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
Частотомер — цифровая шкала. Схема и инструкция по монтажу
Рассматриваемое устройство выполняет функции:
- частотомера с выводом измеренного значения частоты в герцах (до 8 разрядов);
- цифровой шкалы с АПЧ генератора плавного диапазона (ГПД) для радиолюбительского трансивера;
- электронных часов.
Основу устройства составляет программируемый контроллер PIC16F84 фирмы Microchip. Быстродействие и широкие функциональные возможности этого контроллера позволяют подавать сигнал частотой до 50 МГц прямо на его счетный вход, то есть можно обойтись без предварительного делителя, обычно применяемого в устройствах подобного типа.
Основные характеристики цифрового частотомера
- Диапазон измеряемых частот — 0–50 МГц.
- Диапазон программируемых значений ПЧ — 0–16 МГц.
- Минимальный уровень входного сигнала — 200 мВ.
- Время измерения частоты — 1 с.
- Погрешность измерения — ±1 Гц.
- Напряжение питания — 5±0,5 В.
- Ток потребления устройства — не более 30 мА.
Наличие электрически перепрограммируемой памяти данных внутри PIC16F84 позволило без специального оборудования перепрограммировать значение промежуточной частоты (ПЧ). Это дает возможность оперативно встраивать цифровую шкалу в трансивер с любым (0–16 МГц) значением промежуточной частоты.
Смотрите схему измерителя емкости конденсаторов
В качестве устройства индикации применен модуль ЖКИ от телефонных аппаратов типа Panaphone. Ввод информации в модуль осуществляется по двум линиям в последовательном коде. Полезной оказалась встроенная функция электронных часов. Малый ток потребления обуславливает малые помехи радиоприемной аппаратуре, в которую может встраиваться данное устройство.
Цифровой частотомер — схема и её описание, необходимые комплектующие
Список необходимых радиоэлементов:
- Микросхема (DD1) — КР1554ЛА3.
- МК PIC 8-бит (DD2) — PIC16F84A.
- 2 биполярных транзистора (VT1, VT2) — КТ368А и КТ315Б.
- 6 диодов (VD1–VD6) — КД521Б.
- 3 конденсатора (С1, С2, С6) — 0.1 мкФ, 0.033 мкФ, 68 пФ.
- Электролитический конденсатор (С3, С4, С7) — 6.8 мкФ и 2х100 мкФ.
- Подстроечный конденсатор (С5) — 68 пФ.
- 14 резисторов — R1 (330 Ом); R2 (47 кОм); R3, R4, R6, R8–R11 (7х15 кОм); R5, R12–R14 (4х5.1 кОм); R7 (430 Ом).
- Кварцевый резонатор (ZQ1) — 4 МГц.
- LCD-дисплей (HG1) — КО-4В, от телефонного аппарата.
- 3 тактовых кнопки S1, S2, WR_IF.
- Кнопка на размыкание НК.
- Батарея питания — 1.5 В.
- Блок питания — 5В.
На транзисторе VT1 и микросхеме DD1 выполнен формирователь входного сигнала. Микросхема DD2 выполняет функции контроллера частотомера, цифровой шкалы с АПЧ, управления модулем ЖКИ, а также позволяет оперативно изменять режим работы устройства.
Если на выводе 1 микросхемы DD2 присутствует уровень логической «1», то прибор выполняет функцию частотомера, если уровень логического «0» — цифровой шкалы. В режиме цифровой шкалы на индикатор выводится значение частоты входного сигнала равное Рвх+Р„ч при наличии уровня логической «1» на выводе 2 микросхемы DD2; или Fвх-Fпч — при уровне логического «0» на выводе 2 DD2.
Смотрите, как сделать щуп для осциллографа
Для записи необходимого значения Fпч надо в режиме частотомера подать на вход устройства сигнал с частотой Fпч (сигнал опорного генератора или телеграфного гетеродина, настроенных на центральную частоту полосы пропускания фильтра ПЧ), а на вывод 8 микросхемы DD2 на время 1,5–2 с подать уровень логического «0». Значение Fпч сохраняется в памяти при отключении питания и может неоднократно (не менее 106 раз) перепрограммироваться приведенным выше способом.
