Измеритель частоты импульса приборы

Частотомер — назначение, виды, особенности использования

С целью определения частот периодических сигналов, а также для выявления гармонических компонентов спектров — применяют специальные радиоизмерительные (и электроизмерительные) приборы, называемые частотомерами.

На сегодняшний день частотомеры существуют двух типов по методу измерения: аналоговые (для непосредственной оценки частоты) и приборы сравнения (к коим относятся: электронно-счетные, гетеродинные, резонансные и т.д.).

Аналоговые подходят для исследования синусоидальных колебаний, гетеродинные, резонансные и вибрационные — для измерения гармонических составляющих сигнала, электронно-счетные и конденсаторные — для определения частот дискретных событий.

По типу конструкции частотомеры могут быть щитовыми, переносными или стационарными, — тип конструкции зависит от области применения конкретного прибора.

Аналоговый стрелочный частотомер

Стрелочный аналоговый частотомер относится к электромеханическим измерительным приборам, и работает по принципу магнитоэлектрической, электромагнитной или электродинамической системы.

Работа такого прибора основывается на зависимости модуля полного сопротивления составной измерительной цепи от параметров проходящего через нее тока. Измерительная цепь прибора состоит из частотозависимого и частотонезависимого сопротивлений.

Итак, на плечи логометра подаются разные сигналы: на одно плечо измеряемый ток подается через частотонезависимую цепь, на другое — через частотозависимую цепь. В итоге стрелка прибора устанавливается в такое положение, в котором магнитные потоки токов через два плеча найдут равновесие.

Пример частотомера, работающего по такому принципу — советский М800, предназначенный для измерения частот токов в диапазоне от 900 до 1100 Гц в цепях передвижных и стационарных объектов. Потребляемая прибором мощность — 7 Вт.

Язычковый вибрационный частотомер

Язычковый вибрационный частотомер имеет на своей шкале набор пластинок в форме упругих стальных язычков, причем каждый из язычков обладает собственной резонансной частотой механических колебаний. Резонансные колебания язычков возбуждаются посредством действия переменного магнитного поля электромагнита.

При прохождении анализируемого тока через цепь электромагнита, язычок с наиболее близкой резонансной частотой к частоте тока, начинает колебаться с наибольшей амплитудой. Частота резонансных колебаний каждого язычка отражена на шкале прибора. Так что визуальная индикация весьма отчетлива.

Пример вибрационного язычкового частотомера — прибор В80, который применяется для измерения частоты в цепях переменного тока. Диапазон частот — от 48 до 52 Гц, потребляемая мощность частотомера — 3,5 Вт.

Сегодня можно встретить конденсаторные частотомеры на диапазоны, входящие в интервал от 10 Гц до 10 МГц. Принцип работы этих приборов базируется на чередовании процессов заряда и разряда конденсатора. Конденсатор заряжается от батареи, затем разряжается на электромеханическую систему.

Частота повторений заряда-разряда совпадает с частотой исследуемого сигнала, ибо сам измеряемый сигнал задает импульс на переключение. Мы знаем, что заряд CU протекает за один рабочий цикл, следовательно протекающий через магнитоэлектрическую систему ток пропорционален частоте. Таким образом амперы пропорциональны герцам.

Пример конденсаторного частотомера с 21 диапазоном измерения — прибор Ф5043, применяемый для настройки низкочастотной аппаратуры. Минимальная измеряемая частота — 25 Гц, максимальная — 20 кГц. Потребление прибора в рабочем режиме — не более 13 Вт.

Для настройки и обслуживания приемопередающих устройств, для измерений несущих частот модулированных сигналов — полезны частотомеры гетеродинные. Частота исследуемого сигнала сравнивается с частотой сигнала гетеродина (вспомогательного перестраиваемого генератора) до достижения нулевых биений.

Нулевые биения свидетельствуют о совпадении частоты исследуемого сигнала с частотой гетеродина. Пример проверенного временем гетеродинного частотомера — ламповый «Волномер Ч4-1», используемый для градуировки передатчиков и приемников, работающих с незатухающими колебаниями. Рабочий диапазон прибора — от 125 кГц до 20 МГц.

Частота перестраиваемого резонатора сравнивается с частотой исследуемого сигнала. Резонатором служит колебательный контур, объемный резонатор или четвертьволновой отрезок линии. Исследуемый сигнал поступает к резонатору, с выхода резонатора сигнал идет на гальванометр.

Максимальные показания гальванометра свидетельствуют о наилучшем совпадении собственной частоты резонатора с частотой исследуемого сигнала. Оператор регулирует резонатор при помощи лимба. В некоторых моделях резонансных частотомеров применяются усилители для повышения чувствительности.

Пример резонансного частотомера — прибор Ч2-33, предназначенный для настройки приемников и передатчиков с частотами непрерывных и импульсно-модулированных сигналов от 7 до 9 ГГц. Потребление прибора не более 30 Вт.

