Основні положення. А. При підготовці до роботи необхідно вивчити будову, принцип дії і характеристики частотомірів: електромеханічних /1

А. При підготовці до роботи необхідно вивчити будову, принцип дії і характеристики частотомірів: електромеханічних /1, с. 135-136, 140/, електронних конденсаторних /1, с. 164-165/ і цифрових /1, с. 244-245/.

Похибка вимірювання частоти аналоговими частотомірами визначається співвідношенням

δ_f=γ∙f_H/f_X,

де γ – клас точності приладу;

f_H - нормоване значення частоти.

При цьому нормоване значення частоти f_H визначається як різниця значень найбільшої f_max і найменшої f_min частот діапазону вимірювань приладу, тобто f_H=f_max–f_min.

Найбільш удосконалені і точні електронно-лічильні цифрові частотоміри (ЕЛЧ). У залежності від вибору режиму роботи ЕЛЧ можуть виміряти також період коливань, інтервал часу, відношення частот.

Структурна схема приладу при вимірюванні частоти подасться на рис. 7.1 і відповідає положенню перемикача “Род работы” – F_A на лицьовій панелі частотоміра Ч3-33.

Рисунок 7.1 - Структурна схема ЕЛЧ і діаграми напруг при вимірюванні частоти

Напруга невідомої частоти U_fX через роз’єм “Вхід А” поступає на формувач F, де перетворюється в нормалізовані імпульси з частотою f_X. Ці імпульси поступають на вхід 1 електронного часового ключа селектора SW, де порівнюються за часом з імпульсом заданої тривалості Т_рах, що поступав на вхід 2 ключа. У відкритому стані ключа SW серія імпульсів N_X поступає в цифровий лічильний пристрій ЦЛП, де підсумовується лічильником і відображається на табло в десятичному коді

N_X=T_PAX/T_X=T_PAX∙f_X.

Як джерело імпульсів заданої тривалості використовується кварцовий генератор G спільно з подільником частоти. Час рахунку T_PAX встановлюється зміною коефіцієнта розподілу n частоти f₀ кварцового генератора. При T_PAX= 1 s число підрахованих в ЦЛП імпульсів безпосередньо визначає частоту, що вимірюється. При іншому часі рахунку 0,01; 0,1; 10 s автоматично переноситься децимальна точка на цифровому табло.

Похибка вимірювання частоти визначається нестабільністю δ₀ частоти кварцового генератора (інструментальна похибка) і методичною похибкою квантування

δ_f=(δ₀+1/f_X∙T_рах) ∙100, %.

На низьких частотах, навіть при максимально можливому для частотоміра Ч3-33 часу рахунку Т_рах=10 s, методична похибка може виявитися недопустимо великою. Наприклад, при f_X=10 Hz, δ_f≥±1%. Тому на низьких частотах доцільно вимірювати період T_X коливань, а не частоту.

Вимірювання періоду T_X забезпечується структурною схемою приладу (рис. 7.2), що відповідає положенню перемикача “Род работы” в режимі “Т_Б” або “Т_Б∙10” на лицьовій панелі частотоміра Ч3-33.

У цьому випадку сигнал, що вимірюється, з входу "Б" приладу поступає на формувач-множник періоду ФМП. На вході блоку ФМП формується імпульс, тривалість якого визначає час відкритого стану ключа SW, тобто час рахунку Т_рах=T_Xm, m=1; 10. На другий вхід ключа при цьому подаються короткі імпульси – “метки времени” з періодом Т_МІТ. Такі імпульси виробляються високостабільним кварцовим генератором G спільно зі схемою подільника частоти.

Рисунок 7.2 - Структурна схема ЕЛЧ і діаграми напруг при вимірюванні періоду

Імпульси міток часу через селектор SW, відкритий на час Т_рах, поступають в цифровий відліковий пристрій і там підсумовуються. Результат рахунку імпульсів N_X відображається на цифровому табло ЦЛП.

Похибка вимірювання періоду δ_Т оцінюється формулою

δ_Т=±(δ₀+Т_міт/m∙T_X) ∙100, %.

Б. Для вимірювання кута фазового зсуву двох сигналів як прилади безпосередньої оцінки застосовують електромеханічні /1, с. 135-136, 140/, електронні /1, с. 164-166/ і цифрові /1, с. 238-240/, фазометри, а також електронно-променеві осцилографи /1, с. 238-240/.

Електромеханічний фазометр, виконаний на базі електродинамічного логометра, застосовують в експерименті для вимірювання різниці фаз між струмом навантаження і наругою мережі 220 V. Схема включення такого фазометра подасться на рис.7.4.

Більшою чутливістю, амплітудним і частотним діапазоном володіють електронні фазометри. Електронний фазометр мас великий вхідний опір, тому вимірює лише різницю фаз між напругами на його входах. Для визначення кута фазового зсуву між струмом навантаження і напругою мережі таким фазометром потрібні спеціальні схеми його включення з застосуванням масштабних перетворювачів струму в напругу.