Система АПЧ ГПД работает следующим образом. После измерения частоты входного сигнала производится анализ числа равного сотням герц и, если оно четное, на вывод 8 микросхемы DD2 выдается уровень логического «0». Если нечетное, на вывод 8 микросхемы DD2 выдается уровень логической «1». Эти логические сигналы, предварительно проинтегрировав, можно использовать для управления емкостью варикапа в контуре ГПД. В результате осуществляется стабилизация частоты возле четных значений сотен герц с точностью ±10 Гц.
В режиме цифровой шкалы можно осуществить гашение десятков и единиц герц, если установить уровень логического «0» на выводе 9 микросхемы DD2.
Для перевода устройства в режим электронных часов необходимо нажать кнопку «НК». Для корректировки часов и минут служат кнопки «S1» и «S2».
Печатная плата частотомера:
Скачать прошивку и исходный код можно ниже:
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
Конструкция мультиметра
Тестер со встроенным частотомером — отличное приспособление для измерений, но существует ряд альтернативных методов, изучить которые можно ознакомившись со строением прибора.
Основной состав данного аппарата включает в себя функции амперметра, омметра и вольтметра. Используют такое приспособление при замерах постоянного и переменного напряжения, а также сопротивления.
Наиболее распространенной моделью данного прибора является цифровая, поскольку она, в отличии от аналоговой, позволяет произвести более точные замеры. Классическая конструкция включает в себя:
- Индикатор. Он расположен в верхней части аппарата и служит экраном, на котором отображаются данные проверки.
- Переключатель. Позволяет выбирать пределы показателей и величины. Вокруг переключателя нанесена шкала, которая в большинстве современных аппаратов имеет пять диапазонов. Первое значение указывает на 200 Ом. Если установить переключатель на эту шкалу, то измерить сопротивление больше данного показателя не будет возможности. Также шкала включает в себя показатели переключения между постоянным и переменным током, и значок прозвонки.
Гнезда для щупов. Позволяют подключить к тестеру измеряемый прибор. В большинстве моделей в нижней части размещено три разъема. Для тех же, кто интересуется тем, как замерить частоту мультиметром, необходимо обратить внимание на модели со специальными функциями. Помимо данного показателя, померить тестером можно индуктивность, температуру, электрическую емкость. Наличие дополнительных функций существенно влияет на стоимость, потому не каждый может позволить себе приобрести для применения в быту такое приспособление. Отличным решением может стать приставка к мультиметру. Она позволяет при помощи аппарата со стандартным набором функций измерить нужный показатель.
Приборы для измерения сопротивления
Для измерения активного сопротивления электрических машин широко применяются мосты постоянного тока.
Одинарные мосты постоянного тока
Одинарными мостами постоянного тока принято называть четырехплечие мосты с питанием от источника постоянного тока. Известен ряд конструкций этих приборов с различными характеристиками. Погрешность моста зависит от пределов измерения.
При измерении малых сопротивлений на результат измерения значительное влияние оказывают сопротивления контактов и соединительных проводов, суммируемые с измеряемым сопротивлением. Для уменьшения этого влияния используют специальное четырехзажимное присоединение. В настоящее время выпускается одинарный мост типа Р369 (МО-4), обеспечивающий измерение сопротивления от 10+4 до 1,11111 · 10+10 Ом на постоянном токе при четырехзажимном подключении, с классами точности от 1,0 до 0,005 в зависимости от выбранного диапазона измерений и диапазоном рабочих температур 10—35 °С. Мост имеет автономную поверку.
Двойные мосты для измерения малых сопротивлений
С целью расширения пределов измерения в промышленных приборах двойные мосты совмещаются с одинарными, обеспечивая широкие пределы измерений. Выпускаемый промышленностью одинарно-двойной мост типа Р3009 предназначен для измерения электрического сопротивления в пределах от 10-8 до 1,11111 · 10+10 Ом на постоянном токе, с классом точности для одинарного моста 0,02, а для двойного моста от 0,01 до 2,0 в зависимости от схемы измерения и диапазоном рабочих температур 10—35 °С.
