Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск
Вхід в абонемент


Интернет реклама УБС






реферат

на тему

Измерение частоты

Методы измерения частоты.

Диапазон измеряемых частот в радиоэлектронике, автоматике, в технике связи и т.д. простирается от долей герца до десятков гигагерц, то есть от инфранизких до сверхвысоких частот. Выбор метода вимирвання частоты определяется ее диапазоном, требуемой точностью измерения и другими факторами. Измерение частоты переменного тока от 20 до 2500 Гц в цепях питания осуществляется с относительно невысокой точностью частотомерами электромагнитной, электродинамической и ферродинамической систем с непосредственным отсчетом частоты по шкале логометричного измерителя. Для измерения низких и высоких частот застотсовують частотомеры, принцип действия которых основан на методах заряда и разряда конденсатора, мостовом, сравнения измеряемой частоты с образцовой, резонансном. Наиболее широкополосными и точными являются цифровые частотомеры, построенные по методу дискретного подсчета.

Резонансный метод измерения частоты.

Резонансный метод основан на сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колебаний колебательного звена. Применяется для измерения частот от 100 кГц до 100ГГц. Основным узлом резонансного частотомера является колебательная система. На частотах до 100 МГц в качестве колеблющейся системы применяются резонансные контуры с сосредоточенными постоянными, на более высоких частотах до 1 ГГц - контуры с разделенными постоянными в виде отрезков коаксиальной или полосовой линии, на еще более высоких частотах используются объемные резонаторы, на частотах более 30 ГГц - открытые резонаторы.

На рис.1 приведена схема резонансного волномера с колеблющейся системой в виде контура с сосредоточенными параметрами L и C. Резонансный частота определяется по формуле:

Рис. 1 Схема резонансного волномера.

Измерительный контур имеет индуктивную связь с цепью источника колебаний и АВТОТРАНСФОРМАТОРНОЕ связь с индикатором. Индикатор фиксирует напряжение на части катушки L. Резонансный частота определяется по формуле:

Влияние входных и индикаторных цепей на измерительный контур можно оценить введением в него вносимых реактивного Xвн и активного Rвн сопротивлений. Напряжение, которое поступает на индикаторный цепь определяется так:

где r и x - активное и реактивное сопротивление измерительного контура

p - коэффициент включения индикаторной цепи

U - амплитуда напряжения на контуре.

Напряжение будет максимальной при X? Xвн. Частоту отсчитывают по шкале конденсатора переменной емкости при настройке на максимум напряжения. В резонансных частотомеров связь с источником колебаний и индикатором должен быть очень слабым, так как возникает погрешность при измерениях из-за влияния реактивного сопротивления источника колебаний. Основная погрешность вычисляется формуле:

где дfобр - относительная погрешность образцового прибора, на котором проводилось градуировки

дfнр - относительная погрешность настройки в резонанс

дfгр - погрешность градуировки, обусловленная неточностью нанесения делений на шкале

дfотс - погрешность отсчета.

Метод заряда и разряда конденсатора.

Суть этого метода заключается в измерении тока разряда Iср конденсатора, который периодически перзаряджаеться в такт измеряемой частотой fx (рис. 2).

Рис.2 Упрощенная схема конденсаторного частотомера.

Если конденсатор C с помощью переключателя П заряжать от источника э.д.с. E к напряжению U1, а затем разряжать через микроамперметр магнито-электрической системы к напряжению U2, то килкисть электричества, полученная при заряде, будет равно количеству электричества, которое отдается Лабораторные есть q = C * (U1-U2). Если переключатель П переключать fx раз в секунду, где

fx-- измеряемая частота, то количество елктрикы, которая протекает через микроамперметр в секунду, представляет собой среднее значение разрядного тока за период, т.е. Iср = q * fx = C * (U1-U2) * fx. Из данного выражения следует, что ток, который протекает через прибор линейно связан с измеряемой частотой и отсюда частота выражается формулой:

Если емкость C и напряжение U = U1-U2 поддерживать постоянными, то шкалу микроамперметра можно проградуировать в единицах частоты. На этом принципе работают конденсаторные частотомеры, в которых переключение конденсатора с заряда на разряд осуществляется электронным коммутатором с частотой переключения fx при подаче на его вход напряжения измеряемой частоты. Линейная зависимость между током Iср и частотой fx возможна при выполнении условия C * (U1-U2) = const. Поэтому в схеме частотомера пердбачено ограничитель, который поддерживает постоянной напряжение U1 - при заряде и U2 при разряде конденсатора во всем рабочем диапазоне частот. Поддиапазон измерительных частот регулируют включением конденсаторов различной емкости, а также шунтированием микроамперметра. Конденсаторные частотомеры применяют для измерения частот 10 Гц 500 кГц с основной погрешностью 2%, при уровне входного напряжения 0,5 200 В.

Электромеханический частотомер.

Электромеханический частотомер представляет собой логометры электромагнитной, электродинамической ферродинамической, выпрямительных систем с реактивными сопротивлениями в цепях воспринимающих элементов. Работают они на принципе изменения реактивного сопротивления в зависимости от частоты переменного тока на рис. 3.а приведена схема электродинамического частотомера.

Последовательно с катушкой 1 соединен конденсатор С1, который обеспечивает сдвиг по фазе между напряжением измеряемой частоты Ufx и током I1 на угол примерно равен 90. Неподвижная катушка 3, конденсатор С2, индуктивность L2 и сопротивление R2 включены последовательно с подвижной катушкой 2. Векторная диаграмма, поясняющая работу прибора приведена на рис. 3.б.

Уравнение шкалы электродинамического логометра:

В схеме частотомера I2 = I, поэтому cos 2 = 1, cos 1 = cos (90 - 2) = sin 2 = x2/z2; где x2, z2 - соответственно рективний и полное сопротивление цепи тока I2

2 - угол сдвига между Ufx и I2.

Заменив отношение токов I1/I2 отношением обратных сопротивлений веток, получаем I1/I2 = z2/z1. После упрощений получаем:

так как,,,

.

Параметры L2 и С2 выбирают таким, чтобы на некотором средней частоте диапазона ветка катушки 2 была настроена в резонанс и ток в цепи равен I20 (стрелка частотомера при этом находится в среднем полженни). При fx> fxо реактивное сопротивление ветви катушки 2 носит индуктивный характер, а при fx

Рис. 3 Схема электродинамического частотомера и векторная диаграмма.

Мостовой метод измерения частоты.

Этот метод основан на использовании частотно зависимых мостов переменного тока, которые питаются напряжением измеряемой частоты. Наиболее распространенной мостовой схеме для измерения частоты является емкостной мост, изображенный на рис. 4.

Рис. 4. Схема моста д ля измерения частоты.

Пренебрегая сопротивлением Rд, который составляет 1-2% величины сопротивления R1, получаем условие равновесия для этой схемы.

С данного условия можно записать два уравнения:

.

Неизвестная частота, при которой мост будет уравновешен:


Страницы: 1 2