Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Частотомер - назначение и виды приборов

Частотом е р (неправ. частотометр) -- измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Этот восьмиразрядный прибор может измерять частоту синусоидального и импульсного сигнала от 1 ГЦ до 50 МГц. Время измерения - 1 и 10 с. Частотомер построен на светодиодах с общим катодом. Особенностью данного частотомера является то, что в нем может быть использован любой кварц на частоты от 10 до 20 МГц. При этом в программе изменяются значения только двух регистров.

Собираясь сделать частотомер на PIC-контроллере, автор проверил схемы и программы, опубликованные в журналах. Оказалось, что только одна схема и программа были рабочими: это «Частотомер на PIC-контроллере» Д. Яблоков и В. Ульрих . Но этот частотомер имеет 3 разряда индикации с указанием их порядка. Такой точности в повседневной практике радиолюбителей явно недостаточно.

В частотомере применен микроконтроллер PIC16F873, который имеет 28 выводов. Это позволило использовать 16 выходов для непосредственного управления сегментами и разрядами светодиодов. Кроме того, этот микроконтроллер имеет три таймера с предделителями. Восьмиразрядный таймер TMR0 и его восьмиразрядный предделитель вместе с двумя дополнительными регистрами используются для подсчета измеряемой частоты. Извлечение значения предделителя выполняется известным способом, заключающимся в досчитывании значения предделителя до нуля, с одновременным подсчетом числа импульсов досчета. Таким образом, максимальная разрешающая способность счетчика составляет 32 двоичных разряда.

Таймер TMR1 имеет 16 разрядов и 3 разрядный предделитель. Этот таймер используется для формирования интервалов времени 0,1 секунды, а два последующих регистра-делителя на 10 формируют время измерения в 1 секунду и 10 секунд. При использовании кварцевых резонаторов на любую частоту достаточно сделать программную предварительную установку двух регистров таймера TMR1. При этом отпадает необходимость в точной подстройке частоты самого кварца.

Поскольку эти два таймера могут работать одновременно без участия АЛУ микроконтроллера, то появилась возможность использовать в качестве индикаторов светодиоды с динамической индикацией. На время прерываний по переполнению таймеров программа прекращает индикацию. Время, за которое выполняется прерывание, незначительно, поэтому визуально не отслеживается (видно только при частотах резонатора ниже 5 МГц).

Алгоритм работы программы частотомера показан на рис. 1, а расширенный алгоритм работы блоков: проверка кнопок, пуск измерения, досчитывание показан на рис. 1.1, 1.2, 1.3 соответственно.

После пуска и инициализации регистров микроконтроллера программа переходит к поразрядному выводу значений регистров индикации. После загрузки значения любого регистра индикации в порт выдерживается пауза в 2 миллисекунды. В каждом цикле отработки паузы декрементируется регистр паузы и проверяется значение флага 1 секунды. Если флаг равен единице, т.е. 1 секунда прошла, выполняется проверка состояния кнопок (рис. 1.1). При этом сбрасывается флаг 1 секунды. Далее проверяется состояние кнопки «Пуск». Если кнопка нажата, то проверяется флаг пуска. Если флаг пуска включен, т.е. пуск уже был, то он сбрасывается (запрещается счет). Если флаг пуска нулевой, то он устанавливается в единицу (разрешается счет). В этом цикле отработки паузы проверка кнопок прекращается. В следующих циклах, если кнопка «Пуск» не нажата, проверяется состояние кнопки времени измерения. Если кнопка времени измерения нажата, то изменяется флаг времени измерения на противоположный (1 сек. или 10 сек.).

После проверки кнопок проверяется значение флага пуска. Если частотомер в состоянии пуска, то проверяется флаг измерения. Если флаг единичный, то начался отсчет времени измерения, и программа переходит к пуску измерения (рис. 1.2). Но если пуск уже был выполнен и установлен флаг счета, то включение нового счета не производится. Если же счет не начат, то устанавливается флаг счета, обнуляются регистры досчета, разрешаются прерывания по переполнению TMR0 и открывается счетный вход. Счетный вход открывается установкой единицы на выходе RA5. От команды, открывающей счетный вход, и до команды, которая его закрывает, должно пройти время, равное времени измерения. Это время в зависимости от частоты выбранного кварцевого резонатора подбирается предварительной установкой регистров таймера TMR1.

В последующих циклах отработки паузы постоянно проверяется состояние флага счета. Как только флаг счета станет равным нулю, что говорит о прекращении времени измерения, начинается процесс извлечения значения предделителя таймера TMR0 (досчитывание, рис. 1.3). Дело в том, что непосредственная запись и считывание значения предделителя невозможно, но легко реализуется программно. Для этого на вход RA4 с выхода RA5 подаются импульсы, которые сформированы программно. При каждом импульсе значение предделителя увеличивается на единицу и одновременно с этим увеличивается значение младшего регистра счета L_B. Предварительно младший регистр счета обнуляется. Значение таймера TMR0 непосредственно переписывается в старший регистр счета H_B. После каждого сформированного программно импульса на предделитель проверяется изменение значения таймера. Если значение таймера изменилось, то досчитывание заканчивается. Таким образом осуществляется досчитывание значений предделителя до нуля, тем самым определяется значение предделителя, которое было после окончания прохождения измеряемых импульсов. Значение предделителя будет равно инвертированному значению младшего регистра счета L_B.

Программа переходит к перекодировке 32 разрядов двоичного числа в 9 разрядов двоично-десятичного числа. Девять разрядов для индикации не используются, но желательны для правильного отображения старшего разряда в режиме времени измерения 10 секунд. Например, если в режиме измерения 1 секунда три старших разряда будут равны 278, то в режиме 10 секунд двойка уйдет за пределы индикатора, а число 78 будет высвечиваться в старших разрядах индикатора. Таким образом можно точнее определить значение измеряемой частоты.

После окончания перекодировки сбрасываются все флаги. На время досчитывания запрещаются прерывания по переполнению таймера TMR1, а после окончания досчитывания выполняется новая установка регистров таймера, и разрешаются прерывания. После заполнения регистров индикации программа начинает новый цикл индикации с нулевого разряда.

Как было сказано выше, прерывания по переполнению таймера TMR1 происходят через 0,1 секунду и используются для формирования интервалов времени измерения. Алгоритм работы прерывания показан на рисунке 1.4.

После сохранения значений регистров инкрементируется регистр секунды и включается флаг выполнения измерения. Если регистр секунды еще не равен десяти, то выполняется установка регистров таймера и завершается прерывание. Установка младшего и старшего регистров таймера выполняется так, чтобы время досчитывания таймера TMR1 до нуля машинными циклами равнялось 0,1 секунды.

