Frecvometru

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Contorul de frecvență este un instrument pentru măsurarea frecvenței existente într-un circuit electric a cărui unitate de măsură este Hertz , al cărui simbol este Hz . Unitatea de măsură poartă acest nume în onoarea fizicianului german Heinrich Rudolph Hertz . Frecvența Contorul este, împreună cu ampermetru , voltmetru , wattmetru , varmeter , cosphimeter (sau phasometer) etc. un instrument pentru măsurarea mărimilor electrice .

Contor de frecvență cu afișaj tub nixie

Parametrii

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Instrumente de măsurare pentru mărimi electrice .

Ca și în cazul altor instrumente, parametrii fundamentali ai unui contor de frecvență sunt trei:

  • clasa de precizie (sau clasa),
  • domeniul de aplicare
  • rezolutia

Un alt parametru nu mai puțin important este tensiunea de izolație. Contorul de frecvență este un instrument care poate fi utilizat numai în circuitele electrice de curent alternativ. În circuitele de curent continuu nu are sens să vorbim despre frecvența semnalului, deoarece semnalele sunt constante.

Generalitate

Înainte de a începe să vorbim despre diferitele tipuri de contoare de frecvență, merită menționate câteva principii generale. Indicatoarele de frecvență sunt instrumente care trebuie conectate în șunt în raport cu linia noastră (trebuie introduse ca și cum ar fi un voltmetru). Prin urmare, pe instrument există întotdeauna valoarea debitului voltmetric al instrumentului în sine, care este tensiunea maximă de alimentare. Dacă circuitul implicat în măsurarea noastră este la tensiune scăzută (până la 1.000 v), folosim contorul de frecvență în inserție directă (adică direct introdus în circuitul nostru), dacă tensiunea de funcționare este mai mare, folosim instrumentul nostru în inserție indirectă (adică printr-un „ transformator de tensiune ”). Indicatoarele de frecvență sunt complet insensibile la tensiunea de alimentare, dar alimentarea unui contor de frecvență cu o tensiune mult mai mică decât cea prevăzută de producător scade sensibilitatea acestuia. Din acest motiv, contoarele de frecvență portabile au, în general, două sau trei domenii de tensiune diferite și acest lucru se obține prin introducerea / deconectarea rezistențelor suplimentare adecvate, printr-un comutator adecvat. Evident, pentru a măsura o frecvență, pe lângă utilizarea unui contor de frecvență, putem folosi câteva metode alternative. Cele mai utilizate sunt:

  • metode de comparație (comparăm frecvența noastră necunoscută cu o frecvență cunoscută).
  • metode indirecte cu reducere la zero (există metode speciale care trebuie utilizate pe circuitele de punte. Când într-o ramură specifică a curentului este setată la zero, atunci, prin calculele parametrilor și capacității inductanței, datează de la valoarea frecvență necunoscută. Vezi bridge Campbell ).
  • metode indirecte cu excursie maximă (sunt circuite simple. Prin variația unor parametri ai circuitului, cum ar fi inductanța și capacitatea, valoarea curentului care circulă prin acesta ajunge la maxim. În acest caz, prin calcule simple asupra parametrilor implicați, valoarea frecvenței necunoscute. Este posibilă calibrarea directă în Hertz pentru o citire directă a inductanței / capacității variabile a circuitului nostru.

Tipologie

Conform principiului lor de funcționare, există trei tipuri diferite de contoare de frecvență:

Contor de frecvență Reed

Aparatele de măsurat frecvența frunzelor sunt instrumente de rezonanță mecanică și oferă o indicație discontinuă (de exemplu, în trepte de Hertz sau un sfert de Hertz). Aceste contoare de frecvență fac parte din instrumentele electromagnetice și se bazează pe principiul vibrației libere a unui corp rigid. Fiecare corp rigid are propria sa frecvență de rezonanță și, dacă este stimulat cu impulsuri la o frecvență corespunzătoare, mișcarea sa oscilatorie este îmbunătățită. În cazul contorului de frecvență, fiecare lamă intră într-o oscilație vizibilă dacă semnalul de intrare are o frecvență corespunzătoare frecvenței sale rezonante.

