Аналоговые электронные частотомеры.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИя И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. КОСЫГИНА»

(ФГБОУВО РГУ им. А.Н. Косыгина)

 

 

Для направлений подготовки 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств 27.03.04 Управление в технических системах

 

Технические средства измерений

 

Учебно-методическое пособие

 

Составитель: Виниченко С.Н.

 

Москва

РГУ им. А.Н. Косыгина 2018

УДК 681.2

В48

 

В48 Технические средства измерений: Учебно-методическое пособие. /Сост.  Виниченко С.Н. – М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2018. – 48с.

 

 

Рецензенты:

- заведующий кафедрой «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (ФГБОУВО РГУ им. А.Н. Косыгина) канд. тех. наук, доц. В.И. Монахов.

- доцент кафедры информационных технологий и компьютерного дизайна (ФГБОУ ВО РГУ им. А.Н. Косыгина), канд. тех. наук, доц. В.В.Иванов

 

 

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся по направлениям подготовки 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств и 27.03.04 Управление в технических системах всех форм обучения и будет использоваться при изучении дисциплин «Метрология и измерительная техника», «Технические измерения и приборы отрасли».

Данное учебно-методическое пособие необходимо для выполнения студентами лабораторных работ, направленных на изучение современных средств измерения различных физических величин.

Также в учебно-методическом пособии сформулированы цели и задачи при выполнении курсовых работ, представлены методики расчета и графического построения характеристик измерительных механизмов.

 

 

УДК 681.2

 

 

Подготовлено к печати на кафедре автоматики и промышленной электроники

 

Печатается в авторской редакции.

 

	© РГУ им. А.Н. Косыгина, 2018
	© Виниченко С.Н., 2018

I . СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПРИБОРАМИ

Цель работы: изучение отдельных методов измерения частоты и исследование электронных частотомеров.

Общие сведения

Диапазон исследуемых частот в электронике, автоматике и т.д. простирается от долей герца до тысяч мегагерц, т.е. от 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 электронные приборы аналогового и дискретного принципа действия, которые в настоящее время широко используются для измерения частоты.

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» частотомеры.

Общий принцип действия конденсаторных частотомеров можно представить работой переключения ключа (рис. 1).

При замыкании ключа К в положении 1 происходит заряд конденсатора С от начального напряжения U ₁ (в частном случае это напряжение может быть равно 0) до напряжения U ₂ (в частном случае – до напряжения питания U). При переключении ключа в положение 2 напряжение на конденсаторе уменьшается на величину ∆U = U ₂ - U ₁.

Рис. 1. Работа переключения ключа

 

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

I _ср = C ∆ Uf.

Шкалу выходного прибора градуируют в значениях частоты:

а = S_II ₀ t_uf,

или в случаи импульса тока прямоугольной формы:

а = S_IC ∆ Uf

Для импульса тока экспоненциальной формы, где S_I чувствительность к току выходного прибора. Эта градуировка будет справедлива для постоянных значений S_I I _0, и t_{u ,} С и ∆U, а также при условии t_u < Т, т.е. протекание тока в цепи оканчивается полностью к моменту следующего включения ключа К.

Так в данной работе проводится исследования приборов ЧЗ-7 и Ф5043.  

Частотомер Ч3-7.

Упрощенная структурная схема частотомера ЧЗ-7 представлена на рисунке 2, где 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 и диод Д₁. При положительной полуволне входного напряжения ключ К замыкается и конденсатор С разряжается через выходной прибор (микроамперметр) и диод Д₂.

 

Рис. 2. Структурная схема частотомера ЧЗ-7

 

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.

Частотомер Ф5043

Частотомер Ф5043 также предназначен для измерения частоты электрических колебаний. На рис. 3 приведена структурная схема частотомера. Измеряемый сигнал частоты f(x) в зависимости от величины напряжения поступает на вход 1 - 50 в или 10 - 500 в входного устройства, в котором происходит его ограничение, усиление и последующее формирование в прямоугольные импульсы определенной амплитуды и полярности.

 

Рис. 3. Структурная схема частотомера Ф5043

 

С входного устройства последовательность прямоугольных импульсов с частотой f(x) подается на делитель частоты, который в зависимости от набора нажатых клавиш на передней панели производит деление частоты в 2, 5, 10, 20, 50 и 100 раз. С делителя частоты импульсы поступают на преобразователь частоты в ток. Ток на выходе преобразователя, пропорциональный входной частоте, измеряется выходным микроамперметром.

Для компенсации тока, пропорционального начальному значению частоты на узких диапазонах, используется источник опорного напряжения (ИОН). С целью исключения нагрузок выходного прибора током ИОН при отсутствии сигнала на входе, устройство автоматически подключает ИОН только после поступления сигнала на вход частотомера.

Калибровка частотомера производится по встроенному кварцевому генератору ГК.