Если значение регистра секунды равно десяти, то проверяется флаг десяти секунд. Если флаг установлен, значит, включен режим измерения десяти секунд, поэтому обнуляется регистр секунды и инкрементируется регистр десяти секунд. Далее проверяется значение регистра десяти секунд на равенство десяти. Если значение регистра не равно десяти, то программа устанавливает регистры таймера и завершает прерывание. Если флаг десяти секунд не установлен, значит, закончилось время измерения, равное одной секунде, или если закончилось время измерения, равное десяти секундам, программа переходит к закрытию счетного входа. Обнуляются регистры времени измерения, сбрасывается флаг измерения, устанавливаются регистры таймера и прерывание завершается.

Во время счета измеряемой частоты прерывания по переполнению таймера TMR0 (рис. 1.5) возможны с любой точки программы. Если во время прерывания от TMR0 произошло прерывание по переполнению TMR1, то будет выполнено прерывание от TMR1, а после этого будет продолжаться выполнение прерывания от TMR0. Это необходимо для того, чтобы не увеличивать длительность времени измерения, следовательно, и погрешность счета.

Схема частотомера приведена на рис. 2.

Выходы порта В микроконтроллера используются для вывода значений сегментов светодиодов, а выходы порта С - для коммутации катодов разрядов. Выводы порта А RA0 и RA1 использованы как входы кнопок SB1 и SB2 соответственно «Время измерения» и «Пуск». Вывод RA5 соединен непосредственно со счетным входом RA4. С выхода RA5 на счетный вход подаются логический ноль, закрывающий вход для прохождения счетных импульсов и импульсы досчитывания.

Для превращения этого частотомера в полноценный измерительный прибор его необходимо снабдить широкополосным формирователем импульсов.

В частотомере применены две матрицы светодиодов с общим катодом фирмы «Kingbright» СС56-12GMR. Каждая матрица содержит четыре светодиода, предназначенных для динамической индикации. То есть, все одноименные сегменты светодиодов соединены между собой внутри блока. Первый вывод матрицы маркируется единичкой, которую видно под слоем герметика. Эти светодиоды приятного желто-зеленого цвета свечения имеют малый ток потребления (потребляемый ток частотомера менее 50 мA) и большие размеры цифр (высота цифры 15 мм). Естественно, можно использовать любые цифровые светодиоды с общим катодом, но тогда, возможно, потребуется подстройка яркости свечения резисторами R8-R15.

Если сделать небольшие изменения в программе, то можно использовать и светодиоды с общим анодом. Для этого в третьем блоке подпрограмм «Таблица сегментов для общего катода» необходимо заменить данные для «Катода» данными для «Анода», которые расположены как комментарии через точку с запятой. В следующей, четвертой подпрограмме индикации, метка ZIKL должна выглядеть так:

CLRF KATOD; ОБНУЛЯЕМ РЕГИСТР КАТОДОВ.

BSF KATOD,0; УСТАНАВЛИВАЕМ НУЛЕВОЙ БИТ

BCF STATUS,0; УСТАНОВИМ В 0 БИТ ЗАЕМА.

После этих замен разряды светодиодов будут переключаться высоким уровнем напряжения.

Микроконтроллер PIC16F873 можно заменить микроконтроллером PIC16F876, который тоже имеет 28 выводов и отличается увеличенной до 8 К памятью программ. При этом если вы программируете программатором PonyProg, то необходимо правильно установить тип микроконтроллера. В программе никаких изменений делать не нужно. Необходимо заметить, что микроконтроллер PIC16F873 требует более аккуратного обращения, чем PIC16F84. Вставлять и вынимать микроконтроллер в программатор и плату частотомера необходимо при выключенном питании. При плохом контакте с микросхемной панелькой микроконтроллер тоже может выйти из строя. Для того чтобы легче было вставлять и вынимать микросхему в панельку программатора, необходимо удалить незадействованные контакты микросхемной панельки.

Печатная плата частотомера показана на рис. 3, а расположение элементов на ней -- на рис. 4.

Со стороны установки элементов на верхней части платы до выводов микросхемы фольга не удаляется. Она является экраном для усилителя и соединяется с минусом питания пайкой в местах обозначенных черными точками. Все остальные отверстия над экраном раззенковываются. Поскольку четвертый вывод микроконтроллера не используется, то отверстие под него не сверлится, а четвертый контакт из микросхемной панельки удаляется. Размеры печатной платы определены размерами платы светодиодов, которая показана на рис. 5. Плата частотомера располагается за платой светодиодов.

Частотомер задумывался для работы с резонатором частотой 20 мГц, но мне не удалось раскачать отечественные кварцы. Все они возбуждались на низких частотах. В фирменной документации при использовании высокочастотных кварцев (HS) рекомендуется установка последовательно кварцу от вывода OSC2 резистора номиналом до 10 килоом. Но отечественные кварцы возбуждаться на собственной частоте не хотели. Аналогичный результат был получен и при подключении высокоомного (10-30 мОм) резистора параллельно входам OSC1 и OSC2. Естественно, при более высокой частоте резонатора частота будет измеряться точнее, но импортного резонатора мне достать не удалось. Для проведения подобного рода экспериментов по возбуждению кварца на печатной плате имеются дополнительные отверстия.

Калибровка частотомера

После изготовления частотомера необходимо выполнить его калибровку. Для этого необходимо в шестом блоке подпрограмм установить значения младшего (TMR1L) и старшего (TMR1H) регистров таймера TMR1, величина которых будет зависеть от значения используемого кварцевого резонатора. Увеличение значений регистров уменьшает время измерения, следовательно, уменьшает значение измеряемой частоты.

MOVLW 0x54; ПРЕДУСТАНОВКА РЕГИСТРОВ

MOVWF TMR1H; ТАЙМЕРА ДО ЗНАЧЕНИЯ 0,1 СЕК. (500 000 ПРИ 20 МГц).

MOVLW 0x07; (ПРИ ТОЧНОМ КВАРЦЕ 14 МГц

MOVWF TMR1L; УСТАНОВКА ДОЛЖНА БЫТЬ 55 45).