Acestea fiind spuse, este ușor să ne construim contorul de frecvență: este suficient să fixăm lamele metalice pe un suport la un capăt (celălalt trebuie să fie liber să oscileze) și să transmită impulsurile produse de semnalul aplicat cu ajutorul unui electromagnet . Dacă există unele dintre lamele care intră în rezonanță, putem face o lectură directă. Cu cât frecvența necunoscută este mai apropiată de frecvența de rezonanță, cu atât lamelele vor avea oscilații largi, deci vom avea o lamelă care are oscilații foarte mari, iar la dreapta și la stânga vor exista lamele cu oscilații din ce în ce mai mici până la alte lamele sunt practic staționare.

Există două tipuri diferite de frecvențe ale frunzelor:

prima are lamele sincronizate la o frecvență dublă față de frecvențele măsurabile și impulsurile atractive sunt transmise la fiecare jumătate de perioadă;

al doilea tip are lamelele sincronizate la o frecvență egală cu cea a frecvențelor măsurabile și impulsurile atractive sunt transmise în fiecare perioadă. Acest al doilea tip de contor de frecvență, pentru a funcționa, are electromagnetul deja magnetizat în prealabil cu o magnetizare cel puțin egală (dacă nu mai mare) cu cea pe care semnalul de frecvență necunoscut o poate genera pe electromagnet.

Există trucuri constructive pentru a putea obține contoare de frecvență cu autoconsum redus, dar aceasta implică introducerea unor componente armonice care perturbă citirea instrumentului în sine. Pentru a sincroniza lamele instrumentului în avans la diferitele frecvențe, lamele în sine au o masă suplimentară mică și, variind distanța acestei mici mase suplimentare de-a lungul lamei, frecvența de rezonanță variază.

Indicator de frecvență index

Indicatoarele de frecvență analogice analogice sunt instrumente cu rezonanță electrică și oferă indicații continue fără întreruperea valorilor (ca pentru toate instrumentele index precum voltmetre, ampermetre etc.). Indicatoarele de frecvență sunt parte a familiei de instrumente electrodinamice (a se vedea Instrumentele de măsurare pentru mărimile electrice ) chiar dacă au unele diferențe. Mai precis, ele fac parte din familia instrumentelor ferodinamice astatice (adică fără arcuri antagoniste sau dispozitive similare). Acum voi descrie două tipuri de indicatoare de frecvență diferite (există multe soluții și tipuri de construcții).

A) În acest tip de indicator de frecvență index am un câmp magnetic generat de o bobină (echipajul fix) și echipajul mobil compus din două bobine identice încrucișate și fixate între ele și pe axa index. Aceste două bobine sunt scufundate în câmpul magnetic generat de bobina fixă. Bobina fixă ​​este alimentată de tensiunea circuitului. Una dintre cele două bobine mobile este în serie cu o capacitate care face circuitul capacitiv, cealaltă bobină mobilă este în serie cu o inductanță. Aceste două bobine sunt, de asemenea, alimentate de tensiunea circuitului. Se poate demonstra că un cuplu este generat pe echipajul mobil care determină deplasarea echipajului mobil. Poziția de echilibru astatic este o funcție a frecvenței tensiunii de alimentare.

B) Tot în acest al doilea tip de indicator de frecvență index am o bobină fixă ​​și două bobine mobile, dar cu unele diferențe. Bobina vocală este în serie cu o capacitate și o inductanță care au frecvența de rezonanță pe valoarea frecvenței pe care va trebui să o măsoare. Această bobină este alimentată de tensiunea circuitului. Cele două bobine în mișcare se confruntă unul cu celălalt și se fixează reciproc pe axa instrumentului. Una dintre cele două bobine este în serie cu o capacitate și este alimentată de tensiunea circuitului. Cealaltă bobină este închisă singură printr-o inductanță. Și aici se poate arăta că cuplul dispare pentru un unghi care depinde de frecvența circuitului.

În ambele două configurații am nevoie de un amortizor, pentru a evita oscilațiile enervante la indexul instrumentului.