Электронно-счетный частотомер просто считает количество импульсов. Считаемые импульсы формируются входными цепями из периодического сигнала произвольной формы. При этом интервал времени счета задается с опорой на кварцевый генератор прибора. Таким образом, электронно-счетный частотомер является прибором сравнения, точность которого зависит от качества эталона.

Электронно-счетные частотомеры являются приборами весьма универсальными, отличаются широкими диапазонами измерения частоты и высокой точностью. Например, диапазон измерений прибора Ч3-33- от 0,1 Гц до 1,5 ГГц, а точность составляет 0,0000001. Доступные измеряемые частоты повышаются до десятков гигагерц благодаря применению делителей в современных приборах.

В общем и целом, электронно-счетные частотомеры являются на сегодняшний день наиболее распространенными и востребованными профессиональными приборами данного назначения. Они позволяют не только измерять частоты, но позволяют также находить и длительности импульсов, и интервалы между ними, и даже вычислять отношения между частотами, не говоря о подсчете количества импульсов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Многофункциональный частотомер из денисовского (переделка)

Как-то, давно, мне срочно понадобился частотомер и я собрал некогда очень популярный частотомер Денисова на PIC16F84 и индикаторе АЛС318 , вернее, его клон на PIC16F628A авторства некоего Корабельникова. И вот, по прошествии многих лет, он попался мне на глаза. Лежит себе совершенно забытый, без дела. Признаться, с самого начала была мысль ввести в него более-менее приличный функционал и избавиться от этого раздражающего мерцания, но все руки не доходили. И вот, на досуге, было решено переделать этот частотомер (жалко было выбрасывать, хотя, к тому времени я уже разработал и собрал многофункциональный частотомер похожей конструкции, который имеет несколько больший функционал, чем переделанный).

Эта статья рассчитана для тех, у кого есть частотомер подобной конструкции, и есть желание его усовершенствовать. Остальным рекомендую ознакомиться с подобным, но более совершенным прибором, который описан в моей ранее опубликованной статье. Итак, описание переделки.

Чтобы ввести режимы измерений периода и длительности импульсов, необходимо задействовать систему захвата (CCP) микроконтроллера (разумеется, если в приборе стоял PIC16F84, его придется поменять на PIC16F628A). Собственно, в основной схеме изменение только одно – поменяны местами всего два вывода МК – это выводы 2 (RA3) и 9 (RB3/CCP). Таким образом, в переделанной схеме входной сигнал подается на объединенные входы T0CKI и CCP1. Запустить и проверить прибор (а для особо ленивых и остановиться на этом) можно уже после этого. Однако, для реального улучшения параметров, необходимо почти полностью заменить примитивный и схемотехнически, на мой взгляд, не совсем грамотный входной формирователь. Родной работает плохо как на очень низких, так и на высоких частотах. Для того, чтобы иметь возможность измерять длительности низкочастотных импульсов, необходим формирователь с высоким входным сопротивлением – применим достаточно хорошо себя зарекомендовавшую схему на двухзатворном транзисторе типа BF998. Большинство деталей этого формирователя спаяны на печатной плате размерами 15х15 мм.

Для максимальной наглядности переделки привожу изначальные схему и печатную плату с первоисточника уже с нанесением всех произведенных изменений (полностью, конечная схема приведена во вложении).

И то же на печатной плате

Первым делом с платы выпаиваются зачеркнутые детали, потом в указанных местах прорезаются проводники. Вновь вводимые соединения производятся проводом МГТФ. Плата формирователя впаивается в нужные отверстия с помощью своих «выводов» изготовленных из кусков изолированного одножильного провода диаметром 0.4 мм. Входная цепочка формирователя (резистор 1 кОм и конденсатор 1 мкФ) припаяны непосредственно на входной разъем и, далее, соединены с платой формирователя экранированным проводом.

Несколько фото переделанного частотомера

Описываемый прибор после переделки имеет следующие возможности: «обычное» измерение частоты путем счета количества импульсов в течении одной секунды; измерение частоты низкочастотных сигналов через измерение периода (F=1/T) с точностью 0.001 Гц; измерение периода сигнала, причем для высокочастотных сигналов через частоту (T=1/F); измерение длительности как положительных, так и отрицательных импульсов.

Основные характеристики прибора:

  • Пределы измерения частоты ……………………..…………. 0 – 40000000 Гц
  • Дискретность измерения частоты (обычный частотомер) . 1 Гц
  • Дискретность измерения частоты («спец»-частотомер) …. 0.001 Гц
  • Пределы измерения периода ……………………………. 0.05 – 2000000 мкс.
  • Частота смены способа измерения (периода и частоты) ….. 900 — 1000 Гц
  • Пределы измерения длительности импульсов
    (при периоде сигнала 8 – 2000000 мкс) ……………. 3 – 1000000 мкс.
  • Амплитуда измеряемого сигнала ……..……………………… 0.1 – 100 Вольт
  • Точность измерений (зависит от характеристик кварца) ….. 0.00001+ед. мл. разр
  • Период индикации (длительность, период и «спец»-частота) 0.5 с
  • Напряжение питания …………………………………………. 7 – 12 Вольт
  • Средний ток потребления …………………… ……………….. 20 – 30 мА

Пояснения работы устройства после переделки

Прежде всего, разумеется, не могло быть и речи об использовании примененной изначально в приборе ущербной организации динамической индикации в основном цикле с одновременным отсчетом интервала измерения 1 с.