Определим для примера, какая должна быть установка регистров для резонатора с частотой F=14 мГц. Период импульсов равен: T=1/F=7,14 x 10- 8 . Один машинный цикл равен: F osc =4T=2,86 x 10- 7 . Разделим интервал времени 0,1 секунды на машинный цикл и получим число 349650. Столько машинных циклов «поместится» в 0,1 секунде. С помощью компьютерного калькулятора переведем это число в двоичный код и получим число: 1010101010111010 010. Три младших выделенных бита отбросим, поскольку они попадают на трехразрядный предделитель, а его мы установить не можем. Полученное двоичное число переведем в восьмиричное и получим число: АА ВА. Таким числом импульсов должен быть досчитан таймер, чтобы произошло прерывание через 0,1 секунды. Следовательно, необходимо найти дополнение этого числа до нуля: FF FF-AA BA=55 45. Именно это число должно быть установлено в регистрах таймера 1. Но если установить это число, то прерывания будут происходить ровно через 0,1 секунды, а нам необходимо, чтобы счетный вход RA4 открывался и закрывался через 1 или 10 секунд. А если учесть, что частота резонатора редко соответствует номинальной, то становится ясно, что это число нуждается в коррекции.

Для этого необходимо измерять частотомером образцовую частоту и производить изменения младшего регистра таймера до тех пор, пока показания индикатора будут соответствовать значению образцовой частоты. Образцовую частоту можно взять с любого промышленного частотомера или собрать простейший генератор на кварце и определить его частоту промышленным частотомером. Если у вас нет промышленного частотомера, то есть еще один способ получить более-менее точную частоту. Для этого необходимо иметь кварцевый резонатор с номиналом частоты, имеющим 4-5 цифр. Собрав генератор на таком кварце можно получить номинальную частоту с точностью указанных цифр.

Установка регистров таймера 1 не дает «абсолютной» точности потому, что мы не учитываем разрядов предделителя. Для учета этих разрядов перед закрытием счетного входа установлены команды коррекции. Для предела 1 секунда коррекция выполняется в метке СЕКХ, а для предела 10 секунд - СЕКС.

; MOVLW .1;ЭТИ 4 СТРОЧКИ НУЖНЫ ДЛЯ ТОЧНОЙ

; ADDLW -1 ;ПОДГОНКИ ВРЕМЕНИ ИЗМЕРЕНИЯ.

; BTFSS STATUS,2 ;ДЛЯ 1 СЕКУНДЫ.

Изменением числа в второй строчке и подстановкой «пустых» команд NOP, производят подгонку измеряемой частоты в пределах единиц герц. Увеличение значения при коррекции увеличивает время индикации. Необходимо помнить, что значение коррекции секунд входит в коррекцию десятков секунд умноженное на десять. Показания индикатора на обоих пределах должны совпадать. После окончания калибровки желательно проверить его работу по всему пределу измерения от 1 Гц до 50 мГц.

Если измерить частоту собственного кварца через конденсатор 68 - 200 пф, как это показано на рис. 2 пунктирной линией, то при любом резонаторе (в авторском варианте программы), получится частота: 14007 кГц. Это связано с тем, что на вход пройдет столько импульсов, сколько поместится в сформированном интервале. При кварце на большую частоту время измерения будет меньше, значит и импульсов пройдет меньше. Вернее столько, сколько и при резонаторе с частотой в 14 мГц. Изменение частоты в любую сторону вызовет обратно пропорциональное изменение времени измерения, но показания не изменятся. Становится понятным, что измерять частоту собственного резонатора можно только после окончания калибровки, да и то с целью определения точной частоты вашего резонатора.

Работа с частотомером

При подаче напряжения на индикаторе высветятся нули и запятая в третьем разряде. Запятая в третьем разряде говорит о том, что установлен режим одной секунды, а индикация осуществляется в килогерцах. При нажатии кнопки «Время измерения» запятая переместится в четвертый разряд, и частотомер перейдет в режим десяти секунд.

При нажатии кнопки «Пуск» частотомер начнет измерение. На время измерения в нулевом разряде высвечивается запятая. При закорачивании входа на корпус на индикаторе должны быть нули. Повторное нажатие кнопки «Пуск» остановит процесс измерения, но индикация измеряемой частоты сохранится. Переключение режима времени измерения можно выполнять без остановки измерения.

Частотомер на PIC16F873 и семисегментных индикаторах

частотомер измерительный прибор калибровка

Этот восьмиразрядный прибор может измерять частоту синусоидального и импульсного сигнала от 1 Гц до 50 МГц. Время измерения -- 1 и 10 с. Дисплей частотомера выполнен на семисегментных светодиодных индикаторах с общим катодом. Особенностью данного частотомера является то, что в нем может быть использован любой кварцевый резонатор на частоту в диапазоне 10...20 МГц.

В разработанном частотомере применен микроконтроллер PIC16F873 , который имеет 28 выводов. Это позволило использовать 16 выходов для непосредственного управления сегментами и разрядами светодиодных индикаторов. Кроме того, этот микроконтроллер имеет три таймера с предделителями. Восьмиразрядный таймер TMR0 и его восьмиразрядный предделитель вместе с двумя дополнительными регистрами используются для подсчета измеряемой частоты. Извлечение значения предделителя выполняется известным способом, заключающимся в досчитывании до нуля с одновременным подсчетом числа импульсов досчета. Таким образом, максимальная разрешающая способность счетчика составляет 32 двоичных разряда.

Таймер TMR1 имеет 16 разрядов и трехразрядный предделитель. Этот таймер используется для формирования интервалов времени 0,1 с, а два последующих регистра-делителя на 10 формируют время измерения в 1 и 10 с. При использовании кварцевых резонаторов на любую частоту достаточно сделать программную предварительную установку двух регистров таймера TMR1. При этом отпадает необходимость в точной подстройке частоты самого резонатора.

Поскольку эти два таймера могут работать одновременно без участия АЛУ микроконтроллера, появилась возможность обеспечить динамический запуск индикаторов. На время прерываний по переполнению таймеров программа прекращает индикацию. Время, за которое выполняется прерывание, незначительно, поэтому визуально не отслеживается (видно только при частотах резонатора ниже 5 МГц).

Схема частотомера приведена на рис. 1. Выходы порта В микроконтроллера используются для управления сегментами индикаторов, а выходы порта С -- для коммутации их катодов. Выводы порта A RA0 и RA1 управляются кнопками SB1 и SB2 (соответственно «Время измерения» и «Пуск»). Вывод RA5 соединен непосредственно со счетным входом RA4. С выхода RA5 на счетный вход подается лог. О, закрывающий вход для прохождения счетных импульсов, и импульсы досчитывания.

