Меню

Прибор задающий частоту тока

Как выбрать мультиметр (2018)

Как выбрать мультиметр (2018)Любительский

Аватар пользователя

Электричество давно уже стало неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, и мультиметр – прибор для измерения параметров электрической цепи – может пригодиться каждому. Не станешь же вызывать электрика для решения таких бытовых вопросов как: цел ли кабель, «жива» ли батарейка, почему не горит лампочка, под напряжением ли провод и т.д.

Автолюбителям мультиметр поможет контролировать работу автоэлектрики и электроники.

А уж если вы сами следите за электрикой в своем доме, мультиметр вам просто необходим.

Области применения мультиметров

Мультиметры – общее название для целого класса электроизмерительных приборов. Они способны проверять целостность электрических цепей, изоляции и заземления; измерять параметры цепи без контакта с проводниками и определять характеристики радиоэлектронных компонентов.

— электриками при обслуживании электрических линий и потребителей;

— электронщиками при сборке, настройке и ремонте радиоэлектронной аппаратуры;

— сервисными инженерами при установке, обслуживании и ремонте электротехники;

— монтажниками при прокладке и расключении линий связи и электропередач;

— автоэлектриками при диагностике и ремонте автомобильной электрики;

Какой именно мультиметр нужен вам – можно понять, определившись измеряемыми параметрами и необходимой точностью прибора.

Характеристики мультиметров

В основном в магазинах предлагаются три типа приборов: мультиметры, тестеры и токовые клещи.

Мультиметр предназначен для измерения параметров электрической цепи. Самые простые модели измеряют только базовые параметры — ток, напряжение и сопротивление.

Модели посложнее способны определить такие характеристики, как емкость конденсатора, частота переменного тока, коэффициент усиления транзистора и т.д. Чем больше параметров определяет мультиметр, чем больше наборов диапазонов их измерений и чем выше точность – тем дороже прибор.

В продаже встречаются мультиметры двух видов – аналоговые (со стрелочным индикатором) и цифровые (с дисплеем).

Цифровые мультиметры предоставляют намного больший функционал, обеспечивают удобство считывания параметров и высокую точность измерения.

На стрелочном индикаторе просто невозможно измерить какое-либо значение с точностью нескольких знаков после запятой. Считать показание на стрелочном индикаторе тоже сложнее. Несколько шкал, неравновесные деления, в некоторых случаях полученное значение еще нужно умножить на коэффициент – неподготовленного человека все это может запутать.

Зато стрелочный индикатор намного удобнее при наблюдении за меняющимися параметрами. Цифровой мультиметр меняет показания на экране от 1 до 4 раз в секунду. И, если частота обновления экрана мультиметра будет близка к частоте измеряемого сигнала, провести измерение не получится. Колебания стрелки аналогового прибора будут намного нагляднее.

Тестер также проводит измерение некоторых параметров цепи, но, в отличие от мультиметра, не выводит полученные значения на экран, а использует их для определения состояния тестируемого объекта и выдачи соответствующего сигнала или сообщения.

Мультиметр можно использовать и для тестирования кабелей и приборов, но тогда вывод о состоянии объекта придется делать самостоятельно

Мультиметр универсальнее, но, во многих случаях, тестером пользоваться проще и быстрее. Впрочем, мультиметры часто содержат в себе и тестеры некоторых параметров, чаще всего – целостности цепи.

Простейшие тестеры способны только определять обрыв цепи, тестеры посложнее могут определить короткое замыкание, наличие тока в цепи, переполюсовку линии постоянного тока.

Самые сложные и дорогие тестеры способны проверить на соответствие требованиям безопасности и нормативных документов множества параметров– сопротивления изоляции, сопротивления заземления, тока утечки срабатывания защиты и т.д.

Токовые клещи – это специализированный мультиметр, способный измерить силу тока в отдельном проводе без разрыва цепи и нарушения изоляции. Для этого используется способность электрического тока индуцировать (возбуждать) ток в проводниках, находящихся поблизости. Такие проводники и скрыты в клещах, которые – для измерения тока – следует наложить на провод. Токовые клещи незаменимы для определения нагрузки на линии электропередач, определения потребляемой мощности и т.д.

Даже недорогие клещи способны с приемлемой точностью измерять силу тока до 1000 А и напряжение до 1000 В. Дорогие клещи могут измерять силу тока до 2500 А и используют метод TrueRMS, повышающий точность измерения параметров переменных токов.

Виды измерений параметров электрической цепи. Для бытового использования достаточно, если прибор сможет измерять:

— один-два диапазона измерения переменного напряжения (0-200 В, 0-400 В) – для потребительских сетей;

— два-три диапазона измерения постоянного напряжения (0-200 мВ, 0-2 В, 0-20 В, 0-100 В) – для батареек и аккумуляторов;

— несколько диапазонов (0-20 мА, 0-2 А, 0-10 А, 0-100 А) силы тока в цепях постоянного и переменного тока – для определения нагрузки на кабель и потребляемой мощности электроприборов;

— несколько диапазонов измерения сопротивления – для определения целостности цепей и проверки кабелей и бытовой техники на короткое замыкание.

