Частотомер

Частотоме́р

Прибор для измерения частоты периодических процессов (колебаний). Частоту механических колебаний обычно измеряют с помощью вибрационных механических Ч. и электрических Ч., используемых совместно с преобразователями механических колебаний в электрические. Простейший вибрационный механический Ч., действие которого основано на Резонансе, представляет собой ряд упругих пластин, укрепленных одним концом на общем основании. Пластины подбирают по длине и массе так, чтобы частоты их собственных колебаний составили некую дискретную шкалу, по которой и определяют значение измеряемой частоты. Механические колебания, воздействующие на основание Ч., вызывают вибрацию упругих пластин, при этом наибольшая амплитуда колебаний наблюдается у той пластины, у которой частота собственных колебаний равна (или близка по значению) измеряемой частоте.

Для измерения частоты электрических колебаний применяют электромеханические, электродинамические, электронные, электромагнитные, магнитоэлектрические Ч. Простейший электромеханический Ч. вибрационного типа состоит из электромагнита и ряда упругих пластин (как в механическом Ч.) на общем основании, соединённом с якорем электромагнита (рис. 1). Измеряемые электрические колебания подают в обмотку электромагнита; возникающие при этом колебания якоря передаются пластинам, по вибрации которых определяют значение измеряемой частоты. В электродинамических Ч. основным элементом является Логометр, в одну из ветвей которого включен Колебательный контур, постоянно настроенный на среднюю для диапазона измерений данного прибора частоту (рис. 2). При подключении такого Ч. к электрической цепи переменного тока измеряемой частоты подвижная часть логометра отклоняется на угол, пропорциональный сдвигу фаз между токами в катушках логометра, который зависит от соотношения измеряемой частоты и резонансной частоты колебательного контура. Погрешность измерений электродинамического Ч. 10—1―5·10―2.

Частоту электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот и СВЧ измеряют при помощи электронных Ч. (Волномеров) — резонансных, гетеродинных, цифровых и др.

Действие резонансного Ч. основано на сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колебаний электрического контура (или резонатора СВЧ), настраиваемого в резонанс с измеряемой частотой. Резонансный Ч. состоит из колебательного контура с петлёй связи, воспринимающей электромагнитные колебания (радиоволны), Детектора, усилителя и Индикатора резонанса (рис. 3). При измерении контур настраивают при помощи калиброванного конденсатора (или поршня резонатора в диапазоне СВЧ) на частоту воспринимаемых электромагнитных колебаний до наступления резонанса, который регистрируют по наибольшему отклонению указателя индикатора. Погрешность измерений таким Ч. 5.10―3—5·10―4. В гетеродинных Ч. измеряемая частота сравнивается с известной частотой (или её гармониками) образцового генератора — Гетеродина. При подстройке частоты гетеродина к частоте измеряемых колебаний на выходе смесителя (где происходит сравнение частот) возникают Биения, которые после усиления индицируются стрелочным прибором, телефоном или (реже) осциллографом. Относительная погрешность гетеродинных Ч. 5·10―4—5·10―6.

Широкое применение получили цифровые Ч., принцип действия которых заключается в подсчёте числа периодов измеряемых колебаний за определённый промежуток времени. Электронно-счётный Ч. состоит из формирующего устройства, преобразующего синусоидальное напряжение измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов, временного селектора импульсов, открываемого на определённый промежуток времени (обычно от 10―4 до 10 сек), электронного счётчика, отсчитывающего число импульсов на выходе селектора, и цифрового индикатора. Современные цифровые Ч. работают в диапазоне частот 10―4―109гц, относительная погрешность измерения 10―9―10―11; чувствительность 10―2в. Такие Ч. используются преимущественно при испытаниях радиоаппаратуры, а с применением различных измерительных преобразователей (См. Измерительный преобразователь) — для измерения температуры, вибраций, давления, деформаций и других физических величин.

Разновидностью образцовых Ч., высшей точности являются эталоны и стандарты частоты, погрешность которых лежит в пределах 10―12—5.10―14. Измерителем частоты вращения валов машин и механизмов служит Тахометр.

Лит.: Мирский Г. Я., Радиоэлектронные измерения, 3 изд., М., 1975; Кушнир Ф. В., Радиотехнические измерения, 3 изд., М., 1975.

Е. Г. Билык.

Рис. 1. Электромеханический вибрационный частотомер: а — шкала (отмечается частота 50 гц); б — схема устройства; 1 — обмотка электромагнита; 2 — якорь электромагнита; 3 — основание частотометра; 4 — пружинящее крепление ; 5 — пластины.

Рис. 2. Схема электродинамического частотомера: K — неподвижная катушка логометра из двух одинаковых частей для создания равномерного магнитного поля; К1 и К2 — подвижные катушки, жёстко скреплённые под углом 90° и взаимодействующие с катушкой K; C, L, R — электрические ёмкость, индуктивность и сопротивление колебательного контура; С1 — конденсатор, обеспечивающий сдвиг фаз (90°) между U и I1; U — напряжение, частота которого измеряется; I и I1 — токи в ветвях логометра.

Рис. 3. Схема электрического резонансного частотометра: Lсв — петля (виток) связи; L, C — колебательный контур (C — калиброванный конденсатор переменной ёмкости); Д — детектор (полупроводниковый диод); У — усилитель; И — индикатор (микроамперметр, милливольтметр).