Для превращения этого частотомера в полноценный измерительный прибор его необходимо снабдить широкополосным формирователем импульсов. В частотомере применены две матрицы семисегментных индикаторов с общим катодом фирмы Kingbright CC56-12GMR. Каждая матрица содержит четыре индикатора, их одноименные сегменты соединены между собой внутри блока. Первый вывод матрицы маркируется единичкой, которую видно под слоем герметика. Эти индикаторы желто-зеленого цвета свечения имеют большие размеры цифр (высота цифры 15 мм) и малый ток потребления, что обеспечивает потребляемый частотомером ток менее 50 мА. Естественно, можно использовать любые цифровые индикаторы с общим катодом, но тогда, возможно, потребуется подстройка яркости свечения подбором резисторов R8--R15.

Если сделать небольшие изменения в программе, то можно использовать и светодиоды с общим анодом. Для этого в третьем блоке подпрограмм «Таблица сегментов для общего катода» необходимо заменить данные для «Катода» данными для «Анода», которые расположены как комментарии через точку с запятой. В следующей, четвертой подпрограмме индикации метка ZIKL должна выглядеть так:

CLRF KATOD; обнуляем регистр катодов

BSF KATOD, 0; устанавливаем нулевой бит

В метке INDZIKL перед сдвигом регистра KATOD необходимо установить нулевой бит переноса/заема:

BCF STATUS, 0; установим в 0 бит заема

После этих замен разряды индикаторов будут переключаться высоким уровнем.

Микроконтроллер PIC16F873 можно заменить на PIC16F876, который также имеет 28 выводов и отличается увеличенной до 8 К памятью программ. При этом, если вы пользуетесь программатором PonyProg, необходимо правильно установить тип микроконтроллера. В программе никаких изменений делать не нужно. Следует заметить, что микроконтроллер PIC16F873 требует более аккуратного обращения, чем PIC16F84. Вставлять и вынимать микроконтроллер в программатор и плату частотомера необходимо при выключенном питании. При плохом контакте с микросхемной панелькой микроконтроллер тоже может выйти из строя. Для того, чтобы легче было вставлять и вынимать микросхему в программатор, необходимо удалить неиспользуемые контакты микросхемной панельки.

Частотомер задумывался для работы с резонатором частотой 20 МГц, но мне не удалось раскачать отечественные резонаторы, все они возбуждались на низких частотах. В фирменной документации при использовании высокочастотных резонаторов (HS) рекомендуется установка последовательно с резонатором от вывода OSC2 резистора номиналом до 10 кОм. Но отечественные резонаторы возбуждаться на собственной частоте не хотели. Аналогичный результат был получен и при подключении высокоомного (10...30 МОм) резистора параллельно входам OSC1 и OSC2. Естественно, при более высокой частоте резонатора частота будет измеряться точнее, но импортный резонатор мне достать не удалось. Для проведения подобного рода экспериментов по возбуждению резонатора на печатной плате имеются дополнительные отверстия.

После изготовления частотомера необходимо выполнить его калибровку. Для этого необходимо в шестом блоке подпрограмм установить значения младшего (TMR1L) и старшего (TMR1H) регистров таймера TMR1, величина которых будет зависеть от значения частоты используемого кварцевого резонатора. Увеличение значений регистров уменьшает время измерения, следовательно, уменьшает значение измеряемой частоты.

MONLW 0x54; предустановка регистров

MOVWF TMR1H; Таймера до значения 0,1 сек.(500000 при 20МГц)

MOVLW 0x07; при точном резонаторе 14МГц

MOVWF TMR1L; установка должна быть 55 45

Определим, для примера, какая должна быть установка регистров для резонатора с частотой F = 14 МГц. Период импульсов равен: Т = 1/F = 7,14 х 10(-8). Один машинный цикл равен 4Т = = 2,86 х 10(-7). Разделим интервал времени 0,1 с на машинный цикл и получим число 349650. Столько машинных циклов «поместится» в 0,1 с. С помощью компьютерного калькулятора переведем это число в двоичный код и получим число 1010101010111010 010. Три младших выделенных бита отбросим, поскольку они попадают на трехразрядный предделитель, а его мы установить не можем. Полученное двоичное число переведем в восьмеричное и получим число АА ВА. Таким числом импульсов должен быть досчитан таймер, чтобы произошло прерывание через 0,1 с. Следовательно, необходимо найти дополнение этого числа до нуля: FF FF - АА ВА = = 55 45. Именно это число должно быть установлено в регистрах таймера 1. Но если установить это число, то прерывания будут происходить ровно через 0,1 с, а нам необходимо, чтобы счетный вход RA4 открывался и закрывался через 1 или 10 с. А если учесть, что частота резонатора редко соответствует номинальной, то становится ясно, что это число нуждается в коррекции.

Для этого необходимо измерять частотомером образцовую частоту и производить изменение младшего регистра таймера до тех пор, пока показания индикатора не станут соответствовать значению образцовой частоты. Образцовую частоту можно взять с любого промышленного частотомера или собрать простейший кварцованный генератор и определить его частоту промышленным частотомером. Если у вас нет промышленного частотомера, то есть еще один способ получить более-менее точную частоту. Для этого необходимо иметь кварцевый резонатор с номиналом частоты, имеющим 4 или 5 цифр. Собрав генератор на таком резонаторе, можно получить номинальную частоту с точностью указанных цифр.

Установка регистров таймера 1 не дает абсолютной точности потому, что мы не учитываем влияние разрядов предделителя. Для учета этих разрядов перед закрытием счетного входа установлены команды коррекции. Для предела «1 с» коррекция выполняется в метке СЕКХ, а для предела «10 с» -- СЕКС.

; MOVLW 1; эти 4 строчки нужны для точной подгонки времени измерения

; BTFSS STATUS.2 ;для 1 с.

Изменением числа во второй строчке и подстановкой «пустых» команд NOP производят подгонку измеряемой частоты в пределах единиц герц. Увеличение значения при коррекции увеличивает время индикации. Необходимо помнить, что значение коррекции секунд входит в коррекцию десятков секунд, умноженное на десять. Показания индикатора на обоих пределах должны совпадать. После окончания калибровки желательно проверить его работу по всему диапазону измерения от 1 Гц до 50 МГц.

Если измерить частоту собственного резонатора через конденсатор 68...200пФ, как это показано на рис. 1 штриховой линией, то при любом резонаторе (в авторском варианте программы) получится частота 14007 кГц. Это связано с тем, что на вход пройдет столько импульсов, сколько поместится в сформированном интервале. При резонаторе на большую частоту время измерения будет меньше, значит и импульсов пройдет меньше. Вернее столько, сколько и при резонаторе с частотой в 14 МГц. Изменение частоты в любую сторону вызовет обратно пропорциональное изменение времени измерения, но показания не изменятся. Становится понятным, что измерять частоту собственного резонатора можно только после окончания калибровки, да и то с целью определения точной частоты вашего резонатора.