Таблица 1.5
Для измерения индуктивности обмоток ЭМ применяются мосты переменного тока. В большинстве случаев мосты переменного тока делаются универсальными, т. е. позволяют кроме индуктивности измерять емкость, добротность катушек индуктивности, тангенс угла диэлектрических потерь и сопротивление. К таким приборам, например, относится мост переменного тока типа Р571, имеющий класс точности 0,1. Основные технические характеристики моста при измерении индуктивности приведены в табл. 1.5. Остальные характеристики при измерениях по другим параметрам, а также технические данные аналогичных приборов приводятся в справочной литературе. Для измерения сопротивления изоляции выпускаются мегаомметры типов М4100/1—М4100/5. Приборы предназначены для измерения изоляции электрических цепей, не находящихся под напряжением. Класс точности приборов 1. Диапазоны измерения от 0 до 1000 МОм. Выходное напряжение в соответствии с индексами типов приборов 1, 2, . . ., 5 составляет 100, 250, 500, 1000 и 2500 В. Питание приборов типа М4100 осуществляется от встроенного генератора с ручным приводом.
Это интересно: Сварка проводов в распределительной коробке своими руками: рассказываем по порядку
Осциллографические методы измерения частоты
Частота может измеряться как величина, обратная периоду сигнала
Осциллографический метод (метод фигур Лиссажу)
Сигналы измеряемой частоты fx и образцовой частоты f0 подаются на каналы У и Х соответственно. Изменением образцовой частоты добиваются появления на экране неподвижной фигуры.
Для определения fx проводят горизонтальную и вертикальную касательные к фигуре и подсчитывают число касаний n с горизонталью и вертикалью. Соотношение частот определяется как отношение количества касаний с вертикалью к количеству касаний с горизонталью f0/fx=nB/nг.
Осциллографические методы относятся к лабораторным методам измерения частоты.
Их погрешность составляет 1,5-2,0 %.
Электронно-счётные 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 расширяет 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, Ч3-63, Ч3-64, Ч3-67, Ч3-84
Использование прибора
Для измерения достаточно только подать сигнал на вход (аналоговый, либо цифровой, либо установить кварц) и выбрать энкодером режим.
В верхней строке экрана отображается результат измерения, в нижней — название режима.
| Режим | Измеряемая величина | Метод | Формат отображения |
|---|---|---|---|
| 1.Frequency (16) | Частота | Подсчёт с предделителем на 16 | F=99,999,999 Hz |
| 2.Frequency | Частота | Подсчёт без предделителем | f=9,999,999 Hz |
| 3.Time HL, f | Частота | Длительность периода | v= 9,999.999 Hz |
| 4.Time HL, rpm | Изменений в минуту | Длительность периода | u= 9,999,999 rpm |
| 5.Time HL, us | Длительность периода следования | Длительность периода | t=99,999,999 us |
| 6.Time H | Длительность «высокой» части периода | Длительность периода | h=99,999,999 us |
| 7.Time L | Длительность «низкой» части периода | Длительность периода | l=99,999,999 us |
| 8.PW ratio H | Доля «высокой» части периода | Длительность периода | P=100.0% |
| 9.PW ratio L | Доля «низкой» части периода | Длительность периода | p=100,0% |
В режиме тестера кварцев прибор успешно работал с разными резонаторами от 4 МГц до 27МГц.
С часовыми кварцами генератор, увы, совсем не запускается, для них придётся делать отдельную приблуду.
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 15094Ч2- хх — резонансные частотомеры
Ч3- хх,РЧ3- хх — Электронно-счетные частотомеры
Ч4- хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры
Исходный код программы
Плата Arduino Uno имеет специальную функцию pulseIn, с помощью которой можно измерить длительности положительной и отрицательной части прямоугольной волны.
Данная функция измеряет время наличия сигнала высокого (High) или низкого (Low) уровня на контакте PIN8 платы Arduino Uno. Таким образом, для одного периода (цикла) волны мы определим продолжительности этих состояний в микросекундах. Сложив эти две длительности (Htime + Ltime) мы получим длительность периода волны, инвертировав эту величину мы получим значение частоты.