Очень полезно наличие функции проверки целостности цепи («прозвонки») со звуковым сигналом — с помощью этой функции легко и быстро проверяется как наличие контакта, так и отсутствие короткого замыкания.

Для проверки радиодеталей потребуется наличие дополнительных возможностей:

— измерение сопротивления резисторов и проводников;

— измерение индуктивности катушек и дросселей;

— измерение коэффициента усиления транзисторов;

— измерение емкости конденсаторов;

проверка диодов.

Также некоторые мультиметры предлагают возможность измерения частоты переменного тока, потребляемой мощности электроприборов и температуры – последнее обычно реализуется с помощью измерения напряжения (термоЭДС) на концах термопары, входящей в комплект поставки.

Обратите внимание на максимальное рабочее напряжение. Это – то напряжение, которое может выдержать электроника прибора. Его превышение с высокой вероятностью приведет к поломке.

Важной характеристикой, во многом определяющей цену прибора, является погрешность измерений. Погрешность измерения каждого параметра различна и складывается из базовой погрешности АЦП и погрешности преобразования параметра в каждом конкретном диапазоне. Базовая погрешность дает только приблизительное представление о точности прибора. Всегда следует обращать внимание на погрешности измерения по каждому из параметров в конкретных диапазонах – они могут превышать базовую в разы.

Количество единиц счета мультиметра показывает, на сколько промежутков делится измерямый диапазон и определяет величину дискретизации. Так, для диапазона 0-100 мА у мультиметра с 6000 единицами счета величина дискретизации будет 100/6000 ≈ 0,017 мА. И значение 0,034 на экране этого мультиметра вовсе не означает, что сигнал измерен с точностью до 0,001 мА: значение 0,035 он просто не способен отобразить. Разумееся, при большой погрешности нет смысла в большом количестве единиц счета. Поэтому производители подбирают этот параметр в соответствии с погрешностью измерения.

При оценке точности прибора следует обращать внимание и на количество единиц счета, и на погрешность, и на диапазон измеряемого параметра. Рассмотрим для примера два прибора:

1. Погрешность измерения тока: 2% ± 1 единица счета. Минимальный диапазон измерения тока: 0-600 мА. Количество единиц счета: 6000.

2. Погрешность измерения тока: 2% ± 1 единица счета. Минимальный диапазон измерения тока: 0-50 мА. Количество единиц счета: 6000.

На первый взгляд приборы похожи. Для оценки точности вычислим абсолютную погрешность в диапазоне 0-5 мА каждого прибора:

1. 2% от 600 — это 12 мА. 1 единица счета — это 600/6000 = 0,1 мА. Итого абсолютная погрешность — 12.1 мА.

2. 2% от 5 — это 100 мкА. 1 единица счета — это 5/6000 = 0,8 мкА. Итого абсолютная погрешность — 100,8 мкА.

Таким образом, в этом диапазоне второй прибор в 100 раз точнее первого. Именно по этой причине два прибора с одинаковой базовой погрешностью могут отличаться по цене на порядок.

Частота обновления экрана показывает, сколько раз в секунду на экране будет обновляться измеренное значение. Высокая частота (более 1) полезна для выявления «дребезжащего» сигнала, с кратковременными всплесками или, наоборот, падениями. Только следует иметь в виду, что если в измеряемом диапазоне погрешность намного больше одной единицы счета, «дребезг» может быть вызван погрешностью самого прибора.

Для тех, кому важна точность измерений, следует обратить внимание на приборы класса True RMS – корректно измерять параметры переменного тока несинусоидальной формы могут только такие мультиметры.

Подсветка экрана будет весьма кстати при слабом освещении. Электрошкафы и шкафы автоматики часто располагаются в темных углах и плохо освещенных помещениях, лампы подсветки в них есть не всегда, да и те, что есть, при диагностике и ремонте часто бывают обесточены. Подсветкой экрана мультиметра в этом случае просто необходима.

Функция hold предназначена для фиксации показания на экране. Эта функция может быть удобна, когда по каким-то причинам в процессе измерения экран не попадает в поле зрения. Тогда при измерении нажимается кнопка hold, а показания можно будет просмотреть позже.

Очень полезна функция автоматического определения диапазона измеряемой величины. Ошибка в ручном задании диапазона (например, выбор диапазона 0-200 мВ при напряжении в 100 В) может привести к поломке прибора. Наличие функции автоматического определения диапазона предотвратит опасную ситуацию и подберет диапазон, в котором измерение будет производиться с наибольшей точностью.

Некоторые приборы можно подключать к персональному компьютеру и, с помощью соответствующего ПО, сохранять результаты на компьютере для последующей обработки и анализа.

