальной или любой другой формы в серию импульсов с большой крутизной фронтов, независимо от его вида. Частота серии импульсов соответствует частоте входного сигнала.

Временной селектор выполняет функцию электронного ключа. Он открывается на высокоточное время, получив сигнал от устройства управления. В открытом состоянии он пропускает определенную серию сигналов на электронный счетчик. Цифровой индикатор автоматически выдает результат измерений в именованных единицах.

Устройство управления с помощью генератора меток времени, выдает строб импульс на открытие временного селектора, управляет электронным счетчиком.

Последний служит для подсчета импульсов N

, а также преобразования двоично-десятичного кода с весами 8-4-2-1 в десятичный сигнал.

Гетеродинный способ измерения заключается в сравнении двух частот. Гетеродином называют генератор малой мощности с регулируемой частотой. Измеряемый сигнал fx

и сигнал гетеродина
fo
подают на смеситель. На выходе этого устройства появляется множество сигналов, в том числе и с
F=fx–fo
.

выделяется из всего потока, усиливается и передается на индикаторное устройство. Индикатором в такой схеме может быть телефон, амперметр или осциллограф. С помощью гетеродина

регулируют так, чтобы
F
было равно 0, либо равно какому-то фиксированному значению. Зная величину
F
и
fo
, вычисляют
fx
.

ЧМ, использующие явление резонанса содержат входное устройство, согласующее источник сигнала с колебательным контуром прибора.

Резонанс настраивается с помощью переменного конденсатора. Такие приборы используют для вычисления частот до 200 МГц.

Наступление резонанса фиксируют индикатором по наибольшим показаниям, пропорциональным току или напряжению в колебательном контуре. fx

непосредственно определяют по шкале калиброванного элемента настройки, или с помощью специальных таблиц.

Методы измерения частоты и применяемые приборы

Измерение основной физической величины — времени и ее производной — частоты, а также воспроизведение и хранение единиц ; их измерения лежат в основе большинства измерительных задач. Основой частотно-временной аппаратуры является группа стандартов частоты, включающая водородный, рубидиевый, цезиевый и кварцевый стандарты, которые хранят единицу времени — секунду и единицу частоты — герц.

Приборы для измерения частоты, называемые частотомерами, делятся на резонансные 42, электронно-счетные 43, гетеродинные 44, и др. Измерять частоту можно разными приборами и методами. Промышленность выпускает стрелочные частотомеры (43-1, 43-7 и др.), которые позволяют отсчитывать частоту непосредственно по шкале используемого в нем стрелочного прибора в диапазоне от 10 Гц и до 500 кГц. Отклонение стрелки прибора зависит от усредненного значения тока заряда или разряда образцового конденсатора, перезаряжаемого напряжением измеряемой частоты. Поскольку ток в цепи прямолинейно зависит от напряжения, такие частотомеры имеют равномерную шкалу и обладают относительно большим входным сопротивлением.

Рис. 43. Функциональная схема гетеродинного частотомера

Для измерения высоких частот и СВЧ используют методы сравнения измеряемой частоты с известной частотой собственных колебаний в резонансной системе. Рассмотрим эти методы.

Гетеродинный метод основан на сравнении исследуемых колебаний fx с колебаниями градуированного высокоточного генератора (гетеродина) fэт с помощью смесителя. На рис. 43 показана функциональная схема гетеродинного частотомера (волномера), состоящего из гетеродина Г, смесителя С и выходного прибора ВП (индикатора), в котором сравнение частоты колебаний производится методом биений.

Принцип измерения состоит в следующем. На блок смесителя подается колебание высокостабильной частоты fэт от гетеродина и колебание частоты fх. С выхода смесителя колебание разностной частоты биений fзв подается на выходной прибор, отградуированный в соответствующих единицах измерений (частотах или длинах волн). Несмотря на простоту устройства, гетеродинные частотомеры позволяют измерять частоту в пределах 30—’ 3000 МГц с высокой точностью.

