25. Резонансный метод измерения частоты

Суть резонансного метода состоит в сравнении измеряемой частоты с собственной частотой градуированного измерительного колебательного контура.

Рисунок 2.8 – Упрощенная схема резонансного частотомера

Резонансный метод является простым и удобным, показания прибора однозначны, погрешность составляет сотые доли процента. Величина погрешности определяется точностью настройки частотомера, добротностью Q его колебательного контура, точностью отсчета, диапазоном измеряемых частот, температурой и влажностью воздуха, а также связью частотомера с источником измеряемых колебаний.

Рисунок 2.9 – Резонансная кривая колебательного контура

Точность отсчета определяется точностью градуировки и качеством механизма настройки. Чем уже будет измеряемый диапазон, тем точность градуировки будет выше, так как при этом цена деления шкалы уменьшается. Колебательный контур обычно градуируют при температуре воздуха 20 °С; если температура при проведении измерений будет другой, то возможны погрешности из-за изменений геометрических размеров контура.

Как правило, при изготовлении колебательных контуров используются металлы с малыми значениями температурных коэффициентов. Величина влажности также снижает точность измерений из-за изменения диэлектрической проницаемости среды. Влияние влажности устраняется путем использования герметичных корпусов для резонаторов или наполнением корпусов сухим инертным газом.

26. Гетеродинный метод измерения частоты

Суть метода состоит в сравнении частоты исследуемого сигнала с частотой известного источника. В качестве такого источника используется перестраиваемый генератор (гетеродин). Гетеродинный метод (или метод нулевых биений) применяется для сравнения высокочастотных гармонических сигналов.

Упрощенная структурная схема гетеродинного частотомера приведена на рисунке 2.10. Когда ключ К находится в положении 1, выполняется калибровка шкалы гетеродина с помощью дополнительного кварцевого генератора. Отсчетный лимб гетеродина устанавливают в значение, приблизительно равное f_x, для этого необходимо знать приблизительное значение измеряемой частоты. Во втором положении производится измерение частоты f_x, подаваемой на входное устройство. Вращением лимба гетеродина добиваются нулевых биений. При плавном изменении частоты образцового генератора индикатор зафиксирует наличие сигнала биений на минимальной разностной частоте, проходящего через фильтр низкой частоты. По отградуированной шкале гетеродина производят отсчет величины f_x ≈ f_г.

Рисунок 2.10 – Упрощенная схема гетеродинного частотомера

На основе метода нулевых биений созданы гетеродинные частотомеры.

Точность гетеродинных частотомеров достаточно высокая, она составляет 10^-3 – 10^-5, однако в области средних частот большее применение находят электронно-счетные частотомеры. Они при такой же точности, как гетеродинные, гораздо проще в эксплуатации.

27. Измерение частоты методом перезаряда конденсатора

Частотомеры, использующие метод заряда и разряда конденсатора, используются в диапазоне частот от 0,02 до 1 МГц, они просты в эксплуатации, но имеют сравнительно невысокую точность.

Упрощенная схема конденсаторного частотомера приведена на рисунке 2.11, а. Принцип работы состоит в следующем: входной сигнал измеряемой частоты U(f_x) с помощью преобразователя преобразуется в меандр U_упр, имеющий ту же частоту, что и входной сигнал (рисунок 2.11, б). Меандр управляет ключом К: при положительной полярности меандра ключ замкнут, при отрицательной – разомкнут. Когда ключ замкнут, конденсатор С заряжается током i_зар, протека­ющим через резистор R1. При размыкании ключа конденсатор разряжается током i_разр, протекающим через измерительный прибор (mА) и резистор R2. Условием правильной работы частотомера является следующее требование: конденсатор за время замыкания ключа должен полностью зарядиться до некоторого номинального значения q, а за время размыкания напряжение на конденсаторе должно стать практически равным нулю. Если постоянная цепи заряда τ_з = R₁C и постоянная цепи разряда τ_р = R₂C будут меньше половины периода исследуемого колебания (т.е. заряд и разряд происходят за период частоты исследуемого колебания), тогда среднее значение тока разряда конденсатора определится выражением

.

Таким образом, показания прибора будут пропорциональны измеряемой частоте:

.

Рисунок 2.11 – Конденсаторный частотомер: а – структурная схема; б – временные диаграммы

Этот метод редко используется в современных измерительных приборах.