Варианты выбора

Для домашнего применения будет вполне достаточно недорогого мультиметра с возможностью «прозвонки» цепи и измерения напряжения, тока и сопротивления.

Для ремонта и настройки радиоэлектроники потребуется мультиметр с низкой погрешностью и возможностью измерять параметры электронных компонентов.

Если измеряемые вами параметры могут случайным образом меняться в большом диапазоне, или если вы просто не хотите каждый раз подбирать диапазон, выбирайте среди моделей с автоматическим определением диапазона.

Читайте также:  Цепь постоянного тока содержит резисторы соединенные смешанно всюду индекс

Если у вас нет желания вникать в цифры, а прибор нужен только для проверки цепей на замыкание/обрыв/наличие напряжения, выбирайте среди простых тестеров.

Если вам необходимо часто измерять силу тока в кабелях, находящихся под напряжением, наличие токовых клещей намного упростит эту задачу.

Источник

Измерение частоты переменного тока в сети: приборы и методы

Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.

Какие приборы можно использовать

Классификация частотомеров

Все данные приборы делятся на две основные группы по области их применения:

  1. Электроизмерительные. Применяются для бытового или же производственного измерения частоты в цепях переменного тока. Их используют при частотной регулировке оборотов асинхронных двигателей, так как вид частотного измерения оборотов, в этом случае, самый эффективный и распространённый.
  2. Радиоизмерительные. Нашли применение исключительно в радиотехнике и могут измерять широкий диапазон высокочастотного напряжения.

По конструкции частотомеры делятся на щитовые, стационарные и переносные. Естественно, переносные более компактные, универсальные и мобильные устройства, которые широко применяются радиолюбителями.

Для любого типа частотомера самыми важными характеристиками, на которые, в принципе, и должен обращать внимание человек при покупке, являются:

  • Диапазон частот, которые прибор сможет измерить. При планировании работы именно со стандартной промышленной величиной 50 Гц, нужно внимательно ознакомиться с инструкцией, так как не все приборы её смогут увидеть.
  • Рабочее напряжение в цепях, в которых будут проходить измерительные работы.
  • Чувствительность, эта величина более важна для радиочастотных устройств.
  • Погрешность, с которой он может производить замеры.

Мультиметр с функцией измерения частоты переменного тока

Самый распространенный прибор, с помощью которого можно узнать величину частотных колебаний и который находится в свободном широком доступе — это мультиметр. Нужно обращать своё внимание на его функциональные возможности, так как не каждый такой прибор сможет измерить частоту переменного тока в розетке или же другой электрической цепи.

Мультиметр

Такой тестер выполняется чаще всего очень компактным, для того чтобы в сумке он легко помещался, и был максимально функциональным, измеряющим помимо частоты также напряжение, ток, сопротивление, а иногда даже температуру воздуха, ёмкость и индуктивность. Современный вид мультиметра и его схема основаны чисто на цифровых электронных элементах, для более точного измерения. Состоит такой мультиметр из:

  • Жидкокристаллического информативного индикатора для отображения результатов измерения, расположенного, чаще всего, в верхней части конструкции.
  • Переключателя, в основном, он выполнен в виде механического элемента, позволяющего быстро перейти от измерения одних величин к другим. Нужно быть очень осторожным, так как, допустим, если измерять напряжение, а переключатель будет стоять на отметке «I», то есть сила тока, тогда следствием этого неминуемо будет короткое замыкание, которое приведёт не только к выходу со строя прибора, но может вызвать и термический ожог дугой рук и лица человека.
  • Гнезд для щупов. С их помощью непосредственно происходит электрическая связь прибора с измеряемым токопроводящим объектом. Провода не должны иметь потрескиваний и изломов изоляции, особенно это касается их наконечников, которые будут находиться в руках измеряющего.

Хотелось бы также упомянуть о специальных приставках к мультиметру, которые существуют и разработаны специально для того, чтобы увеличить число функций обычного прибора со стандартным набором.

Как выполняется измерение частоты

Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:

  1. Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
  2. Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
  3. Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.

Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.

Другие альтернативные методы измерения

Самый эффективный и простой способ проверки частоты — это использование осциллографа. Именно осциллографом пользуются все профессиональные электронщики, так как на нём можно визуально увидеть не только цифры, но и саму диаграмму. При этом нужно обязательно отключить встроенный генератор. Новичку в электронике будет довольно проблематично выполнить данные измерения с помощью этого прибора. О том, как пользоваться осциллографом, мы рассказали в отдельной статье.

Осциллограф

Второй вариант — это измерение с помощью конденсаторного частотомера, имеющего диапазон измерений 10 Гц-1 МГц и погрешность около 2%. Он определяет среднее значение тока разрядки и зарядки, которое будет пропорционально частоте и измеряется косвенно с помощью магнитоэлектрического амперметра, со специальной шкалой.

