1. Введение.

Целью работы является изучение некоторых методов измерения частоты и исследование электронных частотомеров.

Диапазон исследуемых частот в электронике, автоматике и т.д. простирается от долей герца до тысяч мегагерц, т.е. инфранизких до сверх высоких частот. Погрешности измерения частоты, в зависимости от требованной практики, также колеблется в широком диапазоне. Так, государственный эталон воспроизводит герц с погрешностью ± 1 * 10^-11, а при измерении частоты переменного тока в цепях питания допускается погрешность не более 1%. Естественно, что при этих условиях приходится применять методы и приборы, основанные на самых различных принципах. Для измерения частоты от 20 до 2500 Гц с относительно невысокой точностью, используются приборы с электромеханическими измерительными механизмами различных систем. Погрешность измерения этими приборами непосредственной оценки находятся в пределах 0,2 – 2%. Для измерения низких и высоких частот применяют приборы, принцип действия которых основан на методах мостовом, заряда и разряда конденсатора, сравнения измеряемой с образцовой, резонансном. Наиболее широкополосными и точными являются цифровые частотомеры, построенные по методу дискретного счета.

В данной работе рассматриваются только электронные приборы, аналоговые и дискретные, используемые в настоящее время широко для измерения частоты.

2. Аналоговые электронные частотомеры.

При измерении частоты переменного тока широкое распространение получили электронные частотомеры аналогового действия, основанные на измерение среднего значения импульсов тока, при постоянстве заряда, протекающего через период измеряемой частоты. К этой группе относятся так называемые «конденсаторные».

2.1. Конденсаторный частотомер

Процессы в схеме конденсаторного частотомера (рис. 1) можно пояснить следующим образом. При замыкании ключа К в положении 1 происходит заряд конденсатора С от начального напряжения U₁ (в частном случае это напряжение может быть равно 0) до напряжения U₂ (в частном случае – до напряжения питания U). При переборе ключа в положение 2 напряжение на конденсаторе уменьшается на величину ∆U = U₂ – U₁.

Рис. 1

Если переключение ключа осуществляется частотой f, то среднее значение тока через прибор определяется соотношением:

I_ср = С∆Uf

Шкала выходного прибора может быть отградуирована в значениях частоты:

13

а = S_i I_o t_u f

Для случая импульса тока прямоугольной формы:

а = S_i С∆Uf

Для случая импульса тока экспоненциальной формы, где S_i – чувствительность к току выходного прибора. Эта градуировка будет справедлива для постоянных значений S_i, I_o, и t_u, С и ∆U, а также при условии t_u < T, т.е. протекание тока в цепи оканчивается полностью к моменту следующего включения ключа К.

К конденсаторным частотомерам относятся приборы типа 43-1, Ч3-7, Ф5043 и др.

В данной работе изучаются приборы ЧЗ-7, и Ф5043.

2.2 Описание частотомера чз-7.

Упрощенная структурная схема частотомера Ч3-7 представлена на рисунке 2. Работа схемы происходит следующим образом. Напряжение измеряемой частоты управляет работой ключа К. При поступлении отрицательной полуволны напряжение измеряемой частоты усилитель-ограничитель (ОУ) формирует отрицательные импульсы, которые переводит ключ К в разомкнутое положение. В это время происходит заряд конденсатора С от блока питания (БП) через сопротивление R_a и диод Д₁. При положительной полуволне входного напряжения ключ К замыкается и конденсатор С разряжается через выходной прибор (микроамперметр) и диод Д₂.

Таким образом, ключ осуществляет коммутацию конденсатора С на заряд и разряд. В определенных пределах показания конденсаторного частотомера не зависят от величины входного напряжения, что соответствует нормальной работе ключа К. Важным параметром частотомера является величина минимального входного напряжения, соответствующего допустимому значению изменения показаний. При измерении частоты входного напряжения должно быть не меньше минимального. В противном случае УО и К работают в усилительном режиме, в результате чего прибор будет работать как электронный вольтметр, т.е. его показания будут зависеть от значения поступающего на вход напряжения, а не от частоты.