Погрешности измерений. Измерение токов и напряжений. Приборы анализа электрических сигналов. Измерение напряженности поля и помех, страница 12

            Следует подчеркнуть, что измерение времени и частоты в настоящий момент производится с наивысшей точностью среди любых других физических величин. И это не просто дань моде, а научная потребность человечества.  Если инженер связи контролирует частоту излучения передатчика порядка единиц МГц, то допустимый уход частоты не должен превышать ±10Гц даже для передачи человеческого голоса, чтобы существенно не исказить его. То есть рабочий частотомер должен иметь погрешность , точность для измерения Р и U несопостовимая!

            Для инженера связи наиболее информативной физической величиной является частота (Гц=1/с), поэтому начнем рассмотрение методов измерения частоты.

В метрологии частотный диапазон разбивают на

а) низкие частоты (20 Гц – 20 кГц) – это область зуковых частот;

б) высокие частоты (20 кГц – 30 МГц) – это частоты для радиосвязи и

радиовещания;

в) ультравысокие частоты (30 МГц – 3 ГГц);

г) сверхвысокие частоты (>3 ГГц).

Измерения низких частот для инженера связи не слишком часто встречаются, кроме того, наиболее распространеные сейчас цифровые частотомеры  легко обеспечивают измерения на этих частотах. Поэтому остановимся на рассмотрениях измерения высоких и сверхвысоких частот, которые возможны методами:

а)  резонансными;

б) компенсационными (нулевых делений);

в) цифровыми.

а) Резонансные частотомеры – самые первые приборы, созданные человеком для измерения частот. Они основаны на явлении резонанса в колебательном контуре: при совпадении частот внешнего генератора с собственной, резонансной частотой колебательного контура наблюдается резкое увеличение тока (в последовательном контуре), либо его уменьшение (в параллельной колебательной цепи). В любом случае внешним вольтметром можно отметить это явление. Для чего надо связать внешней взаимоиндуктивной связью генератор с неизвестной частотой и измерительный контур (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1

Связь с контуром вначале делается как можно большей (измерительный контур располагается близко к генератору, чтобы видно было отклонение стрелки ИМ), а затем уменьшая связь до минимума одновременно переменным конденсатором

С_к отыскивают положение резонанса. При большой связи (более критической) резонансная характеристика контура становится более широкой и даже двугорбой. При слабой связи резонанасная характеристика наиболее узкая и обеспечивает погрешность измерения частоты , где  - добротность контура, величина достаточно постоянная, равная порядка 100. Значение f₀ отсчитывается по шкале С_к, с учетом известной L_к. Так как в момент резонанса напряжение на ИМ мало меняется , то для более точного определения f₀ прибегают к методу «вилки», когда берут осчеты f₁ и f₂ (справа и слева от f₀) при заданном уменьшении показания ИМ , например 0.7 от U_m, и находят точное значение . При этом резонансные волномеры (частотмеры) обеспечивают , что является для частоты очень грубым результатом.

В диапазоне высоких частот резонансные волномеры строятся на контурах с сосредоточенными параметрами (L_к, C_к), а в диапазоне СВЧ это ,  отрезки линий (коаксиалов, волноводов), которые ведут себя, как параллельный () или последовательный () колебательный контур. При этом отрезок длинной линии имеет штырь, диод и индикатор резонанса, которого добиваются перемешением

            Рисунок 4.2                                                                  Рисунок 4.3

короткозамыкающего поршня (рисунок 4.2). Длина  , при этом .

Резонансные волномеры (частотомеры) – это приборы низкой точности – =10^-3 – 10^-4.

б) Более высокими метрологическими характеристиками (прежде всего δ_f) обладают компенсационные методы, основанные на сравнении опорной частоты с неизвестной. При этом если f_х – f₀ = 0, то такие приборы носят название «нулевых биений»(рисунок 4.3).