Ещё один метод называется резонансный и основан он на явлении резонанса, возникающего в электрическом контуре. Тоже имеет шкалу с механизмом точной подстройки. Однако промышленную величину в 50 Гц этим способом невозможно проверить, работает он от 50 000 Гц.

Также вы должны знать, что существует реле частоты. Обычно на предприятиях, подстанциях, электростанциях — это основное устройство, которым контролируют изменение частоты. Данное реле воздействует на другие устройства защиты и автоматики для поддержания частоты на необходимом уровне. Есть разные типы реле частоты с разным функционалом, об этом мы расскажем в других публикациях.

Все же мультиметры и электронные цифровые частотомеры работают на обычном счёте импульсов, которые являются неотъемлемой частью, как импульсного так и другого переменного напряжения, необязательно синусоидального за определенный промежуток времени, обеспечивая при этом максимальную точность, а также широчайший диапазон.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Теперь вы знаете, как выполнить измерение частоты тока в сети мультиметром и частотомером. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!
Будет интересно прочитать:

Источник

Частотомер. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Частотомер представляет собой специализированный измерительный прибор, созданный для определения частоты, то есть периода колебаний электросигнала. Частота – один из основных показателей тока. Она определяет число колебаний за определенный временной цикл. Измеряется частота в герцах, она обратно пропорциональна периоду колебаний. Элементы оборудования, работающие на электрическом токе, должны работать на токах определенной частоты. Именно поэтому так важны устройства для определения частоты протекающего тока.

Зная частоту, можно своевременно настроить, обслужить, диагностировать и выполнить регулировку оборудования разнообразного назначения, осуществить контроль протекания технологических процессов. Приборы для измерения частоты могут иметь разное конструктивное исполнение, что определяется их назначением и особенностями работы. Подобные приборы требуются во многих областях науки и промышленности. Особенное значение приборы для измерения частоты имеют в телекоммуникационной, радиоэлектронной и электротехнической деятельности.

Виды

Частотомер, исходя из метода измерения, может быть двух типов:

Chastotomer analogovyi

  1. Аналоговые, которые предназначены для оценки частоты.
  2. Приборы сравнения, к которым относятся резонансные, гетеродинные, электронно-счетные устройства и так далее.

Chastotomer elektronno-schetnyi

Аналоговые устройства предназначены в основном для определения колебаний синусоидального характера. Приборы сравнения применяются для измерения дискретных частот, гармонических параметров и так далее. Подобные устройства используются в большей части случаев для измерения частоты гармонического характера, находящихся в диапазоне 20-2500 Герц. Однако они имеют ограниченность использования, что вызвано невысокой точностью и высокой потребляемой мощностью.

В зависимости от типа конструктивного исполнения устройства бывают стационарными, переносными, либо щитовыми. Конкретный тип конструкции определяется областью применения устройства.

Больше всего распространены устройства прямого отсчета, то есть цифровые устройства. Они позволяют с удобством и высокой точностью измерять необходимые параметры частоты. Главная их особенность в том, что они подсчитывают число импульсов, поступающих от входного формирователя за конкретный период времени. Данный прибор способен измерить не только частоту, но также периоды времени и число импульсов.

Цифровые устройства позволяют выполнять с большой точностью исследования частот импульсного и гармонического характера в пределах 10 Гц – 50 ГГц. Подобные приборы в основном применяются для измерения частот, временных параметров.

Читайте также:  Альтернативных источников электрического тока
По принципу действия подобный частотомер можно классифицировать на 4 группы:
  1. Устройства средних значений, которые являются наиболее распространенными. При помощи этих устройств можно измерять среднее значение частоты за определенное время. Пределы измеряемых частот составляют от 10 герц до 100 мегагерц. При использовании специальных преобразователей данный предел можно расширить до 1000 мегагерц.
  2. Устройства мгновенных значений. При помощи них можно узнать частоту в узком диапазоне. Подобные приборы чаще всего применяют для измерения инфранизких и низких частот.
  3. Устройства номинальных значений применяются с целью исследования изменений частот в узких пределах. Процентные устройства измеряют частоту в относительных единицах.
  4. Следящие устройства лучше всего подходят для измерения средних частот. Они измеряют частоту непрерывно. Если говорить прямо, то все электронные, а также электромеханические устройства являются следящими. К их преимуществам можно отнести возможность создания отчетов в каждый момент времени. К следящим устройствам также относятся и многие цифровые приборы.

В отдельную категорию можно выделить устройства, которые расширяют функционал следящих устройств. Это могут быть сервисные или универсальные приборы. Сервисные устройства имеют малые габариты, так как в них применяются интегральные схемы. Чаще всего они применяются в качестве автономных устройств, переносных, а также встроенных агрегатов в структуре автоматизированных систем. Их можно использовать для измерения разных величин.