Далее представлен полный текст программы.
Arduino
#include <LiquidCrystal.h> // подключаем библиотеку для работы с ЖК дисплеем
LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);
int Htime; // переменная целого типа для хранения длительности высокого уровня
int Ltime; // переменная целого типа для хранения длительности низкого уровня
float Ttime; // переменная для хранения длительности периода
float frequency; // переменная для хранения значения частоты
void setup()
{
pinMode(8,INPUT); // контакт 8 конфигурируем на ввод данных
lcd.begin(16, 2);
}
void loop()
{
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(«Frequency of signal»);
Htime=pulseIn(8,HIGH); // считываем длительность высокого уровня
Ltime=pulseIn(8,LOW); // считываем длительность низкого уровня
Ttime = Htime+Ltime;
frequency=1000000/Ttime; // вычисляем значение частоты учитывая что время у нас в микросекундах
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(frequency);
lcd.print(» Hz»);
delay(500);
}
|
1 |
#include <LiquidCrystal.h> // подключаем библиотеку для работы с ЖК дисплеем LiquidCrystallcd(2,3,4,5,6,7); intHtime;// переменная целого типа для хранения длительности высокого уровня intLtime;// переменная целого типа для хранения длительности низкого уровня floatTtime;// переменная для хранения длительности периода floatfrequency;// переменная для хранения значения частоты voidsetup() { pinMode(8,INPUT);// контакт 8 конфигурируем на ввод данных lcd.begin(16,2); } voidloop() { lcd.clear(); lcd.setCursor(,); lcd.print(«Frequency of signal»); Htime=pulseIn(8,HIGH);// считываем длительность высокого уровня Ltime=pulseIn(8,LOW);// считываем длительность низкого уровня Ttime=Htime+Ltime; frequency=1000000Ttime;// вычисляем значение частоты учитывая что время у нас в микросекундах lcd.setCursor(,1); lcd.print(frequency); lcd.print(» Hz»); delay(500); } |
Классификация частотомеров
Частотомеры подразделяются в зависимости от следующих параметров:
По методу измерения:
- частотомеры непосредственной оценки (к примеру, аналоговые)
- частотомеры сравнения (гетеродинные, резонансные, электронно-счетные)
По физическому смыслу измеряемой величины,частотомеры предназначены:
- для измерения синусоидальных колебаний (аналоговые)
- измерения частот гармонических составляющих (резонансные, гетеродинные, вибрационные)
- для измерения дискретных событий (конденсаторные, электронно-счетные)
По области применения:
- электроизмерительные (частотомеры аналоговые стрелочные, резонансные, а также частично – частотомеры конденсаторные и электронно-счетные)
- радиоизмерительные (частотомеры гетеродинные, резонансные, конденсаторные, электронно-счетные)
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
Конденсаторные частотомеры, реализующие метод заряда и разряда образцового конденсатора, так же относятся к группе Ч4-. Принцип работы заключается в измерении тока конденсатора, переменно переключаемого с заряда на заряд с частотой измерений (рис.41).
Конденсатор С0 с помощью ключа (положение1) заряжается от источника GB через токоограничивающий резистор R до напряжения U1 и разряжается через магнитоэлектрический прибор (положение 2) до U2 .
рис 41
Следовательно, количество электричества подводимое к конденсатору и отдаваемое прибору за один такт переключения , где D
U=U1-U2 . Если частота переключений за 1 секунду равна fx , то , т.е. ток протекающий через прибор прямо пропорционален fx .
Частотомеры этого типа используются на частотах 10-106Гц и обеспечивают погрешность 2-3%. Для увеличения точности измерений в частотомеры встраиваются калибровочные генераторы образцовой частоты. В качестве примера можно привести частотомер Ч4-7.
Сборка
Сборка прибора не должна вызвать особых проблем и при отсутствии ошибок монтажа и исправных деталях частотомер должен заработать сразу. В противном
случае, надо покаскадно проверить прохождение сигнала от входа до микроконтроллера. Проще всего сделать это осциллографом.
