Большая энциклопедия техники

Частотомеры предназначены для произведения электроизмерительных и радиоизмерительных работ, поэтому они могут рассматриваться как электроизмерительные частотомеры и радиоизмерительные частотомеры. Электроизмерительные частотомеры включают в себя аналоговые стрелочные частотомеры всевозможных системных решений, вибрационные, конденсаторные, электронно-счетные частотомеры; радиоизмерительные частотомеры – резонансные, гетеродинные, конденсаторные, электронно-счетные частотомеры.

Аналоговые стрелочные частотомеры подразделяются относительно входящего в них измерительного приспособления: электродинамические, электромагнитные, магнитоэлектрические.

Разработаны частотомеры такого типа на основе применения частотозависимой цепи, характеризуемой взаимодействием модуля полного сопротивления относительно частоты. В аналоговом устройстве предусмотрен измерительный механизм, в роли которого в основном выступает логометр. Логометр представляет собой устройство с двумя плечами, на одно плечо поступает определяемый сигнал, проходя частотонезависимую цепь, на второе сигнал поступает сквозь частотозависимую цепь. Также логометр оснащается ротором со стрелкой, который в результате взаимодействия магнитных потоков фиксируется в положении, показываемом отношением токов в обмотках.

Вибрационные (или язычковые) частотомеры относятся к устройствам с наличием мобильного компонента, представленного в виде комплекта упругих деталей, например язычков или пластин. Подвижные части включаются в резонансное колебание в результате воздействия на них переменным магнитным или электрическим полем.

Гетеродинные частотомеры разработаны на принципе исследования сравнения между частотами входного сигнала и частотой перестраиваемого генератора – гетеродина, используя метод нулевых биений.

Рабочее состояние идентично работе резонансного частотомера, описанного ниже.

Резонансные частотомеры созданы на рассмотрении сравнительных характеристик частоты входного сигнала и собственной резонансной частоты перестраиваемого резонатора, в роли которого могут выступать колебательный контур, отрезок волновода как объемный резонатор, четвертьволновой отрезок линии.

Цепочка действия следующая: контролируемый сигнал, проходя входные цепи, отправляется на резонатор, поступив на резонатор, сигнал, проходя детектор, отправляется на индикаторное приспособление, например гальванометр. Частотомер может оснащаться усилителями, которые усиливают чувствительную способность частотомера. Резонатор при помощи оператора настраивается относительно максимального значения индикатора, отсчет частоты производится относительно лимба настройки.

Электронно-счетные частотомеры очень широко примененяются, так как обладают широким диапазоном частот в пределах от долей герца до десятков мегагерц. Чтобы увеличить диапазон до сотен мегагерц и десятков гигагерц, частотомер оснащается вспомогательными блоками, которые характеризуются как делители частоты и переносчики частоты. Электронно-счетные частотомеры также отличаются универсальностью, достаточно высокой точностью. Частотомеры этого типа могут производить измерения периода движения импульсов, отслеживать промежутки времени, возникающие между импульсами, исследовать взаимодействие двух частот. Отмечено их применение как счетчиков численности импульсов. Электронно-счетные частотомеры могут производить работу, сочетая несколько способов измерения, например гетеродинный и электронно-счетный способы, при этом существенно расширяя диапазон измерения, создавая нахождение несущей частоты импульсно-модулированных сигналов.

Наипростейший частотомер изготавливается при помощи логических элементов одной микросхемы, прибор такого типа используется для измерения частоты переменного напряжения в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. В этом приборе роль входного элемента играет триггер Шмита, который трансформирует на входе переменное напряжение синусоидальной формы в импульсы прямоугольной формы равной частоты. Для работы триггера требуется наличие определенной амплитуды входного сигнала, которая не должна превышать пороговую величину. Шкала частотомера задается как общая для всех диапазонов измерения, к тому же практически равномерная. Необходимо задать начальную границу и конечную границу шкалы относительно всех диапазонов, в основном это поддиапазон 20—200 Гц, под который ориентируются частотные границы остальных двух поддиапазонов. Для поддиапазона 200—2000 Гц результат измерения, полученный при помощи шкалы, увеличивается в 10 раз, а для поддиапазона 20 кГц увеличение производится в 100 раз.

Для повышения чувствительности частотомера используется введение вспомогательного усилителя входного сигнала, в роли которого могут выступить маломощный полупроводниковый транзистор или аналоговая микросхема в виде трехступенчатого усилителя для видеоканалов телевизионных приемников, характеризуемых наличием большого коэффициента усиления. Частота может иметь синусоидальные, прямоугольные, пилообразные колебания, а также колебания другого вида. Колебания, проходя первый конденсатор, поступают на вход микросхемы, затем производится усиление на выходе микросхемой через второй конденсатор, и колебания отправляются на вход триггера Шмита. Еще один конденсатор включен для ликвидации внутренней отрицательной обратной связи, которая уменьшает усилительные характеристики микросхемы.