Универсальные аппараты в большинстве случаев многофункциональны. Они имеют конструкцию, которая позволяет задействовать сменные блоки. Благодаря этому можно существенно повысить их функциональность. Специализированные устройства заточены под конкретные параметры измерений, поэтому в большей части случаев у них более простая конструкция.

Устройство

Частотомер может иметь разное конструктивное исполнение. К примеру, электронно-счетное устройство выделяется блочно-модульным исполнением. Его базу составляет кроссплата, где монтируются модульные платы. От них выходят проводники на управляющие и индикаторные элементы, в том числе входящие и выходящие разъемы. Лампы и индикаторы находятся в модуле, которой расположен за панелью. Индикация осуществляется динамически.

В отдельной кассете находится блок питания и генератор. Имеется возможность подключить внешний генератор. Для защиты от перегрева используется термостат. Вычисление осуществляется с помощью декад и делителей. Кроме того, в состав устройства входят умножитель, узел сброса и самонастройки, автоматический блок и входной формирователь. В качестве элементной базы для этих элементов используются транзисторы. Подобные устройства уже считаются устаревшими, но все равно иногда применяются.

Самый простой частотомер производится на базе микросхем. В качестве входного элемента используется триггер Шмидта, трансформирующий напряжение синусоидального характера в импульсы одинаковой частоты. Чтобы триггер нормально работал, требуется конкретная амплитуда входного сигнала. Важно, чтобы она не была выше заданной величины. Чтобы повысить чувствительность, в устройстве может применяться дополнительный усилитель входящего сигнала. К примеру, для этого может быть использован полупроводниковый транзистор малой мощности либо аналоговая микросхема.

Когда колебания проходят через конденсатор, происходит усиление его показателей посредством второго конденсатора. После этого колебания направляются на вход триггера. Следующий конденсатор убирает обратную связь. Чтобы пользователь мог увидеть показатели частоты, используются стрелочные приспособления, а также подсвечиваемая шкала.

Принцип действия

Частотомер позволяет определить частоту тока в элементе какого-нибудь оборудования. Например, Вам надо получить схему, которая состоит из 2-х блоков: передатчика и приемника. До готовности передатчика можно задействовать генератор сигналов. Большинство генераторов способно обеспечить создание сигналов с разными параметрами.

Чтобы точно определить частоту сигнала необходимо подключить генератор к входу устройства для измерения частоты. У ряда генераторов имеются встроенные модули, предназначенные для определения частоты. Цифровой частотомер использует счетно-импульсный принцип, благодаря которому счетный блок подсчитывает число импульсов, поступающих на вход за конкретный период времени. То есть устройство осуществляет подсчет числа импульсов, период времени определяется с помощью опорных частот.

На входе устройства измеряемое колебание усиливается, превращаясь в последовательность усиленных импульсов с такой же частотой, которую и необходимо измерить. В то же время кварцевый генератор создает последовательность эталонных импульсов, которые приводят к старту схемы управления. В качестве нее выступает стробирующая схема. Она задает стандартное время измерений, за которое подаются колебания на вход. Счетчик устройства подсчитывает импульсы за данный период времени. Их количество выводится на цифровом индикаторе. В случае необходимости нового измерения имеется кнопка, которая направляет сигнал на схему сброса. Она ставит счетчик в нулевое положение.

Применение

Chastotomer universalnyi

Универсальный частотомер в большинстве случаев используется для автоматизированного определения частоты, непрерывности сигналов, времени, пика напряжения, которое является входящим. Также устройство применяется с целью исследования времени прохождения импульсов, времени, фазового сдвига между сигналов, исследования отношений частотных характеристик, подсчитывания количества импульсов.

Частотомер в большей части случаев используется с целью настраивания, испытания и калибрующих работ в разнообразных устройствах. К примеру, это могут быть преобразователи, генераторы, фильтрующие устройства. Частотомеры часто применяют для настраивания оборудования связи и так далее. Они довольно часто применяются в связном деле, измерительной технике, навигации, локации, ядерной физике, электронике, а также при создании, изготовлении и эксплуатации радиоэлектронных устройств.

Источник



Измерение частоты и периода электрических сигналов

Не так часто приходится узнавать именно частоту переменного тока, по сравнению с такими показателями, как напряжение и сила тока. Например, для того чтобы измерить силу тока можно воспользоваться измерительными клещами, для этого даже необязательно контактировать с токопроводящими частями, да и напряжение проверяет любой стрелочный или цифровой мультиметр. Однако, чтобы проверить частоту, с какой меняется полярность в цепях переменного тока, то есть количество его полных периодов, используется частотомер. В принципе, прибор с таким же названием может измерять и количество механических колебаний за определённый период времени, но в этой статье речь пойдёт исключительно об электрической величине. Далее мы расскажем, как проводится измерение частоты переменного тока мультиметром и частотомером.