Динамическая индикация, как говорилось выше, происходит в прерываниях от TMR2 с интервалом 2 мс так, что обновление индикатора происходит с частотой примерно 63Гц. В данном случае обеспечивается ровное без мерцаний свечение индикатора во всех режимах прибора. Отсчет интервала 1 сек. так же происходит в этих прерываниях.

Сигнал с входного усилителя поступает на объединенные выводы T0CKI и CCP1 (выводы 3 и 9 MK DD2). В режиме обычного частотомера по выводу 3 производится счет импульсов, а вывод 9 (в данном случае он установлен как вход/выход RB3) – для открытия-закрытия входа и последующего «досчета». При измерении периода и длительности эти выводы включены собственно как входы T0CKI и CCP1. При этом используется оригинальный алгоритм с «захватом» значения TMR1 по фронтам сигнала и вычислением времени между захватами, а так же контролем корректности результата путем анализа содержимого таймера TMR0. Идея здесь заключается в том, что сигнал подается на объединенные входы захвата и таймера-счетчика МК, что позволяет по числу фронтов импульсов, зарегистрированных таймером, судить, не пропущены ли системой захвата искомые перепады сигнала по причине недостатка быстродействия МК.

Настройка

При использовании указанных на схеме элементов и достаточно качественного кварцевого резонатора вышеуказанные характеристики прибора обеспечиваются без всякой регулировки. Если имеется высокоточный образцовый частотомер, имеет смысл, подав на вход прибора сигнал с частотой порядка 5-30 МГц и контролируя его значение по образцовому частотомеру, регулируя С2 добиться возможно близких показаний приборов. Так же желательно, при необходимости, подбором сопротивления R2 установить напряжение на коллекторе VT1 (нумерация элементов согласно исходной схеме) в пределах 2-3 Вольта.

Работа с устройством

При включении прибора, после вывода приветствия, на индикаторе высвечиваются показания «обычного» частотомера (далее исходное состояние). При нажатии кнопки S1, на индикаторе появляется название текущего режима (в большинстве случаев — сразу, но редко, при измерении низкочастотных сигналов, может потребоваться удерживать кнопку до 2 с). При последующих отпускании и нажатии кнопки, названия индицируемых режимов меняются по кругу в порядке: частотомер (на индикаторе Freq_St) – спец.частотомер (Freq_SP) – измерение периода ( Period ) – измерение длительности положительного импульса (t __| — |__) — измерение длительности отрицательного импульса (t — |_| — ) – частотомер … . Нажатие кнопки S2 во время индикации на дисплее какого-либо режима приводит к переходу прибора в исходное состояние с соответствующей сменой режима. В случае же отсутствия нажатия любой кнопки в течении времени ожидания – 8 сек., прибор переходит в исходное состояние с прежним (до нажатия S1) режимом.

Читайте также  Avr на c - просто?

Описание работы прибора в разных режимах

Обычный частотомер

Работа в этом режиме стандартная – подсчет импульсов таймером TMR0, следует только отметить, что отсчет времени счета (1 секунда) происходит в прерываниях от таймера TMR2 с интервалом в 2 мс, в которых так же происходит динамическая индикация.

Во время измерения признак режима – знак “F.” в старшем разряде (не индицируется при частоте более 9999999 Гц).

Частотомер специальный

В этом режиме при измерении частоты до 1000 Гц собственно измеряется период сигнала, а частота вычисляется по формуле F=1000000000/T, где T — в микросекундах, а F – в тысячных долях герца (светится запятая в 4-м разряде справа). Если частота окажется более 1000 Гц, измерение производится аналогично обычному частотомеру (обратное переключение происходит при частоте менее 900 Гц). Данный режим позволяет для низкочастотных сигналов уменьшить дискретность измерения с 1Гц до 0.001Гц, а значит и точность (на индикаторе не менее 3-х значащих разрядов).

Признак режима – вывод “F. — ” в старших 2-х разрядах (последовательно “затираются” индицируемым значением при измерении больших частот).

Измерение периода

Режим аналогичен специальному частотомеру. В данном режиме происходит непосредственное измерение периода (таймером TMR1, тактируемым частотой 1МГц от внутреннего генератора) для сигналов с периодом более 1000 мкс, а для меньшего периода – через измерение частоты по формуле T=1000000000/F, где F — в герцах, а T – в наносекундах. На индикаторе при этом светится запятая в 3-м разряде, что позволяет считывать показания в микросекундах в обоих случаях с тремя значащими разрядами минимум.