При подаче напряжения питания на частотомер на индикаторе высветятся нули и запятая в третьем разряде. Эта запятая говорит о том, что установлен режим «1 с», а индикация осуществляется в килогерцах. При нажатии кнопки «Время измерения» запятая переместится в четвертый разряд и частотомер перейдет в режим «10 с».

При нажатии кнопки «Пуск» частотомер начнет измерение. На время измерения в нулевом разряде высвечивается запятая. При замыкании входа на общий провод на индикаторе должны быть нули. Повторное нажатие кнопки «Пуск» остановит процесс измерения, но индикация измеряемой частоты сохранится. Переключение режима времени измерения можно выполнять без остановки измерения.

Частотомер Э8004

Предназначен для измерения частоты в цепях переменного тока.

Основным конструктивным узлом прибора является измерительный механизм, состоящий из подвижной системы, магнитопровода, блока. Прибор имеет наружный экран для уменьшения влияния внешних магнитных полей.

Частотомер FC-8037

Артикул производителя: 10002003654

· Диапазон измерения частоты:

· - вход A, B: 0.1 Гц до 100 МГц

· - вход C: 80 МГц до 3.7 ГГц

· 9 разрядный дисплей с высоким разрешением (1 нГц/ 1 пс)

· Измерение периода, частоты, числа оборотов в минуту

· Высокая стабильность частоты термостабильного опорного кварцевого генератора: 1 ppm/год

· Встроенный ФНЧ (100 кГц, -3 dB) для точности измерений в НЧ-области

· Входной аттенюатор 10:1

· Режим связи входа AC/DC

· Интерфейс RS-232C

· Габариты: 270x240x90 (мм), вес 2.5 кг

Ч астотомер FC-8037

Частотомер с высокими техническими характеристиками обеспечивает быстрые и точные измерения частоты при приемлемой цене. Частотомер FC-8037 оптимизирован для применения в области высоких частот, с разрешением 9 разрядов в секунду, измеряет частоту, период и число оборотов в минуту. Частотомер управляется микропроцессором, чем достигается высокая точность измерений, и разрешающая способность при малом времени измерения.

· Регулировка уровня синхронизации

· Режим измерения временных интервалов

· Вход для подключения внешнего опорного генератора, 9-разрядный цифровой дисплей

· Аттенюатор

· Автопроверка

· Измерение периода повторения сигналов

· Подсчет общего количества импульсов

· Фильтр низких частот

· Линейный фильтр

Т ехнические характеристики частотомера FC-8037

характеристика частотомера FC-8037	значение
Диапазон измерения частоты: вход A, B	0.1 Гц до 100 МГц
Диапазон измерения частоты: вход C	80 МГц до 3.7 ГГц
	9 разрядный с высоким разрешением (1 нГц/ 1 пс)
Встроенный ФНЧ для точности измерений в НЧ-области	100 кГц, -3 dB
Входной аттенюатор
Режим связи входа
Интерфейс
Функция фиксации текущего показания
Высокая чувствительность для внешнего опорного генератора
Обратный метод для высокого разрешения при низких частотах
Режим самодиагностики
Габариты	270x240x90 (мм), вес 2.5 кг

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Цифровой частотомер с программным управлением, его применение, принцип действия и технические характеристики. Функционирование основных блоков цифрового частотомера. Описание и расчёт основных элементов схемы электрической принципиальной частотомера.

курсовая работа , добавлен 27.02.2009


Построение структурной, функциональной и принципиальной схемы цифрового частотомера. Измерение частоты электрических колебаний от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В с ведением счета числа импульсов входного сигнала. Выбор элементной базы.

курсовая работа , добавлен 26.01.2015


Методы и средства определения частоты электрических сигналов. Временное и спектральное представление. Сигналы электросвязи. Ширина полосы частот сигнала. Конструкция передающей трубки. Графики, иллюстрирующие работу устройства цифрового частотомера.

контрольная работа , добавлен 10.01.2014


Принцип работы цифрового частотомера, собранного на отечественном микроконтроллере КР1878ВЕ1. Входная формирующая цепь. Внешний генератор тактовых импульсов и устройство индикации. Стабилизатор напряжения питания для входной цепи и устройства индикации.

курсовая работа , добавлен 23.08.2011


Разработка пространственной конструкции и компоновка декодера. Аналитическое обоснование конструктивных решений. Разработка технологии изготовления модуля частотомера и печатной платы в САПР. Расчет технико-экономических показателей поточной линии сборки.

курсовая работа , добавлен 09.06.2010


Проектирование электронного устройства в состав, которого входит электронный усилитель электрического тока, устройство усиления частоты усиливаемого им сигнала. Расчет входной, выходной и промежуточной частей усилителя, электронно-счётного частотомера.

контрольная работа , добавлен 28.12.2014


Моделирование генератора с кварцевым резонатором, оценка его добротности и стабильности. Разработка электронно-счетного частотомера; расчет параметров его структурных компонентов (мультивибратора, индикатора, триггера). Конструирование блока питания.

курсовая работа , добавлен 27.04.2011


Высокочастотные амперметры, виды разверток и синхронизация в универсальном электронно-лучевом осциллографе. Электронно-счетный частотомер при измерении частоты СВЧ сигналов. Аналоговые измерители спектральной плотности мощности случайного сигнала.

контрольная работа , добавлен 27.01.2010


Рассмотрение конструкции реостатного измерительного преобразователя и принципа его работы. Изучение структурной схемы преобразования аналогового сигнала с измерительного регулятора в цифровую форму. Исследование принципа работы параллельного АЦП.

контрольная работа , добавлен 15.01.2012


Рассмотрение устройства, принципа действия и погрешностей импульсных и селективных вольтметров, универсальных электролучевых осциллографов, серийных цифровых частотомеров, измерителей индуктивности, емкости и корреляционной функции случайного сигнала.

T t или частотой fзап = 1/T.

Измеряемый сигнал (допустим синусоидальной формы, рис. 4.3, а ) подается на вход А и через регулируемый аттенюатор АT поступает на вход формирователя Ф а . На его выходе образуется последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной измеряемой частоте fx.

Эта последовательность импульсов поступает на один из входов временного селектора ВС. На другой его вход через блок автоматики БА поступает последовательность прямоугольных управляющих импульсов, длительность которых определяет счетный интервал времени Tсч.

