Рис.6

Після закінчення дії імпульсу перемикач повертається у початковий стан і з'єднує конденсатор із резистором R. Конденсатор розряджається, і через резистор проходить струм розряду, середнє значення якого прямо пропорційне вимірюваній частоті:

Напруга на резисторі Rпрямо пропорційна струму, тому середнє значення напруги на резисторі U_x =RQ₀ f_x виділяється фільтром низької частоти і вимірюється вольтметром магнітоелектричної системи.

1.7 Гетеродинний вимірювальний перетворювач частоти

Перетворення частоти сигналу широко застосовується в різних радіотехнічних пристроях. Суть частотного перетворення сигналу полягає у тому, що синусоїдний сигнал u_x (t) =U_х √2sin (2πf_x t+Ψ_x ) з вимірюваною частотою f_x перемножується із зразковим сигналом u₀ (t) =U₀ √2sin (2πf₀ t+Ψ₀ ) з відомою частотою f₀ :

(1)

Як відомо з тригонометрії, добуток двох синусоїдних функцій виражається через різницю синусоїдних функцій:

(2)

Застосовуючи тригонометричну тотожність (2) до добутку (1), отримаємо

Отже, на виході перемножувача буде сума двох коливань: одне з коливань має частоту f_x -f₀ , а друге - частоту f_x +f₀ . Пристрій, за допомогою якого здійснюється перемножування двох синусоїдних сигналів, називається "амплітудним модулятором", "змішувачем", "перемножувачем". За допомогою електронних фільтрів можна виділити із суми двох коливань одне. Здебільшого на практиці виділяють коливання з різницевою частотою f_x -f₀ . Якщо плавно змінювати частоту f₀ зразкового генератора, то частота f_x -f₀ наближатиметься до нуля. Це можна зафіксувати за допомогою осцилографа або на слух за допомогою головних телефонів за висотою тону.

1.8 Частотомір із перетворенням похибки квантування в інтервал часу

Основною похибкою, яка обмежує точність частотомірів, є похибка квантування. Перетворенням похибки квантування Δtв електричний заряд q, а заряду в інтервал часу ΔT (у десятки разів більший за Δt) і наступним вимірюванням інтервалу ΔTможна в десятки разів підвищити точність вимірювання частоти. Цей спосіб застосовується у цифровому універсальному частотомірі 43-64, генератор квантувальних імпульсів якого має частоту 100 МГц. На першому етапі вимірювання вимірюваний інтервал часу Т_х квантується імпульсами з періодом Т₀ =1·10^-8 с. При цьому виникають похибки Δt₁ і Δt₂ . Сумарна похибка перетворюється в заряд конденсатора. Впродовж інтервалу Δt₁ відбувається заряджання, а протягом інтервалу Δt₂ - розряджання конденсатора струмом 1·10^-6 А. Далі конденсатор розряджається струмом 1·10^-7 А. Тривалість розряджання дорівнює ΔТ=10·Δt=10· (Δt₁ -Δt₂ ). Потім ΔTквантується імпульсами з періодом Т₀ =1·10^-8 с. Таким чином, похибка зменшується з 1·10^-8 с до 1·10^-9 с.

ІІ. Механічна частина

2.1 Вимірювання частоти електричної напруги

На підприємствах енергетичного профілю частоту найчастіше вимірюють за допомогою частотомірів, використання яких не викликає ніяких труднощів. Більшість частотомірів приєднують безпосередньо до мережі, частоту котрої необхідно виміряти, або до окремого джерела живлення змінного струму, частоту напруги якого слід контролювати. Необхідно лише впевнитись, що номінальна величина напруги мережі чи окремого джерела збігається з номінальною величиною напруги частотоміра, а також у тому, чи довіряти показанням частотоміра зразу ж після вмикання під напругу, чи лише після певного часу його роботи. Цей час може бути необхідний, щоб частини частотоміра, що містяться всередині його корпуса, нагрілися власним теплом, яке виникає в обмотках та осердях частотоміра, до належної температури.

Крім того, ще до встановлення і приєднання частотоміра необхідно впевнитись у відповідності умов у помешканні, де намічено встановити частотомір, тим умовам, які передбачені технічним описом приладу.

Більшість частотомірів, що застосовуються на електричних станціях та в енергосистемах, мають обмежену точність (клас їхньої точності 1,5; 1,0; 0,5; 0,2).

Разом з тим ці частотоміри потребують періодичної повірки, перш за все відомчої, яку з дозволу Державних метрологічних органів проводять метрологічні підрозділи підприємств і організацій, де експлуатують прилади. Повірка необхідна також після ремонту приладів.

При таких повірках необхідно забезпечити клас точності зразкового засобу вимірювання у 4.5 разів вищий за клас приладу, що повіряється. Якщо зразкових приладів необхідного класу точності немає, то використовують метод порівняння частот зразкового високоточного вимірювального генератора і джерела напруги змінної частоти, від якого живиться частотомір, що проходить повірку. Використовують ще і метод вимірювання частоти за допомогою частотомірного мосту.

Безпосереднє вмикання частотоміра на генератор зразкових частот часто буває неможливим через малу потужність таких генераторів.

Досить надійним методом порівняння двох частот є метод биття, реалізація якого можлива згідно зі схемою рис.7.

На цьому рисунку позначено:

ЗГ - генератор зразкової частоти; ГЧ - генератор змінної частоти живлення приладу; ЧМ - частотомір, що повіряється; П1, П2, П3 - підсилювачі; І - індикатор наявності коливань напруги; П - потенціометр.

Для чіткої роботи схеми необхідно, щоб підсилювачі П1 і П2 були однотипними, а величини напруг на їхніх виходах - однаковими (щоб досягти цього, у схемі є потенціометр П, за допомогою якого на вході до підсилювача П2 можна встановити яку завгодно величину напруги).

Індикаторний прилад І - це прилад для вимірювань постійного струму з нульовою позначкою посередині шкали. Він має бути здатним витримувати величину напруги змінного струму, яка виникає на виході підсилювача П3 при появі на його вході складених напруг, створених підсилювачами П1 і П2.

Рис.7 Точне вимірювання частоти методом биття

Порядок повірки частотоміра на подібній вимірювальній схемі може бути таким. Генератором зразкової частоти ЗГ встановлюють значення однієї з частот, вимірюваних частотоміром ЧМ. Генератором ГЧ встановлюють приблизно таку саму частоту (за показаннями частотоміра ЧМ), після чого звертають увагу на показання індикатора І. Якщо величини обох частот мало відрізняються між собою, то між напругами, що є на виходах підсилювачів П1 і П2, виникає биття - тобто почергове складання і віднімання миттєвих значень цих напруг.

Змінюючи величину частоти генератора ГЧ, досягають такого стану, при якому частота биття напруги стане зовсім малою (десь одне коливання за 5.10 с). У цьому разі можна вважати, що частоти напруг генераторів ЗГ і ГЧ зрівнюються.

Якщо в цей час показання покажчика частотоміра, що проходить повірку, відрізняється від частоти, генерованої генератором ЗГ, то, віднявши від показу частотоміра ЧМ (у герцах) дійсну частоту, з якою працює генератор ЗГ, можна визначити величину похибки частотоміра.

Метод биття можна застосовувати у виробничих лабораторіях при повірках частотомірів завдяки нескладності потрібного обладнання та достатньо високої точності вимірювань.