Признак режима – вывод “P.” в старшем разряде (при вычислении периода через частоту – добавляется верхняя черта в следующем разряде).

Измерение длительности импульсов (положительных и отрицательных)

Эти два режима аналогичны и отличаются только полярностью измеряемых импульсов. Измерение производится путем прямого подсчета длительности таймером TMR1, тактируемым от внутреннего генератора (период 1 мкс) в течении входного импульса. При этом, обеспечивается достоверность измерения длительностей от 12 мкс, для более коротких импульсов длительность измеряется косвенными методами и достоверность результата снижается. Данное обстоятельство (косвенное измерение длительности) индицируется путем «зажигания» точки в младшем разряде.

Признак режима – вывод “t” в старшем разряде плюс верхний или нижний сегмент следующего разряда, в зависимости от режима регистрации положительных или отрицательных импульсов.

Следует отметить, что из-за несимметричности входной части прибора, а так же наличия на входе CCP микроконтроллера триггера Шмитта, при измерении длительности сигналов с пологими фронтами может появиться значительная погрешность. Этот эффект уменьшается при увеличении амплитуды входного сигнала. Попытка измерения сигналов с амплитудой значительно ниже 0.1 Вольт в любом режиме, может привести к индикации показаний, не соответствующих действительности (впрочем, это относится и к другим подобным приборам). При заведомо стабильном входном сигнале, косвенным признаком недостаточной амплитуды может быть большая нестабильность показаний прибора.

В случае, если временные параметры входного сигнала не позволяют данному прибору их измерить (при измерении периода и длительности), на индикаторе отображаются следующие показания: “F.too_hi” – слишком высокая частота, “P.too_big” – слишком большой период, “NO_SIG.” – нет сигнала.

Во вложенном файле, кроме вышеуказанной схемы, имеются: исходный код в Ассемблере, прошивка – HEX, Proteus – модель, плата формирователя в формате LAY.

Частотомер. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

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 частотомер производится 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

Частотомер позволяет 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.

Читайте также  Освещение в гараже своими руками светодиоды

Как измерить частоту мультиметром

Все сложные манипуляции, касающиеся электричества и домашней проводки, многие оставляют для профессионалов. Иногда проверить силу сопротивления, постоянное или переменное напряжение, а также количество полных циклов изменения тока нужно, а вызывать электрика нет возможности. В таком случае на помощь придет полезное приспособление – мультиметр. Не смотря на то, что данная функция не является основной, многие интересуются тем, как измерить частоту мультиметром.

Зачастую мультиметр-частотомер необходим для измерений в отдельных приборах, таких как генератор импульсного блока питания. Измерение сетевого значения лишь подтвердит наличие показателя в 50 Гц.

Мультиметр, частота которого в большинстве моделей имеет диапазон до 30 Гц, применяется лишь в быту, для производственных целей используются более сложные приспособления, такие как высокочастотный искровой тестер.

Необходимо детально ознакомиться не только с конструкцией измерительного аппарат, но и с особенностями измеряемого прибора, для того чтобы понять, как измерить частоту тока мультиметром.

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.
  • Измерение частоты

    Стоит напомнить, что интересуясь тем, как померить частоту мультиметром, предварительно важно ознакомиться с особенностями аппарата, который предстоит проверить. Только так можно достичь желаемого результата с максимально точными показателями.

    Измерение частоты мультиметром со специальной функцией является наиболее удобным, поскольку в данном случае нет необходимости в использовании специальных приставок.

    Происходят такие замеры в несколько этапов:

    • В первую очередь необходимо проверить измеритель на точность. Известно, что в сети частота имеет значение 50 Гц. Чтобы определить погрешность в работе тестера, необходимо подсоединить его к розетке. Показатель, отличающийся от 50 Гц, и будет погрешностью измерительного аппарата.
    • Далее, при помощи измерительных щупов необходимо подсоединить тестер к измеряемому прибору. Предварительно ознакомившись с инструкцией использования тестера, можно узнать необходимое для точности проверки напряжение. Установив показатель напряжения на нужное значение, можно приступать непосредственно к определению полных циклов изменения тока.
    • После этого измерение частоты тестером будет зависеть только от того, как изменяется период переменного тока.

    Многих также интересует, как проверить частоту мультиметром при помощи специальных приставок. Частотомер — приставка к мультиметру является отличной альтернативой дорогим измерителям с множеством функций.

    Многие тестеры с функцией определения циклов изменения тока имеют низкую чувствительность, потому дают неточные показатели. Приставка является дополняющим средством к измерителю. Она позволяет преобразовать полученные данные в напряжение.