Эти импульсы формируются из напряжения опорного кварцевого генератора КГ путем деления его частоты в делителе частоты ДЧ (рис. 4.3, г). При коэффициенте деления n значение счетного интервала

Прошедшие за время счета через временной селектор N отсчитываются счетчиком импульсов Сч . В блоке индикации БИ определяется измеряемая частота

,

и полученное значение отображается на блоке индикации.

15. Принцип работы электронного частотомера при измерении периода

В основу метода дискретного счета заложено определение (подсчет) числа циклов периодического сигнала в течение некоторого счетного устанавливаемого интервала времени. Этот метод позволяет решить и обратную задачу, т. е. измерение временных интервалов путем определения числа специально сформированных счетных импульсов на измеряемом интервале времени.

Допустим, имеется интервал времени T , последовательность коротких импульсов с периодом следования t или частотой fзап = 1/T

Эти импульсы называют заполняющими, а частоту – частотой заполнения fзап. Число импульсов, попавших во временной интервал, равно N.

Соответствие между этими параметрами можно записать в виде выражения:

Сигнал со входа Б через аттенюатор А Т подается на формирователь Ф Б , где формируется последовательность импульсов где формируется последовательность импульсов с периодом, равным измеряемому периоду Tx , а на выходе блока автоматики БА – управляющий импульс длительностью Tx. При этом переключатель на входе БА находится в положении ТБ.

Путем умножения или деления частоты опорного кварцевого генератора КГ в базе времени БВ образуется последовательность коротких счетных импульсов с периодом . Эти импульсы также называют метками времени с периодом (частотой ).

Прошедшие за время счета через временной селектор N счетных импульсовпересчитываются в значение измеряемого периода , и результат отображается в отсчетном устройстве. Значение периода счетных импульсов (меток времени) может устанавливаться соответствующим дискретным переключателем.

Если переключатель на входе блока автоматики установить в положение Т Б 10, то в процессе измерения периода может осуществляться
усреднение серии измеренных его значений, что достигается путем дополнительного деления частоты измеряемого сигнала (или соответственно умножения измеряемого периода) в k раз. Тогда при отсчитанном числе счетных импульсов N и периоде t сч значение измеряемого периода будет.

16. Общие сведения о приборах для исследования формы, спектра нелинейных искажений сигнала

Осциллограф - это электронное устройство, имеющее канал y - вертикального отклонения, канал x – (ось времени) горизонтального отклонения и вспомогательный канал z - канал подсветки луча.

Анализатор спектра (АС) – это чувствительный селективный прибор, предназначенный для определения частотных составляющих сигнала т.е. спектра амплитуд.

Измеритель модуляции - измерительный прибор, предназначенный для определения характеристик модулированного радиосигнала - коэффициента амплитудной модуляции и (или)девиации частоты.

17. Структурная схема универсального осциллографа

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) определяет принцип действия прибора, и от ее характеристик в значительной мере зависят параметры и возможности применения осциллографа в целом. В осциллографах используют главным образом ЭЛТ с электростатическим управлением лучом.

Принцип отображения формы напряжения на экране осциллографической трубки в общих чертах можно представить следующим образом.

Исследуемое напряжение является функцией времени, отображаемой в прямоугольных координатах графиком u = f (t ). Две пары пластин ЭЛТ отклоняют электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях, которые можно рассматривать как координатные оси. Поэтому для наблюдения на экране ЭЛТ исследуемого напряжения необходимо, чтобы луч отклонялся по горизонтальной оси пропорционально времени, а по вертикальной оси - пропорционально исследуемому напряжению (в каждый момент времени).

С этой целью к горизонтально отклоняющим пластинам подводят пилообразное напряжение, которое заставляет луч перемещаться по горизонтали с постоянной скоростью слева направо и быстро возвращаться обратно. Расстояние, проходимое лучом вдоль горизонтальной оси, получается пропорциональным времени.

Исследуемое напряжение подается на вертикально отклоняющие пластины, и, следовательно, положение луча в каждый момент времени однозначно соответствует значению исследуемого сигнала в этот момент. За время действия пилообразного напряжения луч вычерчивает кривую исследуемого сигнала. Наблюдаемое на экране изображение называют осциллограммой .

Канал вертикального отклонения Y , или канал сигнала, предназначен для передачи напряжения источника исследуемого сигнала на вход вертикально отклоняющих пластин ЭЛТ.

Канал горизонтального отклонения X , или канал развертки, служит для создания и передачи напряжения, вызывающего горизонтальное перемещение луча, преимущественно пропорционально времени.

Канал управления яркостью Z предназначен для передачи со входа Z на управляющий электрод ЭЛТ сигналов, модулирующих яркость свечения.

18. Назначение канала Y универсального осциллографа, основные параметры канала

Входное устройство (Аттенюатор) – масштабирует сигнал до уровня обозначенного в технических условиях, производит масштабирование сам оператор.

Предварительный усилитель(Эмиттерный повторитель) :

1. Усиливает сигнал

2. С приходом сигнала формирует синхроимпульс

3. Согласует Rвыхода с низкоомным входом линии задержки

Линия задержки задерживает сигнал до 140мкс, что обеспечивает получение на экране неискаженного сигнала.

Усилитель вертикального отклонения (УВО) который усиливает сигнал до установленной величины.

Канал Y служит для развертывания исследуемого сигнала по амплитуде (предназначен для передачи напряжения источника исследуемого сигнала на вход вертикально отклоняющих пластин ЭЛТ.)

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-СЧЕТНОГО ЧАСТОТОМЕРА

Цель работы: Изучить метрологические характеристики, принципы работы, структурную схему, источники погрешностей электронно-счетного частотомера. Научиться оценивать погрешности результатов измерения частоты, обусловленные погрешностями частотомера. Получить практические навыки работы с частотомером.

Используемые приборы: электронно-счетный частотомер (ЭСЧ) Ч3-34А, генератор низкочастотных сигналов Г3-109.

Краткие теоретические сведения

Измерение частоты, частотомеры. Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли. За последние 50 лет суммарная относительная погрешность первичных государственных эталонов на основе цезиевых реперов частоты уменьшилась с ± 1×10 -10 до ± 1,5×10 -15 , то есть точность возрастала на порядок за каждые 10 лет. Никакой другой вид измерений не имеет такого значительного прироста, ведь возрастание точности в 2–3 раза за 10 лет уже считается отличным показателем. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты” можно разделить на 3 сегмента:

рабочие средства измерения частоты с погрешностью не более ± 1×10 -7 ;

рабочие эталоны частоты с погрешностью не более ± 1×10 -12 ;

национальные и вторичные эталоны частоты с погрешностью менее ± 1×10 -13 .