В основу резонансного метода измерения частоты положено явление электрического резонанса. Волномеры состоят из высокодобротного контура, механизма настройки и индикатора.

В зависимости от диапазона измеряемых частот колебательный контур частотомера может выполняться из высокодобротного контура LC с сосредоточенными постоянными, либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора.

Функциональная схема резонансного частотомера показана на рис. 44. На измеряемую частоту настраивается в резонанс контур ЬКС«.

Зная индуктивность
LK
и емкость Ск, легко вычислить изме­ряемую частоту. Наличие резонанса в контуре
LKCb
регистрирует­

ся по максимальному показанию индикатора. Обычно резонансный частотомер имеет набор сменных катушек LK,

позволяющих пере­крыть диапазон частот от нескольких сотен килогерц до несколь­ких десятков мегагерц.

Резонансные частотомеры сверхвысоких частот состоят из коаксиальных и объемных резонаторов. Отрезок коаксиальной линии, представляющей собой колебательный контур, связывается с источником колебаний (генератором) и детектором петлями свя­зи (рис. 45). Настройка контура в резонанс осуществляется изменением длины I

внутреннего проводника коаксиальной линии. Если на длине отрезка линии укладывается четверть волны изме­ряемого колебания, возникает резонанс. Момент настройки в резо­нанс отмечают по максимальному отклонению стрелки индикато­ра, включенного в цепь детектора. Измерение исследуемой длины волны состоит в нахождении двух соседних резонансов в линии и определении расстояния между ними; оно равно половине длины волны исследуемого колебания. Резонансные волномеры позволя­ют измерять длины волн от нескольких сантиметров до нескольких дециметров.

Отечественная промышленность выпускает большую номенкла­туру частотомеров для измерения в диапазоне СВЧ: например, резонансные коаксиальные частотомеры на частоты от 40 до 10700 МГц (Ч2-2А и 42-37) и волноводные на частоты от 8 до 16,6 ГГц (42-33 и 42-31). Типы частотомеров и измеряемый ими диапазон частот приведены на рис. 46.

Для осуществления автоматического измерения частоты в диа­пазоне до 10 ГГц предназначен резонансный волноводный пано­рамный частотомер 42-55, который позволяет осуществлять авто­матическое измерение по индикатору прибора одновременно нескольких частот, излучаемых генераторами СВ4. Он широко

применяется при проверке и ремонте генераторов в лабораторных и производственных условиях. Частотомер выполнен полностью на полупроводниковых приборах, погрешность измерений 0,5%, чувствительность 5-10

3 мВт. Габариты прибора 480X255X480 мм, масса 28 кг.

Для лабораторных измерений частоты применяют электронносчетные частотомеры, выдающие результаты измерений в цифровой форме.

Действие этих при­боров основано на преобразо­вании измеряемого синусои­дального напряжения в корот­кие прямоугольные импульсы, соответствующие измеряемой частоте. Эти импульсы регист­рируются счетчиком.

Например, за 1 с счетчик регистрирует 1 • 106 импульсов, значит, измеряемая частота будет равна 1 МГц. Такие ча- тотомеры облегчают процесс измерения в широких преде

лах частот (от нескольких герц до сотен мегагерц), период следо­вания и длительность импульсов. Они также могут быть исполь­зованы в качестве источников кварцованных частот, датчиков ка­либрованных интервалов времени и др.

Электронно — счетные частотомеры (универсальные ЧЗ-47А, 43-49 и упрощенные 43-44, 43-45, 43-46) осуществляют програм­мируемое измерение частоты радиосигналов от долей герца до СВ4-диапазонов с погрешностью ±5-10-9 и интервалов времени от 1 до 104 мкс с погрешностью ±0,1 мкс. Они выдают результаты измерений в коде, обеспечивающем математические вычисления, статистическую обработку и регистрацию их в цифровой и анало­говой формах.

Источник