    Чтобы измерение частоты тока мультиметром имело минимальную погрешность, необходимо правильно подсоединить частотомер. Переключатель рода работ в измерительном приборе необходимо настроить так, чтобы переключатель указывал на постоянное напряжение. В таком случае нет необходимости перестраивать приставку при подключении к аппарату с входным сопротивлением, превышающим 1 мОм.

    Измерение частоты тестером может давать разные результаты, зависящие в первую очередь от точности работы аппарата.

    Потому при выборе способа проверки необходимо решить, насколько серьезно влияет на показатели погрешность прибора и/или приставки.

    ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР – ЧАСТЬ 1

    Н. Тычино, К. Тычино

    В частотомере использован метод измерения частоты, заключающийся в определении количества периодов измеряемого сигнала за эталонный интервал времени. С помощью частотомера кроме частоты могут быть измерены период синусоидальных и импульсных сигналов, интервал времени, длительность импульсов обеих полярностей, отношение частот, а также число импульсов. Переход от одного вида измерения к другому осуществляется переключением функциональных узлов.

    Прибор имеет режим контроля и в этом режиме может служить генератором стандартных частот, изменяемых декадно в пределах от 1 Гц до 10 МГц.

    Результат измерения воспроизводится на шестиразрядном индикаторе и может быть выражен в герцах, килогерцах, мегагерцах, микросекундах или миллисекундах. Целая часть числа отделяется от дробной запятой, положение которой зависит от выбранного предела измерения и размерности результата.

    В приборе предусмотрено автоматическое, ручное и дистаи- ционное управление. В автоматическом режиме циклы измерений периодически повторяются. Их продолжительность зависит от выбранного времени измерения и времени индикации (последнее может регулироваться в пределах от 0,1 до 5 с). При ручном управлении измерение производится однократно. Для сброса предшествующих показаний и пуска прибора предусмотрена кнопка «Пуск». Аналогичным образом осуществляется измерение при дистанционном управлении. Кнопка «Пуск» установлена также и на выносном пульте.

    Диапазон измеряемых частотомером частот 0—30 МГц, действующее значение входного напряжения может лежать в пределах 0,1 —10 В. Время измерения 0,01; 0,1; 1 или 10 с. Нестабильность частоты кварцевого генератора zt 3-10

    7 (за 8 ч), погрешность измерения + 3- 10

    В диапазоне 0,1 Гц — 100 кГц при действующем значении входного напряжения 0,5—10 В возможно измерение длительности одного либо десяти периодов колебаний. Метки времени (период частоты заполнения) имеют длительность 0,1; 1; 10; 10 2 ; 10 3 ; 10 4 ; 10 5 или 10 6 мкс.

    Прибор позволяет измерять интервалы времени от 10 мкс до 10 2 с (между фронтами импульсов). Полярность импульсов положительная, амплитуда 2—10 В, длительность фронта не более 0,1 *мкс.

    Длительность импульсов обеих полярностей может быть измерена в пределах 10 мкс— 10 2 с при амплитуде 0,5—10 В. Погрешность измерений параметров импульсов равна ±3-10

    7 ±1 период частоты заполнения (при крутизне фронта измеряемого импульса не менее 10 В/мкс).

    Пределы измерения отношений частот от 1:1 до 10 е : 1.

    Входное сопротивление прибора 100 кОм, входная емкость 50 пФ. Потребляемая мощность около 25 Вт, габариты 300Х140Х Х320 мм.

    Структурная схема частотомера приведена на рис. 1. С целью некоторого упрощения прибора в нем использован метод прямого счета импульсов, принцип которого поясняется рис. 2 и 3.

    Частотомер состоит из следующих узлов: входного высокочастотного устройства с аттенюатором Вх. ВЧ («Вход Аъ) входного низкочастотного формирующего устройства Вх. НЧ («Вход Б»); формирующего устройства ФУ; временного селектора СВр формирователя строб-импульса ФСт хропизатора Хр устройства сброса УСб; термостатированного кварцевого генератора; каскада умножения частоты кварца; каскадов деления частоты Д1 — Д6 декадного делителя Дел. электронного счетчика с индикацией; блока питания.

    Входное высокочастотное устройство усиливает (ограничивает) входной сигнал и обеспечивает надежную работу формирователя во всем диапазоне частот. Схема устройства приведена на рис. 4. Оно включает в себя входной эмиттерный повторитель (77), балансный усилитель на транзисторах 72, ТЗ, выходной эмиттерный повто-

    Рис. 2. Принцип прямого счета импульсов, на котором основана работа частотомера

    ритель (Т4). Па входе устройства включены несколько цепей: параллельная цепь R1C1 определяет входное сопротивление усилителя; кремниевые диоды Д1 и Д2 ограничивают амплитуду сигнала; последовательная цепь R3C3 корректирующая, с ее помощью выравнивается характеристика усилителя на частотах 100—400 кГц. Цепь обратной связи, которую составляют резистор R4 и конденсатор С4, обеспечивает высокое входное динамическое сопротивление.

