Измерение частоты, временных интервалов и фазы. Основные сведения об измерении частоты, страница 2

Для измерения частоты используются различные методы. Основными из них являются: метод дискретного счета, осциллографический, резонансный и гетеродинный. Наиболее широкое применение в настоящее время имеет метод дискретного счета, на основе которого строятся электронно-счетные измерители частоты и интервалов времени.

2.    Измерение частоты резонансным методом

Резонансный метод измерения частоты основан на использовании явления электрического резонанса. Приборы, реализующие этот метод, называются резонансными частотомерами и работают по принципу сравнения измеряемой частоты с собственной резонансной частотой колебательного контура, равной . Резонансный метод используется на высоких и сверхвысоких частотах.

Приборы, реализующие данный метод, включают в себя (Рис.7.1) высокодобротный колебательный контур, имеющий прецизионный механизм настройки со шкалой, проградуированной в значениях резонансной частоты или длины волны. Кроме того, в состав прибора входят индикатор резонанса и элементы связи, посредством которых осуществляется взаимодействие с объектом измерения и индикатором резонанса. При измерениях колебательный контур частотомера настраивают в резонанс с колебаниями неизвестной частоты, и ее значение определяется по градуированной шкале настройки колебательного контура частотомера в момент резонанса.

Величина погрешности измерений зависит от точности настройки, добротности колебательного контура, точности отсчета, степени связи частотомера с объектом измерения, а также от температуры и влажности окружающей среды.

Точность настройки в резонанс тем выше, чем выше добротность контура. Добротность – это характеристика, определяющая потери в контуре, Чем больше потерь, тем меньше добротность. Определяют добротность различными методами, одним из которых является метод расчета по полосе пропускания: , где Δf_рк – полоса пропускания контура (Рис.7.2). При высокой добротности труднее удержать систему в состоянии резонанса. В таких случаях точность измерения повышают применением вилочного отсчета.

Точность отсчета определяется точностью градуировки и качеством механизма настройки колебательной системы, в частности, величиной люфтов.

Колебательный контур резонансного частотомера с одной стороны связан с объектом измерения, с другой - с индикатором резонанса. Эти связи должны быть минимальными, для того, чтобы, с одной стороны, колебательный контур частотомера не влиял на источник колебаний измеряемой частоты и не расстраивал его, а с другой стороны - чтобы вносимые в колебательный контур частотомера сопротивления не уменьшали его добротности.

Колебательный контур частотомера обычно градуируется при температуре воздуха 20 ⁰С. Для уменьшения температурных погрешностей, обусловленных изменением геометрических размеров контура, элементы контуров изготовляются из материалов с малым коэффициентом температурного расширения. В некоторых случаях применяется температурная компенсация, иногда используются таблицы температурных поправок.

Под влиянием изменения влажности воздуха изменяется диэлектрическая проницаемость среды. Влияние влажности устраняют герметизацией резонатора или наполнением его сухим инертным газом. Изменение влажности учитывают обычно при выполнении особо точных измерений.

Конструкция колебательных контуров зависит от диапазона частот, для которых они предназначены. На частотах от 50 кГц до 200 МГц используются контуры с сосредоточенными постоянными, на более высоких частотах - контуры с распределенными постоянными.

Резонансные частотомеры с сосредоточенными постоянными