Bài giảng Kỹ thuật đo lường (Trương Thị Bích Thanh) - Chương 11 Đo tần số

Chương 11: Đo tần số Nội dung     Khái niệm chung Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng Đo tần số bằng phương pháp so sánh Tần số kế vạn dùng vi xử lí Khái niệm chung     Tần số sớ các chu kì lặp lại thay đởi tín hiệu đơn vị thời gian Tần số góc tức thời ω(t) = dψ/dtt) = dψ/dtdt Lựa chọn phương pháp đo tần số xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo dạng đường cong cơng suất nguồn tín hiệu có tần sớ cần đo số yếu tố khác Đo tần số tín hiệu điện :  phương pháp biến đổi thẳng : tần số kế cộng hưởng, tần số kế điện, tần số kế tụ điện, tần số kế thị số  phương pháp so sánh : osciloscope, cầu xoay chiều phụ thuộc tần số, tần số kế đổi tần, tần số kế cộng hưởng Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Tần số kế cộng hưởng điện từ  Đo tần số lưới điện công nghiệp  Cấu tạo:  Nam châm điện  Các thép gắn chặt đầu, đầu dao động tự  Nguyên biên lý làm việc độ dao động kim loại lớn ứng với tần số khắc độ mặt số  Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, bền  Nhược điểm : Giới hạn đo hẹp (t) = dψ/dt45Hz ÷ 55Hz) hay (t) = dψ/dt450Hz ÷ 550Hz) khơng sử dụng nơi có độ rung lớn thiết bị di chuyển Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Tần số kế điện  Tần   số kế điện động sắt điện động Cấu tạo:  cuộn tĩnh A mắc nối tiếp với cuộn động B2 nối tiếp với các phần tử R2 , I2 , C2  cuộn động B1 mắc nối tiếp với C1 Nguyên lý làm việc f x0  2 L2 C ỉI cos y ỉX 1` ÷ 2÷ ç ç ÷ ÷ a =Fç = F ç ÷ ữ ỗ ỗ ữ ố ữ ỗ ỗX ứ ốI cos y ø 2 X1 = 1/dtωx.C1 X  x L2   x C α = Φ(t) = dψ/dtf2x) Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Tần số kế điện  Tần  số kế dùng logomet điện từ Cấu tạo:  Cuộn thứ nối với điện trở R1 điện cảm L1  Cuộn thứ nới với điện trở R2 , L2 , C2 • Nguyên lý làm việc Khi tần số cần đo tín hiệu thay đởi các dịng điện I1 I2 thay đổi không giống Tỉ số dịng (t) = dψ/dtI2/dtI1) thay đởi  góc lệch α tỉ lệ với tần số Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Tần số kế điện tử  Tần  • • sớ kế điện dung dùng đổi nối điện tử Nguyên lý hoạt động dựa việc đo giá trị trung bình dịng phóng I tụ điện, phóng nạp có chu kì cùng nhịp với tần số cần đo Điện lượng mà tụ C nhận nạp bằng điện lượng truyền cho cấu thị q = C(t) = dψ/dtU1 – U2) Giá trị trung bình dịng phóng chu kì : I = q.fx = C(t) = dψ/dtU1 – U2).fx Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Tần số kế điện tử  Tần  số kế điện dung dùng chỉnh lưu Nguyên lý hoạt động Nhờ mạch tạo xung, điện áp có tần sớ cần đo fx biến thành xung vng Góc lệch α cấu thị tỉ lệ với dịng điện trung bình α = S1.I = S1.q.fx = S1.C.Um.fx Ưu điểm : có khả đo trực tiếp dải tần số rộng Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Cầu đo tần số Để đo tần sớ, dùng cầu đo mà điều kiện cân bằng cầu phụ thuộc vào tần số nguồn cung cấp  Phép đo tần số thực hiện bằng điều chỉnh các thông số nhánh RLC cho nhánh cộng hưởng tại tần số cần đo fx để đạt điều kiện cầu cân bằng  Nhược điểm: khó chế tạo cuộn cảm tần sớ thấp  Điều kiện cầu cân bằng : Với Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Cầu đo tần số Điều kiện cân bằng  Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng  Tần số kế thị số  Nguyên  lý Đếm số xung N tương ứng với sớ chu kì tần số cần đo fx khoảng thời gian gọi thời gian Tđo -“Bộ vào” : khuếch đại dải rộng với tần sớ từ 10Hz ÷ 3,5MHz suy giảm tín hiệu -Mạch tạo xung : biến tín hiệu hình sin tín hiệu xung có chu kì thành dãy xung có biên độ khơng đởi, tần số bằng tần số tín hiệu vào -Máy phát chuẩn tần số f0 : đưa tín hiệu qua chia tần số theo các nấc với hệ số chia 10n Đo tần số bằng phương pháp biến đởi thẳng Tđo để mở khóa K Tín hiệu fx vào đếm qua cấu thị N Tđo K T0 f  K x Tx Tx f0 Sai số : sai số lượng tử theo thời gian, quá trình khơng trùng thời điểm bắt đầu thời gian đo Tđo thời điểm bắt đầu chu kì Tx Đo tần sớ bằng phương pháp biến đổi thẳng Để giảm sai số tần số thấp  đo chu kì  fx = 1/dtTx Sớ xung đếm N Tx f  T0 fx fx  f0 N Đo tần số bằng phương pháp so sánh  Tần số kế trộn tần Phương pháp trộn tần phương pháp so sánh tần số cần đo với tần số máy phát công suất nhỏ định trước  Nguyên lý đo :    So sánh cân bằng : hiệu chỉnh cho fx – f0 =  So sánh không cân bằng : hiệu chỉnh cho f x - f0 = F Tần sớ kế loại đo tần số cỡ 100kHz đến 20GHz kĩ thuật vơ tún điện Tín hiệu có TS cần đo fx Trộn tần Máy phát TS chuẩn f0 fx – f Chỉ thị Đo tần số bằng phương pháp so sánh Ufx Bộ vào  Hệ thống dao động Chỉ thị cộng hưởng Tần số kế cộng hưởng điện Là hệ thống dao động điều chỉnh cộng hưởng với tần số cần đo nguồn tín hiệu  Bộ vào để hịa hợp tần sớ kế nguồn tín hiệu cần đo  Tần số cần đo khắc độ núm vặn thiết bị dị tìm dao động sử dụng bảng sớ hay đồ thị  Đo tần số bằng phương pháp so sánh  Tần số kế vạn dùng vi xử lí Đo tần số bằng phương pháp so sánh  Tần số kế vạn dùng vi xử lí  đo nhiều đại lượng : đo tần sớ, đo độ dài xung, đo chu kì dãy xung tín hiệu vào …  Tần số kế sử dụng μP cho phép thực hoàn toàn tự động việc đo xử lí P cho phép thực hiện hoàn toàn tự động việc đo xử lí kết đo kết theo ý muốn  Cấu tạo:    Phần 1: các biến đởi chu kì độ dài xung tín hiệu vào u x(t) = dψ/dtt) thành khoảng thời gian Phần 2: các biến đởi chu kì hay độ dài xung thành mã số hệ μP cho phép thực hoàn toàn tự động việc đo xử lí P cài đặt vào tần sớ kế