    Транзисторы Т2 и ТЗ балансного усилителя имеют общую эмит- терную нагрузку R9 и выполняют двойную роль -симметрирование и усиление напряжения. Для подъема усиления в области верхних частот в коллекторную цепь транзистора ТЗ включена катуш-

    Рис. 3. Эпюры импульсных напряжений частотомера:

    а – импульс сброса; б – импульсы генератора меток; в — импульсы на выходе, декадного делителя; г — строб-им пульс; д — входной сигнал; е— импульсы в

    ка LI. Цепи R7C5 и R8R10C6 служат для коррекции характеристики усилителя на низких частотах. В целях обеспечения стабильной работы выходной эмиттерный повторитель охвачен обратной связью: сигнал с эмиттерпой нагрузки (R13R14) подается на базу транзистора ТЗ через резистор /?//.

    Частотный диапазон усилителя 20—32-10 7 Гц. КоэффйЦйеит усиления на частоте 1 МГц равен примерно 30.

    Рис. 6. Принципиальная схема формирования счетных импульсов

    димые уровии его срабатывания обеспечиваются с помощью резисторов R11 и R17. Для выбора режима работы прибора — измерения периода или длительности импульса — применены импульсно-потен- циальные цепи совпадения на диодах. При замыкании на общий провод переключателем В1б с диодов, включенных в соответствующие цепи, снимается запирающее напряжение. Так, при измерении длительности импульса отрицательной полярности запирающее напряжение снимается с диодов Д8 и Д11 и на формирователь строб-импульса поступают импульсы «Пуск» и «Стоп» при измерении длительности импульса положительной полярности импульсы пуска и остановки проходят соответственно через диоды Д9 и Д10 и т. д. При измерении среднего из десяти периодов к выходу формирователя подключается декадный делитель (через диод Д/5).

    Формирователь счетных импульсов (рис. 6) служит для преобразования поступающих на его вход различных по форме и амплитуде сигналов в короткие импульсы с амплитудой 5 В и длительностью фронта 7—10 не. В формирователь входят триггер Шмитта (77, Т2)% в котором для уменьшения времени переключения использован опорный диод, и каскад усиления (ТЗ). Резистор R1 повышает входное сопротивление триггера. Двусторонний ограничитель на диодах Д1 и Д2 служит для предохранения триггера от перегрузки сигналами с большой амплитудой. За счет обратной связи (резистор R4 в цепи эмиттеров транзисторов 77 и Т2) процесс переключения триггера происходит ускоренно.

    Для сохранения крутизны фронтов импульсов, сформированных триггером Шмитта, в усилителе применен высокочастотный транзистор, работающий в ключевом режиме. Необходимое напряжение смещения на его базу задается с помощью делителя (R7, Д4, R10 и R11). С помощью переменного резистора R11 устанавливается режим усилителя. Через конденсатор С4 выходные импульсы усилителя отрицательной полярности подаются на селектор.

    Источник: Лучшие конструкции 27-й выставки творчества радиолюбителей. Сборник. М., ДОСААФ, 1977. 287 с. с ил. На конц. пол.: сост. А. В. Гороховский.

    Читайте также  Освещение потолков светодиодами

    Измеритель частоты импульса приборы

    Простой калибратор частоты/частотомер/образцовые часы

    Автор: A_AVL
    Опубликовано 11.09.2014
    Создано при помощи КотоРед.
    Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2014»

    Разработка этого устройства началась с того, что для калибровки точности хода часов мне понадобилось измерить частоту 512 Гц с точностью не хуже 10 -6 . Входной сигнал — прямоугольные импульсы ТТЛ. Измерять было нечем, источника образцовой частоты тоже не было. Пришлось думать, где взять образцовую частоту и как измерить низкую частоту за короткое время с высокой точностью. Обе этих проблемы были успешно решены, и теперь у меня калибровка часов занимает менее одной минуты по времени.

    Итак, нужен был частотомер, имеющий достаточно высокую точность измерения и калибрующийся в домашних условиях без использования специальной аппаратуры.

    Образцовую частоту можно получить путем сравнения частоты кварцевого генератора с какой-либо известной. Использование каких либо калибраторов было исключено.

    Возможные бытовые источники известных частот в порядке снижения точности —

    • Сигнал GPS — импульсы частотой 1 Гц, наиболее точный из всех. Кроме того, импульсы со стабильной частотой позволяют автоматически вычислить частоту кварцевого генератора нашего частотомера. Как недостаток — требуется специальное аппаратное обеспечение (приёмник GPS, антенна GPS, всё это должно находится в прямой видимости хотя бы на один спутник).
    • Как источник образцовой частоты можно было бы принять и сигнал точного времени DCF-77, который передаётся из Германии, и имеет высокую долговременную точность, но как и GPS, приём его был невозможен.
    • Сигналы точного времени передаваемые как по сетям сотовой связи, так и по радио или телевидению.