На плате надо распаять только один из формирователей Analog-1 или Analog-2. Вообще, в использовании оригинального формирователя Analog-2 сейчас нет
никакого смысла (ну разве что отсутствие необходимых для Analog-1 деталей и потребности проверять кварцы).
Плата в сборе:
К сожалению, на изготовленных платах обнаружилось пара ошибок. Первая — в формирователе Analog-1 — вывод резистора R15 (470 Ом) висит в воздухе.
Исправить можно просверлив рядом отверстие и прокинув небольшую перемычку как показано на фото. Как вариант, можно кинуть провод через одно из
свободных отверстий чтобы не сверлить новые.
Вторая ошибка — пропущено соединение между выводом 5 микросхем 74hct132 и выводом 2 микросхемы 74hct93, для исправления надо кинуть проводок
как на фото:
Триггер Шмитта
Мы знаем, что не все тестовые сигналы являются прямоугольными. У нас есть сигналы треугольные, пилообразные, синусоидальные и так далее. Поскольку Arduino Uno может детектировать только прямоугольные сигналы, нам необходимо устройство, которое могло бы преобразовывать любые сигналы в прямоугольные. Поэтому мы используем триггер Шмитта. Триггер Шмитта представляет собой цифровой логический элемент, предназначенный для арифметических и логических операций.
Этот элемент обеспечивает выходной сигнал (OUTPUT) на основе уровня напряжения входного сигнала (INPUT). Триггер Шмитта имеет пороговый уровень напряжения (THERSHOLD): когда уровень входного сигнала выше порогового уровня элемента, уровень сигнала на выходе будет равен высокому логическому уровню. Если уровень входного сигнала ниже порога, на выходе будет низкий логический уровень. Обычно у нас нет отдельного триггера Шмитта, за ним всегда следует элемент НЕ.
Мы собираемся использовать микросхему 74LS14, которая содержит 6 триггеров Шмитта. Эти шесть элементов внутри подключены, как показано на рисунке ниже.
Микросхема 74LS14, содержащая шесть триггеров Шмитта. Распиновка
Таблица истинности инвертированного триггера Шмитта показана ниже, в соответствии с ней мы должны запрограммировать Arduino Uno для инвертирования положительных и отрицательных периодов времени на ее выводах.
\(Y = \bar{A}\) Таблица истинности
| Вход | Выход |
| A | Y |
| L | H |
| H | L |
- H – высокий логический уровень;
- L – низкий логический уровень.
Теперь, когда мы подадим сигнал любого типа на элемент триггера Шмитта, у нас на выходе будет прямоугольный сигнал с инвертированными временными периодами, и этот сигнал мы подадим на Arduino Uno.
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)
- Вхх — вибрационные частотомеры
- Дхх — приборы электродинамической системы
- Эхх — приборы электромагнитной системы
- Мхх — приборы магнитоэлектрической системы
- Цхх — приборы выпрямительной системы
- Фхх, Щхх — приборы электронной системы
- Нхх — 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
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
Схема
Исходная схема прибора была доработана следующим образом (схема кликабельна):
- Добавлен альтернативный входной формирователь (блок Analog-1), схема найдена на просторах интернета (к сожалению, не смог определить первоисточник).
Имеет вход для проверки кварцевых резонаторов (работает с кварцами от 1МГц до 40МГц). Исходный входной формирователь тоже сохранён (блок Analog-2) и
разведён на печатной плате, но распаять можно только один из этих формирователей. - Переменный резистор выбора режимов заменён на более долговечный энкодер
- Питается прибор от USB. На вход добавлены LC-фильтр помех и предохранитель
- RS232 и преобразователь MAX232 из схемы убраны, вместо них добавлен разъём для подключения преобразователя USB-UART для связи с ПК (если
захочется управлять прибором с ПК) - Вольтметр 0..5В из исходной схемы также убран, т.к., учитывая обилие дешёвых китайских мультиметров, смысла в нём не видится никакого.
