přednáška 17

Elektrická měření IEMRE - 17

Měření frekvence a fázového posunu harmonických a neharmonických signálů

Stejně jako měření odporu, indukčnosti, kapacity patří i měření frekvence a fázového posunu mezi nejzákladnější úlohy. Úkolem je změření těchto parametrů jak u průběhů harmonických tak i neharmonických.

Z kurzu fyziky by měla být známá souvislost mezi frekvencí (kmitočtem) a periodou signálu, stejně tak by měl být známý fyzikální obsah pojmu fázový posun a to jak fázový posun záporný, tj. fázové zpoždění, tak i fázový posun kladný, tj. fázový předstih.

Vzhledem k možnému proměnnému charakteru frekvence odlišujeme tzv. frekvenci okamžitou a frekvenci průměrnou – střední, stanovenou za určitý časový interval Δt.

Nebudeme se zde zabývat tak jednoduchými zařízeními, která se používají např. při seřizování mobilních agregátů – generátorů střídavého napájecího napětí o kmitočtu 50 nebo 60 Hz. Jde totiž o řadu mechanických jazýčků, které se od sebe liší svou mechanickou vlastní frekvencí. Tyto jazýčky jsou elektromagneticky rozkmitávány výstupním napětím generátoru, jehož okamžitý kmitočet se projeví největší amplitudou výkyvu odpovídajícího jazýčku. Jde o zařízení jednoduché, robustní a spolehlivé.

Číslicové měření frekvence – přímá metoda:

Popsaný postup je vhodný pro měření středních a vyšších kmitočtů.

… obsah čitače vytvořený za měřicí interval Tm =>

=>

vždy platí /: N

/.100

=> (1)

Je tedy zřejmé, že chyba čitače je ovlivněna stabilitou referenčního krystalového oscilátoru, který generuje základní kmitočet f0 , z něhož se dělením odvozuje interval čítání.

Při měření nízkých kmitočtů by tato metoda byla zdlouhavá a proto se užívá nepřímá metoda (obr. 2):

=>

=>

=>

(2)

(tvarovač = např. napěťový komparátor) MKO … monostabilní klopný obvod

BKO … bistabilní klopný obvod

V obou případech (obr. 1, 2) se vstupní signály (o frekvencích a ) zformují do impulsů, které mají stejnou frekvenci jako průběhy na vstupu tvarovačů. Zařazením děličů kmitočtu se odstraní potíže se střídou signálů. Pokud vytvarovaný signál frekvence f vydělíme alespoň dvěmi, získáme impulsní průběh periody adekvátně delší, a co je podstatné, střídy 1 : 1. Pokud je toto impulsní napětí využito pro ovládání průchodnosti součinového hradla, do čitače procházejí načítané impulsy pouze po dobu poloviny periody. Přímá a nepřímá metoda měření frekvence se liší způsobem odvození doby průchodnosti hradla. Jednoduché odvození souvislosti mezi obsahem čitače, dělicími poměry děliček frekvence a frekvencemi vstupních signálů ponecháme na čtenáři.

Měření frekvence úchylkovými metodami: (pro harmonické signály)

(3)

(voltmetr bývá ocejchován již v Hz)