Частотомер - измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Классификация частотомеров

По методу измерения- приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

По физическому смыслу измеряемой величины - для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

По исполнению (конструкции) - щитовые, переносные и стационарные.

По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений - электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а так же, отчасти, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры. В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту. Их назначение - настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов.

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q = CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср = Qf_x = CUfx. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%. Их назначение - настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое - через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие на других принципах. Применяются для контроля сети электропитания.

Электронно-счетные частотомеры

Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

Принципы измерения частоты

Среди цифровых приборов частотно-временной группы электронно-счетные частотомеры (в дальнейшем цифровые частотомеры - ЦЧ) являются наиболее распространенными, что объясняется, их универсальностью, высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

В основу построения ЦЧ положены общие принципы, позволяющие реализовать ряд режимов работы прибора для измерения нескольких величин. Функционально полные ЦЧ позволяют измерять следующие величины: частоту, период, отношение двух частот (иногда выраженное в процентах), длительность импульса или интервала времени, задаваемого пользователем; предусматриваются также режим счета событий (импульсов) и использование ЦЧ как источника сигналов с известными (калиброванными) частотами. Режимы работы задаются и выбираются положением ряда переключателей (механических или электронных) и других органов управления. В более простых вариантах исполнения ЦЧ используются для измерения меньшего числа величин (например, одной или двух).

В любом режиме часть структуры ЦЧ остается неизменной и в ней происходит счет числа импульсов
, пропорционального измеряемой величине. Эти импульсы проходят через электронный ключ ЭК, находящийся в замкнутом состоянии, на счетчик импульсов СИ. Код числа, образующийся в СИ, поступает на цифровое отсчетное устройство ЦОУ. В состав ЦОУ входит многодекадный цифровой индикатор с перемещающейся, запятой и, как правило, индикатор с обозначением единиц измерения.

Время замкнутого состояния ЭК, называемое временем счета Т СЧ, определяется родом измеряемой величины, а его конкретное значение рядом соображений, о которых будет сказано ниже.

Структурная схема ЦЧ в этом режиме работы приведена на рис.1а.

Напряжение измеряемой частоты f x (рис.1б ) подается на вход формирующего устройства (ФУ), назначение которого - формирование сигнала стандартной формы при достаточно произвольной форме входного сигнала. Обычно в состав ФУ входят усилитель-ограничитель, обеспечивающий заданную амплитуду своего выходного сигнала, и формирователь для обеспечения малой длительности фронта и среза импульсов на выходе ФУ. Частота этих импульсов равна частоте входного сигнала (рис. 1в). Эти импульсы проходят через ЭК на СИ в течение времени счета Т с , которое задается генератором опорной частоты ГОЧ и делителем частоты ДЧ. Частота ГОЧ стабилизирована кварцевым резонатором. Необходимое Т с выбирается переключателем ВРЕМЯ СЧЕТА. При каждом запуске прибора на выходе ДЧ появляется один импульс (рис. 1в), под действием которого замыкается ЭК.

Число импульсов N x , прошедшее на СИ, определяется приближенной формулой

а значение измеряемой частоты

Классификация

• По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).
• По физическому смыслу измеряемой величины - для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).
• По исполнению (конструкции) - щитовые, переносные и стационарные.
• По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений - электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы . Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.
  • В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а также отчасти конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.
  • В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

Электронно-счетные частотомеры

• Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.
• ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц - десятков гигагерц используются дополнительные блоки - делители частоты и переносчики частоты.
• Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.
• Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.
• НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов
• ПРИМЕРЫ: Ч3-33 , Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.

• НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов
• ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55

Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений , порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

• НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам
• ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10Гц до 1МГц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%.

• НАЗНАЧЕНИЕ: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры
• ПРИМЕРЫ: Ф5043

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.

• НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
• ПРИМЕРЫ: В80, В87

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр , на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое - через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие по другим принципам.

• НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
• ПРИМЕРЫ: Д416, Э353, Ц1736, М800, С 300 М1-1

Наименования и обозначения

• Устаревшие наименования
  • Волномер - для резонансных и гетеродинных частотомеров
  • Герцметр - для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров
• Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)
  • В хх - вибрационные частотомеры
  • Д хх - приборы электродинамической системы
  • Э хх - приборы электромагнитной системы
  • М хх - приборы магнитоэлектрической системы
  • Ц хх - приборы выпрямительной системы
  • Ф хх, Щ хх - приборы электронной системы
  • Н хх - самопишущие приборы
• Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094
  • Ч2- хх - резонансные частотомеры
  • Ч3- хх, РЧ3- хх - Электронно-счетные частотомеры
  • Ч4- хх - гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

Основные нормируемые характеристики частотомеров

• Диапазон измеряемых частот
• Допустимая погрешность измерения (для эл.-изм. - класс точности)
• Для ЭСЧ - нестабильность частоты кварцевого генератора

Литература

• Справочник по электроизмерительным приборам ; Под ред. К. К. Илюнина - Л.: Энергоатомиздат,
• Справочник по радиоизмерительным приборам : В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова - М.: Сов. радио,

Нормативно-техническая документация

• ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения
• ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам
• ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия
• ГОСТ 22335-85 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний
• ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия
• ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки
• ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки
• ОСТ 11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры
• МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки

Частотомер представляет собой специализированный измерительный прибор, созданный для определения частоты, то есть периода колебаний электросигнала. Частота – один из основных показателей тока. Она определяет число колебаний за определенный временной цикл. Измеряется частота в герцах, она обратно пропорциональна периоду колебаний. Элементы оборудования, работающие на электрическом токе, должны работать на токах определенной частоты. Именно поэтому так важны устройства для определения частоты протекающего тока.

Зная частоту, можно своевременно настроить, обслужить, диагностировать и выполнить регулировку оборудования разнообразного назначения, осуществить контроль протекания технологических процессов. Приборы для измерения частоты могут иметь разное конструктивное исполнение, что определяется их назначением и особенностями работы. Подобные приборы требуются во многих областях науки и промышленности. Особенное значение приборы для измерения частоты имеют в телекоммуникационной, радиоэлектронной и электротехнической деятельности.

Виды

Частотомер, исходя из метода измерения, может быть двух типов:

1. Аналоговые, которые предназначены для оценки частоты.
2. Приборы сравнения, к которым относятся резонансные, гетеродинные, электронно-счетные устройства и так далее.

