3.2 Електронні частотоміри

В основу побудови електронних частотомірів покладені такі методи вимірювання:

• заряду і розряду конденсатора;

• резонансний метод;

• дискретної лічби.

3.2.1 Суть методу заряду і розряду конденсатора

Даний метод грунтується на вимірюванні середнього струму розряду зразкового конденсатора, який перемикається із заряду на розряд з вимірюваною частотою f_x.

Структурна схема, яка пояснює сутність методу, наведена на рис.3.7, а часові діаграми – на рис.3.8.

О сновними елементами наведеної схеми є: R1, R2 – струмообмежувальні резистори; С – зразковий конденсатор; S – перемикач; ВМ – вимірювальний механізм магнітоелектричної системи; I_з – струм заряду конденсатора; I_р – струм розря-

ду конденсатора.

Рисунок 3.7

Рисунок 3.8

В положенні “1” перемикача S конденсатор С заряджається. Струм заряду проходить такий шлях:

+U  R1  S(1)  C  -U.

В положенні “2” перемикача S конденсатор С розряджається. Струм розряду проходить такий шлях:

+С  R2  ВМ  -С.

Таким чином, за один період Т_х через ВМ проходить заряд

, (3.9)

і тому середнє значення струму в його колі пропорційне вимірюваній частоті:

. (3.10)

Даний метод покладено в основу побудови конденсаторного частотоміра.

3.2.2 Електронний конденсаторний частотомір

Принцип дії конденсаторного частотоміра пояснюється структурною схемою (рис.3.9) і часовими діаграмами (рис.3.10).

Напруга вимірюваної частоти f_x (рис.3.10) подається на вхід формувача F, вихідними прямокутними імпульсами якого керується схема електронного ключа ЕК.

Рисунок 3.9

Рисунок 3.10

Припустимо, що при позитивних імпульсах ЕК розімкнено, а при негативних – замкнено.

При розімкненому стані ключа ЕК протягом позитивної половини періоду Т_х конденсатор С через резистор R зарядиться до значення напруги U. Струм заряду I_з проходить такий шлях:

+U  R  ЕК  С  VD1  BM  -U.

При замиканні ЕК (протягом негативної половини періоду Т_х) конденсатор С розрядиться через замкнений ЕК і діод VD2. Струм розряду I_р проходить такий шлях:

+С  ЕК  VD2  -С.

Отже, за один період вимірюваної частоти через рамку вимірювального механізму магнітоелектричної системи протікає струм, середнє значення якого становить

. (3.11)

Остаточне рівняння перетворення конденсаторного частотоміра матиме вигляд:

, (3.12)

де - постійна частотоміра.

Отримане рівняння перетворення лінійне. Воно справедливе за умови, що конденсатор С встигає повністю зарядитися до значення U і повністю розрядитися до нуля.

Електронні частотоміри використовують для вимірювання частоти періодичного сигналу у діапазоні від десятків Гц до сотень кГц, зведена похибка при цьому не перевищує 2.5%.