Частотомер для измерения КСВ предназначен для нахождения величин мощности, при прямой отраженной волне отображается стрелочными приспособлениями с наличием подсвечиваемой шкалы. Частотомер такого типа работает в режиме калибровки и режиме определения в результате демпфонирования индикаторов, осуществляя измерения флуктуирующих сигналов. Прибор есть объединение двух частотомеров, его задняя панель оснащена двумя парами разъемов, при этом одна пара ориентирована на произведение замеров КСВ, мощности в частотном диапазоне 1,8—160 МГц, вторая пара рассчитана на диапазон 140—525 МГц.

Частотомер на базе звуковой карты разработан для произведения измерения частоты звукового сигнала, который непосредственно подается на линейный вход звуковой карты.

Вибрационные и аналоговые частотомеры используются в качестве контролеров сети электропитания. Гетеродинные частотомеры применяются для создания и отслеживания настройки, эксплуатации, для контролирования над приемопередающими устройствами, для измерения несущей частоты модулированных сигналов. Электронно-счетные частотомеры используются для обслуживания, регулировки, диагностики радиоэлектронных устройств разнообразного направления, также применяются для произведения контроля рабочих состояний радиосистем, технологических процессов. Резонансные частотомеры служат для настройки, обслуживания, а также для произведения контроля над действием приемопередающих приспособлений и определения несущей частоты модулированных сигналов.

Часы

Часы – измерительный прибор, с помощью которого определяют текущее время – часы, минуты, секунды. Потребность знать время была всегда, и это способствовало созданию устройств для его определения. Самый первый прибор подобного рода появился уже за 3000 лет до н. э. – это были солнечные часы. Они представляют собой горизонтальный или вертикальный прямоугольный циферблат с пластиной-стержнем, тень от которого и показывает время на этом циферблате. Первые часы в древности имели, как правило, горизонтальные циферблаты. В Средние века стали отдавать предпочтение вертикальным. Следующими после солнечных были изобретены водяные и песочные часы, это было преимуществом, так как солнечные могли показать время только днем, и то в солнечную погоду. Водяные же часы показывали время и днем, и ночью, но не очень точно. Конструкция водяных часов – это сосуд с временной шкалой, в сосуд капала вода из другой емкости, и повышение уровня воды показывало на шкале время. Но измерить время можно не только поступательным или вращательным движением, но и колебательным движением, и время будет отсчитываться по числу колебаний. Первые механические часы были изобретены в XIV в., они имели шпиндельный механизм с гирями, у них была только одна часовая стрелка, и они тоже не обладали точностью хода. В XVI в. в Германии появились карманные часы, также со шпинделем, но вместо гирь с пружиной, имевшие неточные показания. Механические маятниковые часы создал в 1657 г. Х. Гюйгенс, что сделало отсчет более точным. В 1675 г. в Великобритании У. Клемент использовал крючковой механизм вместо шпиндельного, Дж. Грагам – анкерный механизм. В 1675 г. Гюйгенс изобрел балансовый регулятор. Устройство представляло собой систему, состоящую из колеса-баланса и спирали. Баланс – колесо на стальной оси, к которой прикреплена спираль-пружина одним концом, другой ее конец крепится к опоре, которая неподвижна. Эта балансовая система, совершающая колебательные движения вокруг своей оси, и период ее колебаний определен инерцией баланса и жесткостью пружины. Это устройство обладало надежностью в эксплуатации и достаточной точностью. В середине XVIII в. с изобретением свободного анкерного механизма повысилась точность часов. Но в балансовых часах со стальной спиралью на погрешность влияет температура воздуха, что составляет 11 с за сутки. В XVIII в. в балансовой системе П. Леруа использовал компенсационные грузы для устранения температурной зависимости. В России созданием часовых устройств занимались известные изобретатели Т. И. Волосков, Кулибин, И. П. Носов, Д. И. Толстой. В конце ХК в. Ш. Э. Гильом изобрел специальные материалы с минимальным термоэластичным коэффициентом, что делало влияние температуры практически несущественным. Для часовых маятников этот материал назывался инвар, для спиралей – элинвар.

Современные часы различаются по назначению и по типу колебательной системы.

По назначению часы бывают и бытовыми, и специализированными. Бытовые – это настольные, настенные, наручные, карманные; специализированные – это дорожные, подводные, антимагнитные, сигнальные, программные, процедурные, табельные, астрономические. Типы колебательных систем – это балансовые, камертонные, маятниковые, кварцевые, квантовые.

Механические часы. Конструкция включает систему зубчатых колес, двигатель, пружину, спусковой механизм, стрелочный механизм, механизм заводки – барабан-регулятор. Часы имеют часовые, минутные и секундные стрелки. Есть модификации, которые показывают числа, дни, месяцы, есть конструкции, имеющие дополнительный завод в виде качающегося груза, который качанием и заводит пружину.