Аналоговые устройства предназначены в основном для определения колебаний синусоидального характера. Приборы сравнения применяются для измерения дискретных частот, гармонических параметров и так далее. Подобные устройства используются в большей части случаев для измерения частоты гармонического характера, находящихся в диапазоне 20-2500 Герц. Однако они имеют ограниченность использования, что вызвано невысокой точностью и высокой потребляемой мощностью.

В зависимости от типа конструктивного исполнения устройства бывают стационарными, переносными, либо щитовыми. Конкретный тип конструкции определяется областью применения устройства.

Больше всего распространены устройства прямого отсчета, то есть цифровые устройства. Они позволяют с удобством и высокой точностью измерять необходимые параметры частоты. Главная их особенность в том, что они подсчитывают число импульсов, поступающих от входного формирователя за конкретный период времени. Данный прибор способен измерить не только частоту, но также периоды времени и число импульсов.

Цифровые устройства позволяют выполнять с большой точностью исследования частот импульсного и гармонического характера в пределах 10 Гц – 50 ГГц. Подобные приборы в основном применяются для измерения частот, временных параметров.

По принципу действия подобный частотомер можно классифицировать на 4 группы:

1. Устройства средних значений, которые являются наиболее распространенными. При помощи этих устройств можно измерять среднее значение частоты за определенное время. Пределы измеряемых частот составляют от 10 герц до 100 мегагерц. При использовании специальных преобразователей данный предел можно расширить до 1000 мегагерц.
2. Устройства мгновенных значений. При помощи них можно узнать частоту в узком диапазоне. Подобные приборы чаще всего применяют для измерения инфранизких и низких частот.
3. Устройства номинальных значений применяются с целью исследования изменений частот в узких пределах. Процентные устройства измеряют частоту в относительных единицах.
4. Следящие устройства лучше всего подходят для измерения средних частот. Они измеряют частоту непрерывно. Если говорить прямо, то все электронные, а также электромеханические устройства являются следящими. К их преимуществам можно отнести возможность создания отчетов в каждый момент времени. К следящим устройствам также относятся и многие цифровые приборы.

В отдельную категорию можно выделить устройства, которые расширяют функционал следящих устройств. Это могут быть сервисные или универсальные приборы. Сервисные устройства имеют малые габариты, так как в них применяются интегральные схемы. Чаще всего они применяются в качестве автономных устройств, переносных, а также встроенных агрегатов в структуре автоматизированных систем. Их можно использовать для измерения разных величин.

Универсальные аппараты в большинстве случаев многофункциональны. Они имеют конструкцию, которая позволяет задействовать сменные блоки. Благодаря этому можно существенно повысить их функциональность. Специализированные устройства заточены под конкретные параметры измерений, поэтому в большей части случаев у них более простая конструкция.

Устройство

Частотомер может иметь разное конструктивное исполнение. К примеру, электронно-счетное устройство выделяется блочно-модульным исполнением. Его базу составляет кроссплата, где монтируются модульные платы. От них выходят проводники на управляющие и индикаторные элементы, в том числе входящие и выходящие разъемы. Лампы и индикаторы находятся в модуле, которой расположен за панелью. Индикация осуществляется динамически.

В отдельной кассете находится блок питания и генератор. Имеется возможность подключить внешний генератор. Для защиты от перегрева используется термостат. Вычисление осуществляется с помощью декад и делителей. Кроме того, в состав устройства входят умножитель, узел сброса и самонастройки, автоматический блок и входной формирователь. В качестве элементной базы для этих элементов используются транзисторы. Подобные устройства уже считаются устаревшими, но все равно иногда применяются.

Самый простой частотомерпроизводится на базе микросхем. В качестве входного элемента используется триггер Шмидта, трансформирующий напряжение синусоидального характера в импульсы одинаковой частоты. Чтобы триггер нормально работал, требуется конкретная амплитуда входного сигнала. Важно, чтобы она не была выше заданной величины. Чтобы повысить чувствительность, в устройстве может применяться дополнительный усилитель входящего сигнала. К примеру, для этого может быть использован полупроводниковый транзистор малой мощности либо аналоговая микросхема.

Когда колебания проходят через конденсатор, происходит усиление его показателей посредством второго конденсатора. После этого колебания направляются на вход триггера. Следующий конденсатор убирает обратную связь. Чтобы пользователь мог увидеть показатели частоты, используются стрелочные приспособления, а также подсвечиваемая шкала.

Принцип действия

Частотомерпозволяет определить частоту тока в элементе какого-нибудь оборудования. Например, Вам надо получить схему, которая состоит из 2-х блоков: передатчика и приемника. До готовности передатчика можно задействовать генератор сигналов. Большинство генераторов способно обеспечить создание сигналов с разными параметрами.

Чтобы точно определить частоту сигнала необходимо подключить генератор к входу устройства для измерения частоты. У ряда генераторов имеются встроенные модули, предназначенные для определения частоты. Цифровой частотомер использует счетно-импульсный принцип, благодаря которому счетный блок подсчитывает число импульсов, поступающих на вход за конкретный период времени. То есть устройство осуществляет подсчет числа импульсов, период времени определяется с помощью опорных частот.

На входе устройства измеряемое колебание усиливается, превращаясь в последовательность усиленных импульсов с такой же частотой, которую и необходимо измерить. В то же время кварцевый генератор создает последовательность эталонных импульсов, которые приводят к старту схемы управления. В качестве нее выступает стробирующая схема. Она задает стандартное время измерений, за которое подаются колебания на вход. Счетчик устройства подсчитывает импульсы за данный период времени. Их количество выводится на цифровом индикаторе. В случае необходимости нового измерения имеется кнопка, которая направляет сигнал на схему сброса. Она ставит счетчик в нулевое положение.

Применение

Универсальный частотомер в большинстве случаев используется для автоматизированного определения частоты, непрерывности сигналов, времени, пика напряжения, которое является входящим. Также устройство применяется с целью исследования времени прохождения импульсов, времени, фазового сдвига между сигналов, исследования отношений частотных характеристик, подсчитывания количества импульсов.

Частотомер в большей части случаев используется с целью настраивания, испытания и калибрующих работ в разнообразных устройствах. К примеру, это могут быть преобразователи, генераторы, фильтрующие устройства. Частотомеры часто применяют для настраивания оборудования связи и так далее. Они довольно часто применяются в связном деле, измерительной технике, навигации, локации, ядерной физике, электронике, а также при создании, изготовлении и эксплуатации радиоэлектронных устройств.