    Для меня выбор был очевиден — калибровать частотомер по сигналам точного времени.

    В Беларуси (как в прочем и в других государствах) в начале каждого часа по государственным каналам радио передаётся сигнал проверки времени или в простонародье «шесть точек», который формируется автоматически от государственного эталона частоты и времени. Этот сигнал представляет собой шесть прямоугольных радиоимпульсов с частотой заполнения 1000Гц. Первые пять импульсов имеют длительность 100мс, а последний, шестой передаётся строго с началом часа и прибавляет по 20мс каждый час. Несмотря на то, что задержка распространения этого сигнала для каждой местности разная, но эта задержка является постоянной, что и позволяет использовать этот сигнал для калибровки.

    Собственно, сам частотомер выполнен по технологии «Reciprocal counter». Особенность этого метода – высокая точность измерения частоты по всему рабочему диапазону прибора.

    В отличие от частотомеров с прямым счётом (Direct counters), прибор подсчитывает не сами импульсы за заданное время, а импульсы заполняющей частоты, и импульсы входного сигнала одновременно в течении определенного периода времени, что позволило обеспечить достаточную точность измерения частоты, в том числе и достаточно низкой, за короткий интервал времени.

    Для интересующихся принципами измерения частоты ниже выложен файл, с кратким описанием различных методов измерения.

    Долговременную стабильную опорную частоту для работы частотомера задаёт самодельный термостатированный на 70 градусов кварцевый генератор. Использовался обычный кварцевый резонатор в металлическом корпусе РГ-06 с частотой 1000кГц. Резонатор помещён в пенопластовый корпус, в котором так же размещены два нагревателя (резисторы МЛТ-2), цифровой термодатчик/терморегулятор и ключ, управляющий подачей питания на нагреватель. В качестве термометра был применён кремниевый датчик LM75.
    Этот датчик кроме измерения температуры содержит аппаратный программируемый термостат, поэтому всё участие процессора в поддержании температуры резонатора сводится только к правильной настройке LM75 при подаче питания.

    Теперь о том, почему я делал сам этот генератор, а не купил готовый — четыре года назад настоящего OCXO генератора под рукой не было, PAYPAL толком ещё не работал, купить нормальный термостатированный генератор по вменяемой цене было крайне трудно. Советские «Гиацинты» хоть и предлагались, но достаточно дорого, поэтому пришлось делать генератор из того, что было под рукой. Сейчас, с распространением PAYPAL и EBAY, будет значительно проще купить за относительно небольшую сумму готовый термостатированный кварцевый генератор, подключить его к микроконтроллеру через делитель частоты и не «парить» себе голову изобретением «на коленке» колеса.

    Теперь самое интересное. Как сделать частотомер — понятно, но как его калибровать? Учитывая, что использованный кварцевый резонатор не рассчитан на работу в термостатированном режиме, и его частота, по крайней мере, первые несколько лет будет меняться — потребуется частая калибровка. Кроме того, частота абсолютно неизвестна. Таскать прибор за сотню километров в лабораторию ЦСМ каждый год — такая перспектива меня абсолютно не радовала. Но и не калибровать нельзя — иначе, зачем всё это затевалось.

    Из всех вышеописанных методов калибровки единственно доступным на момент разработки прибора была только калибровка по сигналам точного времени. Соответственно, к частотомеру делаем ещё и образцовые часы .

    Принцип калибровки такой: Сто раз в секунду вызывается прерывание по переполнению таймера. В прерывании производится сам отсчёт времени и отсчёт длительности калибровочного интервала с дискретностью 0.01 секунды. По началу шестого сигнала точного времени запускается калибровка, при этом обнуляется переменная длительности интервала калибровки, и эта переменная начинает увеличиваться на единицу сто раз в секунду. Так как частота генератора будет практически гарантированно не равна 1МГц, то и часы и счётчик длительности калибровочного интервала будут или отставать или спешить по отношению к сигналам точного времени. Через некоторое время второй раз по началу шестого сигнала производится завершение калибровки. Счётчик длительности калибровочного интервала содержит неточное системное время, прошедшее между началом и концом калибровки. Так как сигналы точного времени привязаны строго к началу часа, то можно легко вычислить, сколько реально прошло времени между началом и концом калибровки, при условии, что за это время часы ушли не более чем на ±30 секунд. Зная точную длинну калибровочного интервала меду двумя сигналами точного времени(ti), время, насчитанное часами(tc) и текущую частоту опорного генератора(fr) можно вычислить новую текущую частоту опорного генератора по формуле frновая=fr*(tc/ti). Чем более длительный интервал времени используется для калибровки, тем более точно можно вычислить частоту опорного генератора.

    Новая опорная частота записывается в регистры делителя частоты часов и передаётся в блок частотомера.

