2.4.2 Резонансные частотомеры

Метод, реализованный в резонансных частотомерах, основан на использовании явления электрического резонанса в колебательных системах. Он заключается в сравнении измеряемой частоты с собственной резонансной частотой колебательного контура. Структурная схема резонансного метода представлена на рисунке 2.22.

Рисунок 2.22 – Структурная схема резонансного частотомера.

С помощью элементов связи колебательная система подключается к источнику измеряемой частоты и индикатору; момент резонанса фиксируется с помощью индикатора, а значение измеряемой частоты отсчитывается по шкале, связанной с механизмом перестройки.

В зависимости от диапазона измеряемых частот в качестве колебательных систем используются контуры с сосредоточенными или распределенными постоянными.

Резонансные частотомеры с сосредоточенными постоянными применяются в диапазоне частот 50 кГц – 200 МГц и представляют собой колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. Точность настройки в резонанс тем выше, чем выше добротность контура.

Связи контура с объектом измерения и с индикатором резонанса должны быть минимальными для того, чтобы, с одной стороны, колебательный контур не влиял на источник колебаний измеряемой частоты, а с другой – чтобы вносимые в контур сопротивления не уменьшали его добротности.

При измерении контур настраивают в резонанс, а измеряемую частоту находят из формулы Томсона для резонансной частоты колебательного контура:

. (2.40)

Обычно используются сменные катушки индуктивности и конденсаторы переменной емкости, что позволяет перекрыть достаточно широкий диапазон частот. С объектом измерения частотомер связан слабой индуктивной связью. Индикатор резонанса подключается к контуру либо через емкостный делитель, либо индуктивно.

На частотах выше 1000 МГц используются контуры с распределенными постоянными.

В диапазоне частот до 10 ГГц колебательная система представляет собой четвертьволновую разомкнутую коаксиальную линию, нагруженную емкостью С. Индикатор состоит из детекторной секции и магнитоэлектрического микроамперметра. Индикатор резонанса связан с отрезком линии и с источником измеряемой частоты с помощью петли связи. При настройке такого частотомера в резонанс одновременно изменяются длина линии l и емкость С. Погрешность измерения частоты составляет (0,1 – 0,5)%.

На частотах выше 10 ГГц в качестве колебательных систем применяются объемные резонаторы, представляющие собой отрезки волновода.

К основным параметрам резонансных частотомеров можно отнести

- диапазон измеряемых частот;

- погрешность измерения;

- чувствительность (минимальная мощность, необходимая для отклоне-ния стрелки индикатора).

Источниками погрешностей резонансных частотомеров являются

- неточность настройки контура в резонанс;

- погрешность градуировки отсчетного устройства;

- разрешающая способность индикатора;

- люфт в механизме перестройки;

- изменение внешней температуры;

- влажность окружающей среды.

При точных измерениях вводится поправка на температуру и влажность.