Аналоговый входной сигнал поступает на усилитель, а затем на формирователь на основе триггер Шмитта 74HCT132. Далее, этот сигнал подаётся на вход
микроконтроллера непосредственно, либо через делитель на 16, выполненный на 74HCT93. Делитель этот управляется сигналом от пина PC5: высокий уровень на
пине отключает предделитель, низкий уровень, соответственно, включает деление на 16.
Микроконтроллер подключён по типовой схеме и тактируется от кварцевого резонатора 16 МГц. Кстати, о кварце — его качество (точность, термостабильность)
целиком определяет точность прибора. Т.е., возникает проблема добычи эталонного кварца (ну или точное измерение его частоты с последующим введением
поправки в вычислении). Но об этом чуть позже..
Я не стал разводить на плате разъём ISP-программатора, т.к. микросхема всё равно стоит на панели, а для обновления прошивки можно использовать
загрузчик. Неиспользуемые выводы микроконтроллера разведены так, что в будущем к ним можно было что-нибудь подключить. Например, джампер для
активации того же bootloader-а. Или термодатчик, чтобы в будущем учитывать температурное изменение частоты кварцевого резонатора. Или ещё что-нибудь.
Все выводы от miniUSB-разъёма также разведены на плате. Это сделано для того, чтобы можно было легко установить USB-UART-преобразователь внутри
прибора (если он будет нужен).
Измерения
|
|
|||||
|
В любительской практике может найти широкое применение относительно простой измеритель частоты НЧ колебаний, работающий в трех поддиапазонах частот: 0—1 кГц, 0—10 кГц, 0—100 кГц. Практически с помощью данного прибора, принципиальная схема которого приведена на рис. 93, можно измерять с достаточно высокой точностью частоты гармонических колебаний в диапазоне от 10 Гц до 100 кГц, т. е. практически во всем диапазоне частот, используемых при испытании, проверке и налаживании высококачественных электроакустических, электромузыкальных и цветоакустическнх установок. Для нормальной работы частотомера требуется входное напряжение от 0,4 В и более.
Частотомер работает следующим образом. Напряжение исследуемого сигнала подается на один из двух входов прибора: слабое— на Вход 1, сильное — на Вход 2. Далее сигнал усиливается до напряжения 5 В с помощью усилителя-ограничителя, собранного на транзисторах Т1 и Т2. Выходное напряжение с коллектора транзистора Т2 через один из конденсаторов C6—C9 и переключатель поддиапазонов В1 поступает на анод диода Д1 катод которого соединен с общим приводом питания. Конденсаторы С6—С9, через которые проходит выходной ток транзистора N2, периодически заряжаются через диод Д1 а разряжаются через последовательно соединенные диод Д2? резистор R12 и микроамперметр, зашунтированный резистором R13. При этом значение тока, протекающего через микроамперметр, прямо пропорционально произведению измеряемой частоты на емкость конденсатора, подключенного к коллектору транзистора Т2. Таким образом, увеличивая или уменьшая емкость этого конденсатора в 10 или 100 раз, можно во столько же раз менять частоты измерений. Для обеспечения требуемой точности измерений прибор содержит ряд регулировочных и калибровочных органов. С помощью переключателя В2 и резистора R10 калибруется шкала прибора. Для этого на Вход 1 подают постоянное напряжение 5 В в отрицательной полярности и добиваются полного отклонения стрелки микроамперметра, сначала подбирая сопротивление резистора R10 а затем вращая ползунок переменного резистора R13. Шкала частот измерителя при этом будет совпадать со шкалой микроамперметра. Перед проведением измерений контролируют правильность показаний прибора. Для этого на один из входов частотомера подается напряжение сигнала известной частоты, например 50 Гц от сети. Переключатель В1 при этом должен находиться в положении «0—100 Гц». Если стрелка микроамперметра остановится на цифре 50, можно продолжать измерения. В противном случае при помощи переменного резистора R11 добиваются правильного положения стрелки. Для изготовления описанного прибора можно использовать транзисторы МП41А и МП42Б, а также диоды Д9Б—Д9Е или Д18, Д20. Васильев В. А. Зарубежные радиолюбительские конструкции. М., «энергия», 1977.
|
|||||
|
|||||
|
|||||
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.