Как выполняется измерение частоты

Перед тем как пользоваться мультиметром, а в частности, частотомером, внимательно нужно ознакомиться ещё раз с теми параметрами, которые он имеет возможность измерять. Для того чтобы правильно произвести их замер нужно освоить несколько этапов:

  1. Включить прибор соответствующей кнопкой на корпусе, чаще всего она выделена ярким цветом.
  2. Установить переключатель на измерение частоты переменного тока.
  3. Взяв в руки два щупа и подключив их, согласно инструкции в соответствующие гнёзда, произведём опробование измерительного устройства. Для начала нужно попробовать узнать частоту напряжения в стандартной сети 220 Вольт, она должна равняться 50 Гц (отклонение может быть в несколько десятых). Эта величина чётко контролируется поставщиком электрической энергии, так как при её изменении могут выйти из строя электроприборы. Поставщик отвечает за качество предоставляемой электроэнергии и строго соблюдает все её параметры. Кстати, такая величина является стандартной не во всех странах. Присоединив выводы частотомера к выводам розетки, на приборе высветится величина около 50 Гц. Если показатель будет отличаться, то это будет его погрешностью и при следующих измерениях это нужно будет обязательно учесть.

Далее, можно смело производить необходимые замеры, помня что частота есть только у переменного вида напряжения, постоянный ток не имеет изменяющегося периодически значения.

Конструкция мультиметра


Тестер со встроенным частотомером — отличное приспособление для измерений, но существует ряд альтернативных методов, изучить которые можно ознакомившись со строением прибора.
Основной состав данного аппарата включает в себя функции амперметра, омметра и вольтметра. Используют такое приспособление при замерах постоянного и переменного напряжения, а также сопротивления.

Наиболее распространенной моделью данного прибора является цифровая, поскольку она, в отличии от аналоговой, позволяет произвести более точные замеры. Классическая конструкция включает в себя:

  • Индикатор. Он расположен в верхней части аппарата и служит экраном, на котором отображаются данные проверки.
  • Переключатель. Позволяет выбирать пределы показателей и величины. Вокруг переключателя нанесена шкала, которая в большинстве современных аппаратов имеет пять диапазонов. Первое значение указывает на 200 Ом. Если установить переключатель на эту шкалу, то измерить сопротивление больше данного показателя не будет возможности. Также шкала включает в себя показатели переключения между постоянным и переменным током, и значок прозвонки.
  • Гнезда для щупов. Позволяют подключить к тестеру измеряемый прибор. В большинстве моделей в нижней части размещено три разъема. Для тех же, кто интересуется тем, как замерить частоту мультиметром, необходимо обратить внимание на модели со специальными функциями. Помимо данного показателя, померить тестером можно индуктивность, температуру, электрическую емкость. Наличие дополнительных функций существенно влияет на стоимость, потому не каждый может позволить себе приобрести для применения в быту такое приспособление. Отличным решением может стать приставка к мультиметру. Она позволяет при помощи аппарата со стандартным набором функций измерить нужный показатель.

Измерение частоты электрического сигнала

Измерение частоты электрического сигнала производится двумя методами: непосредственной оценки и методом сравнения.

Для ее измерения методом непосредственной оценки применяют цифровые, конденсаторные и логометрические частотомеры (ЧМ). Для измерений методом сравнения применяют осциллографы, гетеродины и резонансные ЧМ.

Измерение с помощью конденсаторных ЧМ выполняется по схеме приведенной на рис 1. Принцип определения основывается на измерении силы тока на выходе схемы.

Формирователь импульсов ФИ преобразовывает входной сигнал в серию импульсов, имеющую частоту входного сигнала fx

. Переключатель В коммутируется из одного положения в другое, в соответствии с частотой воздействующего на него сигнала.

Читайте также:  Почему кофемашина бьет током

В одном из положений переключателя В

, замыкается схема заряда конденсатора
С
от источника стабильного напряжения ИСН. Затем переключатель В переходит во второе положение, происходит разряд конденсатора.

В цепи разряда устанавливается амперметр. Количество электричества, полученное конденсатором при заряде и отданное им же амперметру, находится из выражения:

Если же коммутации переключателя В будут происходить fx

раз в секунду, то ток на выходе схемы будет определяться выражением:

Откуда может быть найдена:

Если поддерживать параметры схемы С(U1-U2)

постоянными, то шкалу амперметра можно проградуировать в единицах измерения частоты.

Достаточно простым и наглядным является способ определения данного параметра с помощью осциллографа. Такой способ измерения пригоден для значений, находящихся в пределах полосы пропускания электронно-лучевых трубок.

Наиболее точные результаты получаются при сравнении двух колебаний синусоидальной формы на экране осциллографа. Один из сигналов, например известной величины, подают на горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, второй измеряемый сигнал, соответственно подается на вторую пару, вертикально отклоняющие пластины.

Далее, регулированием частоты известного сигнала добиваются появления на экране фигуры Лиссажу, которые могут иметь самые замысловатые формы.