Contor de frecvență digital

Un contor digital de frecvență modern

Contoarele de frecvență digitale sunt instrumente electronice și oferă o indicație discontinuă a valorii măsurate (ca la toate instrumentele digitale). Circuitul lor este parțial digital și parțial analog, acest al doilea tip este utilizat în principal în etapa de intrare, care este responsabilă pentru preluarea semnalului care urmează să fie măsurat. Acest tip de contoare de frecvență au avantaje mari față de celelalte, sunt foarte compacte, nu există nicio eroare de apreciere și au o rezoluție excelentă. Intervalul (domeniul de măsurare) al acestor instrumente este foarte extins. Principiul de funcționare este după cum urmează.
De obicei, utilizează un contor sincronizat cu un ceas intern (format dintr-un oscilator cu cuarț), care totalizează numărul de evenimente care apar într-un anumit interval de timp, de exemplu, în 1 secundă , după care valoarea contorului este afișată pe ecran și resetarea contorului pentru a putea efectua un nou număr. Dacă evenimentul a cărui frecvență urmează să fie măsurată se repetă cu o regularitate suficientă și dacă frecvența acestuia este semnificativ mai mică decât cea a semnalului de ceas (ceasul de referință intern), acuratețea măsurătorii poate fi mult îmbunătățită prin măsurarea timpului. a petrecut rulând un număr întreg de cicluri, mai degrabă decât măsurând numărul de cicluri finalizate într-o anumită perioadă de timp (această tehnică de măsurare este adesea denumită o tehnică reciprocă ). Circuitul care generează perioade precise de timp sub formă de impulsuri de tensiune, similar cu cel al osciloscopului , se numește bază de timp și constă din oscilator și contorul în sine. Deoarece sunt disponibile intervale de timp scurte și precise, acest tip de contor de frecvență poate fi folosit și ca cronometru, doar un circuit format din porți logice simple, la intrarea cărora există semnalul de ceas și cele două butoane de pornire și oprire, în timp ce ieșirea lor este conectată la contor; butoanele trimit sau întrerup semnalul ceasului la contor; dacă frecvența ceasului este de 1 MHz, este posibilă intervale de timp de ordinul microsecundelor. Evident, astfel de timpi scurți nu pot fi gestionați manual, de obicei senzorii sunt folosiți pentru a porni și opri evenimente foarte rapide, un exemplu poate fi măsurarea vitezei unui glonț la ieșirea unei arme de foc. Pentru a garanta acuratețea în timpul utilizării măsurătorilor efectuate, acest tip de instrument necesită o calibrare periodică periodică a circuitului oscilatorului; cea mai bună metodă constă în aducerea la bătăi , vizualizarea acestuia pe un osciloscop cu două canale, frecvența oscilatorului cu cea a oscilatorului eșantion.

Dacă cantitatea care trebuie măsurată este deja o cantitate electronică, este suficientă o interfață simplă cu instrumentul. Semnalele mai complexe, pe de altă parte, necesită adaptări pentru a putea fi măsurate. Majoritatea contoarelor de frecvență necesită prezența amplificatoarelor , filtrelor și adaptoarelor pentru a condiționa semnalul de intrare. Alte tipuri de evenimente periodice trebuie convertite în cantități electrice folosind un fel de traductor . De exemplu, un eveniment mecanic ar putea fi detectat prin întreruperea unui fascicul de lumină și numărarea ulterioară a impulsurilor de lumină astfel generate.

În prezent, pentru măsurarea frecvenței și analiza anomaliilor din rețeaua electrică, se utilizează instrumente electronice dedicate, capabile să detecteze, dincolo de frecvență, variații anormale, chiar rapide, ale sinusoidului , impulsurilor, „găurilor” momentane, toate înregistrate în memoria instrumentului și imprimabilă sub formă de grafic, inclusiv ora, minutul și secunda în care a avut loc evenimentul. De obicei, acest tip de instrument este utilizat în cazurile în care rețeaua electrică este suspectată de a provoca întreruperi aleatorii și ocazionale oricărui client.

