84

Рис. 2.23. Систематическая погрешность измерения ФС ортогональным фазометром с ограниченными сигналами при различных значениях отношения сигнал/шум q

При чистом входном сигнале ( ) погрешность измерения ФС достигает 4⁰. С уменьшением отношения сигнал/шум величина систематической погрешности уменьшается. Для уменьшения систематической погрешности применяют различные методы, например: метод поправок, методы фильтрации, компенсации погрешностей и т. д. [7].

3. Измерение частоты

3.1. Общие положения

Частотой колебаний называют число полных колебаний в единицу времени:

, (3.1)

где t – время существования n колебаний.

Для гармонических колебаний

,

где T – период колебаний.

Единица частоты 1 Герц определяется как одно колебание в одну секунду. Частота и время неразрывно связаны между собой, поэтому измерение той или другой величины диктуется удобством эксперимента и требуемой погрешностью измерения. Частота электромагнитных колебаний связана с периодом колебания T и длиной однородной плоской волны в свободном пространстве следующими соотношениями: и , где с – скорость света, равная 299792.5 0.3 км/с.

В радиотехнической практике чаще всего измеряется частота, иногда период и реже длина волны. Измерение частоты выполняется с наибольшей точностью по сравнению с другими видами радиоизмерений, поэтому многие физические величины, подлежащие измерению, преобразуют во временные и частотные для последующего точного измерения.

В соответствии с ГОСТ 15099–69 приборы для измерения частоты и времени относятся к подгруппе Ч, которая состоит из следующих видов приборов:

• Ч1 – установки для поверки измерителей частоты, воспроизведения образцовых частот, сличения частот сигналов;

• Ч2 – частотомеры резонансные;

• Ч3 – частотомеры электронно-счетные;

• Ч4 – частотомеры гетеродинные, ёмкостные, мостовые;

• Ч5 – преобразователи частоты сигнала;

• Ч6 – синтезаторы частот; делители и умножители частоты;

• Ч7 – приёмники сигналов эталонных частот; компараторы частотные, фазовые, временные; синхронометры;

• Ч9 – преобразователи частоты.

Основными методами измерения частоты являются метод перезаряда конденсатора, резонансный метод, метод сравнения с частотой образцового генератора, метод дискретного счёта (цифровой метод).

3.2. Метод перезаряда конденсатора

Если присоединить конденсатор емкостью С к источнику напряжения U, то он зарядится и в нем накопится количество электричества . Переключение конденсатора на магнитоэлектрический измеритель тока вызовет отклонение указателя на величину, пропорциональную количеству электричества q, накопленного в конденсаторе. Если конденсатор поочередно присоединять к источнику напряжения для заряда и к измерителю тока для разряда (рис. 3.1) с частотой переключения F раз в секунду, то количество электричества, проходящее через амперметр при разряде, будет в F раз больше:

,

где I – среднее значение тока разряда.

Рис. 3.1. Структурная схема простейшего частотомера

Отсюда следует, что ток в такой схеме прямо пропорционален частоте переключения и при постоянном произведении шкалу амперметра можно градуировать в единицах частоты:

. (3.2)

Структурная схема конденсаторного частотомера (рис. 3.2) состоит из усилителя-ограничителя (УО) и зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) с магнитоэлектрическим индикатором. Кроме того, имеется генератор Г_К для калибровки частотомера на одной фиксированной частоте.

Рис. 3.2. Структурная схема конденсаторного частотомера

Нижний предел измерения частоты =10 Гц. Если частота будет ниже, то стрелка миллиамперметра будет колебаться в такт частоте. Верхний предел определяется постоянной времени цепи заряда и не превышает 1 МГц.

Погрешность измерения зависит от класса точности миллиамперметра, остаточной нестабильности напряжения заряда конденсатора и составляет 1−2 % [2].