    В этом приборе часы нужны для упрощения процесса и визуальной оценки точности калибровки. Так же часы используются для хранения и выдачи эталонного времени. Время, измеренная частота генератора и информация о работе устройства выводится на алфавитно-цифровой жидкокристаллический индикатор 2 строки по 16 символов. Информация на индикатор выводится в двух разных вариантах — двухстрочном и однострочном. В двухстрочном варианте в первой строке выводится текущее время и температура в термостате. В нижней строке в режиме часов выводится информации о актуальной частоте кварцевого генератора и о текущей длительности калибровочного интервала. В режиме частотомера в нижней строке выводится режим измерения частоты и измеренная частота.

    В однострочном режиме для улучшения читаемости времени на индикатор выводится только время специальным шрифтом «BigFont».

    Принципиальная схема устройства приведена на рисунке.

    Схема предельно проста. Прибор собран на макетной плате навесным монтажом. К этой же плате приклеена коробка из твёрдого экструдированного пенополистирола, внутри которой размещены элементы относящиеся к термостату. На принципиальной схеме эти элементы обведены в рамки. Прибор выполнен на микроконтроллере ATMEGA162. Его выбор обусловлен наличием двух шестнадцати разрядных таймеров, а так же тем, что он лежал на тот момент в тумбочке и был в корпусе DIP. Так как измеряемая частота имеет логический уровень ТТЛ, в качестве входного формирователя использован обычный инвертор. Так же, инвертор используется для развязки выходов контроллера от нагрузки. Для функционирования устройства заняты два шестнадцатирарядных таймера. Таймер 1 используется для частотомера, таймер 3 — для подсчёта времени и формирования образцовой частоты 1Гц. Так же, в прерывании таймера 3 формируется сигнал «шесть точек».

    Выход асинхронного интерфейса (UART) планируется использовать для выдачи текущего времени на другие устройства по стандарту IF482. Описание этого формата приведено в литературе ниже.

    Жидкокристаллический индикатор подключен к разъёму Х3. Может быть использован любой алфавитно цифровой индикатор с размером 2 строки по 16 символов и контроллером совместимым с HD44780.

    Клавиатура состоит из пяти клавиш — «+», «-», «SEL», «>0 0 -7 . Режим измерения отображается в нижней левой части индикатора — «Рхххх>», где хххх — число измеряемых полных периодов входного сигнала.

    Устройство производит осчёт времени. Время отсчитывается в виде «чч мм сс.с». Календарь отсутствует. Время отображается на индикаторе во всех режимах работы.

    В однострочном режиме время отображается большим шрифтом.

    Отображается время и частота задающего генератора Отображается время и длительность калибровочного интервала

    В двухстрчном режиме в верхней строке отображается время, в нижней — частота или параметры устройства.

    Установка времени производится нажатием кнопки «SEL» и затем кнопками «+» «-» устанавливается значение часов. Следующее нажатие кнопки «SEL» переходит к изменению минут. Нажатие «SEL» в тертий раз завершает установку времени. При этом секунды не обнуляются. Для коррекции секунд нажмите и удерживайте кнопку «>0 0 -6 , после второй — 3*10 -7 , и после третьей — лучше чем 1*10 -7 . Максимальная длительность калибровочного интервала—99999999 секунд, или около 1157 суток, но на практике такая длительность абсолютно не требуется.

    Выбрав источник образцового времени приступаем к калибровке. Установите время. Далее нажмите и держите нажатой «>0 0 0 -6 .

    Для примера, при подготовке статьи автором специально была произведена рекалибровка устройства с «нуля». Изначально, откалиброванная в течении 60 дней частота равнялась 1000207.39Гц. С такой калибровкой часы шли исключительно точно. За один миллион секунд расхождение часов и сигналов точного времени визуально заметно не было. Далее, частота генератора была установлена на 1000000,00Гц, и после этого была произведена опытная калибровка длительностью 34 часа или 122400 секунд. После такой калибровки новая частота генератора стала 1000208.16Гц. Как видим, калибровка даже за такое короткое время дала ошибку -7*10 -7 Гц, чего, собственно, уже достаточно для точного измерения частоты.

    При эксплуатации устройства кроме несомненных достоинств были выявлены следующие недостатки и требуется улучшение:

    • Сделать вывод времени по формату IF482
    • Невозможность измерения частот выше 4кГц (хоть это для меня не важно).
    • Всё таки более правильным было бы разделить «мухи и котлеты» — частотомер и калибратор, на два различных устройства, т.к. по сути их совместная работа в одном устройстве сильно влияет на п.1
    • С учётом того, что покупка всяких GPS сейчас доступна как никогда, в планах есть сделать автокалибровку от GPS.

    Собственно, на мой взгляд, это то, что можно ещё улучшить. Но, от себя могу сказать, что работа прибора в том виде, в каком он представлен меня абсолютно устраивает и не вызывает никаких нареканий.

    На сей позитивной ноте, позвольте откланяться.