Contoarele de frecvență utilizate în radiofrecvență (RF) sunt destul de frecvente și se bazează pe aceleași principii de funcționare ca cele la frecvență joasă și sunt echipate cu valori multiple la scară completă, care se adaptează automat la măsurarea efectuată, pentru a preveni revărsarea. Pentru frecvențe foarte mari, unele modele au un circuit suplimentar numit prescaler , cu funcția de a împărți frecvența de intrare la 10, astfel încât să o reducă la o valoare acceptabilă pentru funcționarea circuitelor digitale obișnuite. Evident, valoarea afișată pe afișaj ia în considerare această reducere, oferind întotdeauna măsurarea reală a frecvenței. Dacă frecvența este prea mare pentru a fi redusă cu prescalerul, un mixer și un oscilator local pot fi utilizate pentru a genera o frecvență măsurabilă.

Precizia unui contor de frecvență depinde în mare măsură de stabilitatea frecvenței oscilatorului bazei de timp utilizate.

Metoda adoptată pentru creșterea semnificativă a stabilității oscilatorului în timp constă în închiderea acestuia într-un recipient sigilat, definit ( TCXO ), oscilator cu cristal compensat de temperatură , adică oscilator cu cuarț controlat de temperatură. Adesea acest circuit este disponibil de la producător ca dispozitiv opțional în locul oscilatorului standard de bază mai puțin costisitor. Pentru a efectua măsurători și mai precise, în aceste instrumente este posibilă dezactivarea bazei de timp interne și preluarea unui semnal dintr-o bază de timp externă cu stabilitate ridicată, constând dintr-un oscilator cu vapori de cesiu rubidiu sau GPS , semnalul extern este preluat printr-un BNC sau conector N. Acolo unde nu este necesar să se cunoască frecvența cu un grad de precizie atât de ridicat, pot fi utilizate oscilatoare mai simple. De asemenea, este posibilă măsurarea frecvenței utilizând aceleași tehnici software utilizate în sistemele încorporate . UnCPU, de exemplu, poate fi utilizat pentru măsurători printr-o bază de timp de referință, adesea deja prezentă în circuit.

Podul Campbell

În diferitele așa-numite circuite de pod utilizate pentru măsurarea inductanței ( podul Anderson și podul Maxwell-Wien ) și a capacității ( podul De Sauty-Wien și podul Shering ), atunci când o anumită ramură este în echilibru (adică tensiunea dintre două din punctele sale specifice este nulă), apoi, utilizând formule foarte precise, se obține valoarea inductanței / capacității necunoscute, care este independentă de valoarea frecvenței pe care o deține tensiunea de alimentare a circuitului de punte. Cu o procedură similară putem face ca starea de echilibru a unui circuit să depindă de valoarea frecvenței pe care o deține tensiunea de alimentare.

O configurație concepută în acest scop este podul Campbel, care este potrivit pentru măsurarea frecvenței tensiunii care îl alimentează. De fapt, ca pod este un pic anormal, deoarece nu are patru laturi, așa cum au toate podurile. Acum descriem podul Campbel, este compus dintr-o capacitate cunoscută și o inductanță negativă reciprocă . Primul terminal al condensatorului este conectat la două capete ale inductanței reciproce. O tensiune de frecvență necunoscută se aplică între al doilea terminal al condensatorului și un terminal liber al inductanței reciproce. Un detector acustic este introdus între al doilea terminal al condensatorului (primul) și celălalt terminal liber al inductanței reciproce, pentru a „auzi” când tensiunea este zero. Acest tip de conexiune este cunoscut sub numele de configurație T.

Prin variația valorii inductanței reciproce, astfel încât pe ramura detectorului acustic tensiunea este zero, avem circuitul nostru în echilibru. Printr-un calcul foarte simplu putem găsi valoarea frecvenței pe care o are tensiunea de alimentare. Este posibil să se calibreze glisorul de inductanță reciprocă direct în Hz atâta timp cât parametrii fizici (condensator și inductanță reciprocă) nu se modifică.

Producători de contoare de frecvență

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității GND ( DE ) 4155425-5
Inginerie Electrică Portal electrotehnic : accesați intrările Wikipedia referitoare la ingineria electrică