Кратность частот определяется по количеству пересечений фигурой Лиссажу горизонтальной и вертикальной осей координат. На рисунке фигура пересекает ось ординат 4 раза, а ось абсцисс – 2 раза.

Соответственно соотношение nг/nв=2/4=1/2

, это означает, что
fг/fв
также соотносится как 1/2. При условии, что известный сигнал имеет стандартное значение 50 гц, а измеряемый
fx
подавался на вертикальные пластины:

fx=fв=fг*2=100Гц;

Такой метод применяют при кратности частот не более 10, так как при большем соотношении фигура Лиссажу имеет очень много пересечений, и расшифровка диаграммы становится затруднительной.

При большей кратности применяют метод круговой развертки. На вход схемы подается сигнал с известной частотой fo

. По средствам реактивных элементов
R
и
C
, фазы сигналов на вертикальных и горизонтальных пластинах осциллографа сдвинуты на 90 эл. градусов.

Если сигнал измеряемой частоты fx

подать на электрод, управляющий яркостью свечения трубки, на экране осциллографа высветится окружность со светлыми и темными полосами. Количество штрихов будет равно кратности
fx/fo=n
. Для диаграммы рис 3 эта кратность составляет 6.

Если искомая частота меньше образцовой, то на отклоняющие пластины подают измеряемый сигнал, а модуляцией яркостью управляют образцовым.

Цифровой ЧМ работает по принципу подсчета импульсов N

за высокоточное время измерения
Ти
. Если время
Ти
равно 1 секунде, то измеряемый параметр находится непосредственно по формуле:

Входное устройство ЦЧ

представляет собой широкополосный усилитель (10 Гц–3,5 МГц ) предназначенный для согласования
ЦЧ
с источником сигнала, а также его усиления или ограничения, запускающего формирователь импульсов
ФИ
.

Блочная схема цифрового частотомера

служит для преобразования сигналов синусоидальной или любой другой формы в серию импульсов с большой крутизной фронтов, независимо от его вида. Частота серии импульсов соответствует частоте входного сигнала.

Временной селектор выполняет функцию электронного ключа. Он открывается на высокоточное время, получив сигнал от устройства управления. В открытом состоянии он пропускает определенную серию сигналов на электронный счетчик. Цифровой индикатор автоматически выдает результат измерений в именованных единицах.

Устройство управления с помощью генератора меток времени, выдает строб импульс на открытие временного селектора, управляет электронным счетчиком.

Последний служит для подсчета импульсов N

, а также преобразования двоично-десятичного кода с весами 8-4-2-1 в десятичный сигнал.

Гетеродинный способ измерения заключается в сравнении двух частот. Гетеродином называют генератор малой мощности с регулируемой частотой. Измеряемый сигнал fx

и сигнал гетеродина
fo
подают на смеситель. На выходе этого устройства появляется множество сигналов, в том числе и с
F=fx–fo
.

выделяется из всего потока, усиливается и передается на индикаторное устройство. Индикатором в такой схеме может быть телефон, амперметр или осциллограф. С помощью гетеродина

регулируют так, чтобы
F
было равно 0, либо равно какому-то фиксированному значению. Зная величину
F
и
fo
, вычисляют
fx
.

ЧМ, использующие явление резонанса содержат входное устройство, согласующее источник сигнала с колебательным контуром прибора.

Резонанс настраивается с помощью переменного конденсатора. Такие приборы используют для вычисления частот до 200 МГц.

Наступление резонанса фиксируют индикатором по наибольшим показаниям, пропорциональным току или напряжению в колебательном контуре. fx

непосредственно определяют по шкале калиброванного элемента настройки, или с помощью специальных таблиц.

Методы измерения частоты и применяемые приборы

Измерение основной физической величины — времени и ее производной — частоты, а также воспроизведение и хранение единиц ; их измерения лежат в основе большинства измерительных задач. Основой частотно-временной аппаратуры является группа стандартов частоты, включающая водородный, рубидиевый, цезиевый и кварцевый стандарты, которые хранят единицу времени — секунду и единицу частоты — герц.

Приборы для измерения частоты, называемые частотомерами, делятся на резонансные 42, электронно-счетные 43, гетеродинные 44, и др. Измерять частоту можно разными приборами и методами. Промышленность выпускает стрелочные частотомеры (43-1, 43-7 и др.), которые позволяют отсчитывать частоту непосредственно по шкале используемого в нем стрелочного прибора в диапазоне от 10 Гц и до 500 кГц. Отклонение стрелки прибора зависит от усредненного значения тока заряда или разряда образцового конденсатора, перезаряжаемого напряжением измеряемой частоты. Поскольку ток в цепи прямолинейно зависит от напряжения, такие частотомеры имеют равномерную шкалу и обладают относительно большим входным сопротивлением.

