Частотомер

Частотоме́р — радиоизмерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

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.

Электронно-счётные частотомеры

ЭСЧ FC7008

• 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

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.

• НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов
• ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55

Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

• НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам
• ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25

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

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Приборная панель аэродромного кондиционера с частотомером, показывающим 49,5 Гц

Язычковый частотомер

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля. Чаще всего используется электромагнит для возбуждения колебаний и стальные пластины в роли элементов. Элемент, собственная частота которого ближе всего к частоте тока, текущего по обмотке электромагнита, входит в резонанс и колеблется с наибольшим размахом, что отображается визуально.

• НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания
• ПРИМЕРЫ: В80, В87

Аналоговые стрелочные частотомеры

Авиационный частотомер ЧФ4-1 на 400 Гц

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

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

Основные нормируемые характеристики частотомеров

• Диапазон измеряемых частот
• Допустимая погрешность измерения (для эл.-изм. — класс точности)
• Чувствительность
• Для ЭСЧ — нестабильность частоты кварцевого генератора

Литература

• Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина — Л.: Энергоатомиздат, 1983
• Справочник по радиоизмерительным приборам: В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова — М.: Сов. радио, 1979

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

См. также

• Виброметр
• Радиоизмерительные приборы
• Электроизмерительные приборы
• Измерительный прибор
• Частота периодического процесса
• Гетеродинный индикатор резонанса