Рис. 43. Функциональная схема гетеродинного частотомера

Для измерения высоких частот и СВЧ используют методы сравнения измеряемой частоты с известной частотой собственных колебаний в резонансной системе. Рассмотрим эти методы.

Гетеродинный метод основан на сравнении исследуемых колебаний fx с колебаниями градуированного высокоточного генератора (гетеродина) fэт с помощью смесителя. На рис. 43 показана функциональная схема гетеродинного частотомера (волномера), состоящего из гетеродина Г, смесителя С и выходного прибора ВП (индикатора), в котором сравнение частоты колебаний производится методом биений.

Принцип измерения состоит в следующем. На блок смесителя подается колебание высокостабильной частоты fэт от гетеродина и колебание частоты fх. С выхода смесителя колебание разностной частоты биений fзв подается на выходной прибор, отградуированный в соответствующих единицах измерений (частотах или длинах волн). Несмотря на простоту устройства, гетеродинные частотомеры позволяют измерять частоту в пределах 30—’ 3000 МГц с высокой точностью.

В основу резонансного метода измерения частоты положено явление электрического резонанса. Волномеры состоят из высокодобротного контура, механизма настройки и индикатора.

В зависимости от диапазона измеряемых частот колебательный контур частотомера может выполняться из высокодобротного контура LC с сосредоточенными постоянными, либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора.

Функциональная схема резонансного частотомера показана на рис. 44. На измеряемую частоту настраивается в резонанс контур ЬКС«.

Зная индуктивность
LK
и емкость Ск, легко вычислить изме­ряемую частоту. Наличие резонанса в контуре
LKCb
регистрирует­

ся по максимальному показанию индикатора. Обычно резонансный частотомер имеет набор сменных катушек LK,

позволяющих пере­крыть диапазон частот от нескольких сотен килогерц до несколь­ких десятков мегагерц.

Резонансные частотомеры сверхвысоких частот состоят из коаксиальных и объемных резонаторов. Отрезок коаксиальной линии, представляющей собой колебательный контур, связывается с источником колебаний (генератором) и детектором петлями свя­зи (рис. 45). Настройка контура в резонанс осуществляется изменением длины I

внутреннего проводника коаксиальной линии. Если на длине отрезка линии укладывается четверть волны изме­ряемого колебания, возникает резонанс. Момент настройки в резо­нанс отмечают по максимальному отклонению стрелки индикато­ра, включенного в цепь детектора. Измерение исследуемой длины волны состоит в нахождении двух соседних резонансов в линии и определении расстояния между ними; оно равно половине длины волны исследуемого колебания. Резонансные волномеры позволя­ют измерять длины волн от нескольких сантиметров до нескольких дециметров.

Отечественная промышленность выпускает большую номенкла­туру частотомеров для измерения в диапазоне СВЧ: например, резонансные коаксиальные частотомеры на частоты от 40 до 10700 МГц (Ч2-2А и 42-37) и волноводные на частоты от 8 до 16,6 ГГц (42-33 и 42-31). Типы частотомеров и измеряемый ими диапазон частот приведены на рис. 46.

Для осуществления автоматического измерения частоты в диа­пазоне до 10 ГГц предназначен резонансный волноводный пано­рамный частотомер 42-55, который позволяет осуществлять авто­матическое измерение по индикатору прибора одновременно нескольких частот, излучаемых генераторами СВ4. Он широко

применяется при проверке и ремонте генераторов в лабораторных и производственных условиях. Частотомер выполнен полностью на полупроводниковых приборах, погрешность измерений 0,5%, чувствительность 5-10

3 мВт. Габариты прибора 480X255X480 мм, масса 28 кг.

Для лабораторных измерений частоты применяют электронносчетные частотомеры, выдающие результаты измерений в цифровой форме.

Действие этих при­боров основано на преобразо­вании измеряемого синусои­дального напряжения в корот­кие прямоугольные импульсы, соответствующие измеряемой частоте. Эти импульсы регист­рируются счетчиком.

Например, за 1 с счетчик регистрирует 1 • 106 импульсов, значит, измеряемая частота будет равна 1 МГц. Такие ча- тотомеры облегчают процесс измерения в широких преде

лах частот (от нескольких герц до сотен мегагерц), период следо­вания и длительность импульсов. Они также могут быть исполь­зованы в качестве источников кварцованных частот, датчиков ка­либрованных интервалов времени и др.

Электронно — счетные частотомеры (универсальные ЧЗ-47А, 43-49 и упрощенные 43-44, 43-45, 43-46) осуществляют програм­мируемое измерение частоты радиосигналов от долей герца до СВ4-диапазонов с погрешностью ±5-10-9 и интервалов времени от 1 до 104 мкс с погрешностью ±0,1 мкс. Они выдают результаты измерений в коде, обеспечивающем математические вычисления, статистическую обработку и регистрацию их в цифровой и анало­говой формах.

Источник