реферат1. Введение Теоретическая часть
 Скачать 172.93 Kb.
|
|
Содержание Введение…………………………………………………………………………...3 1 Теоретическая часть…………………………………………………………….4 1.1 Резонансный частомер: понятие резонансного частомера, резонансный метод, принцип действия………………….……………………………………...4 1.2 Основные параметры и классификация резонансных частомеров………..6 2 Практическая часть……………………………………………………………..8 2.1 Варианты применения и схемы………………………………………………8 2.2 Схемы включения частомера в тракт………………………………………12 Заключение……………………………………………………………………….14 Список литературы………………………………………………………………15 Введение Одной из характеристик периодических процессов является частота. Частота определяется числом полных циклов/периодов колебаний за единичный интервал времени. Необходимость в измерении частоты возникает во многих областях науки и техники, в промышленном производстве и в радиоэлектронике. Частоту переменного тока, её измерение измеряют частотомерами (старое название – волномеры). Наиболее распространенными методами измерения частоты являются: - метод перезаряда конденсатора за каждый период измеряемой частоты. Измеряют с помощью конденсаторных частотомеров с пределом измерения 10 Гц - 1 МГц и погрешностью измерения +2%; - резонансный метод, основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Сверхвысокие частоты (СВЧ) применяются в радиолокации, спутниковой связи, термообработке пищевых продуктов и исследованиях электронных свойств твердых тел. В данной работе будут изучены резонансные частомеры. Они имеют простое устройство и достаточно удобны в эксплуатации. С помощью резонансных частомеров определяют наличие и частоту неизвестных электрических колебаний, относительный уровень напряжения основной частоты и ее гармоник, проверить укладку границ диапазонов, стабильность работы гетеродина приемника, высокочастотного генератора или передатчика на любительские диапазоны. 1 Теоретическая часть 1.1 Резонансный частомер: понятие резонансного частомера, резонансный метод, принцип действия Основные понятия. Резонансным частотомером называют прибор, измеряющий частоту резонансным методом. Резонансный метод – это метод, основанный на использовании явления резонанса в колебательной системе. Резонансный метод заключается в сравнении измеряемой частоты с частотой собственных колебаний контура или резонатора, который заранее проградуирован. Как уже упоминалось, этот метод применяется в области сверхвысоких частот (СВЧ). В области низких частот резонансные явления проявляются менее резко, поэтому резонансный метод там не применяется, т.к. он не обеспечивает достаточной точности измерений. Диапазон сверхвысоких частот - частотный диапазон электромагнитного излучения (100-300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области. Этот частотный диапазон соответствует длинам волн от 30 см до 1 мм, поэтому его называют ещё и диапазоном дециметровых и сантиметровых волн. В англоязычных странах он называется микроволновым диапазоном. Имеется ввиду, что длины волн очень малы по сравнению с длинами волн обычного радиовещания, имеющими порядок нескольких сотен метров. Принцип действия. Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Частота перестраиваемого резонатора сравнивается с частотой исследуемого сигнала. Резонатором служит колебательный контур, объемный резонатор или четвертьволновой отрезок линии. Исследуемый сигнал поступает к резонатору, с выхода резонатора сигнал идет на гальванометр. Максимальные показания гальванометра свидетельствуют о наилучшем совпадении собственной частоты резонатора с частотой исследуемого сигнала. Оператор регулирует резонатор при помощи лимба. В некоторых моделях резонансных частотомеров применяются усилители для повышения чувствительности. На рисунке 1 приведен пример – резонансного частотомера — прибор Ч2-33.  Рисунок 1 – Пример резонансного частотомера — прибор Ч2-33, предназначенный для настройки приемников и передатчиков с частотами непрерывных и импульсно-модулированных сигналов от 7 до 9 ГГц. Потребление прибора не более 30 Вт. Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту. В диапазоне СВЧ резонансными частотомерами измеряют обычно не частоту, а непосредственно длину волны. Лимб - (лат. limbus - кайма, пояс, рубеж, край) - цилиндрическое или коническое кольцо или диск, разделённый штрихами на равные доли (градусы, минуты и т.д.), деления на лимбе отсчитываются с помощью верньеров или микроскопов-микрометров. Применяется как наиболее важная часть в различных угломерных инструментах для отсчёта углов. Лимбом снабжаются также винты суппортов и столов металлорежущих станков. Лимбы могут быть металлическими и пластиковыми. Особенности резонансных частотомеров. Особенностями резонансных частотомеров, применяемых для измерения высоких и сверхвысоких частот, являются простота конструкции, быстрота функционирования и однозначность результатов измерений; погрешность измерений составляет 0,1-3%. 1.2 Основные параметры и классификация резонансных частомеров Резонансные частотомеры характеризуются следующими основными параметрами: - класс точности; - допускаемые дополнительные погрешности; - диапазон измеряемых частот; - запас по краям диапазона и перекрытие между поддиапазонами; - чувствительность; - максимальный размер мощности измеряемого сигнала; - среднее время безотказной работы. Классификация резонансных частомеров: - по методу измерения: - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые); - приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные); - по физическому смыслу измеряемой величины: - для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые); - измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные); - измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные): - по исполнению (конструкции): - щитовые; - переносные; - стационарные; - по области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений: - электроизмерительные приборы; - радиоизмерительные приборы. Резонансные частотомеры входят в группу радиоизмерительных приборов. Чувствительностью частотомера называется минимальная поглощаемая им мощность, необходимая для уверенного отсчета момента резонанса. Точность показаний резонансного частотомера определяется стабильностью его градуировки и точностью настройки в резонанс. 2 Практическая часть 2.1 Варианты применения и схемы Резонансный частотомер представляет собой колебательную систему, настраиваемую в резонанс с измеряемой частотой fx возбуждающих её колебаний, которые поступают от исследуемого источника через элемент связи. Резонансная частота определяется по показаниям калиброванного органа настройки. Состояние резонанса фиксируется с помощью встроенного или внешнего индикатора. Частотомеры, измеряющие частоты от 50 кГц до 100-200 МГц, выполняются в виде колебательного контура из элементов с сосредоточенными постоянными: катушки индуктивности L0 и конденсатора переменной ёмкости С0. В контуре частотомера наводится Э.Д.С. измеряемой частоты fx, например за счёт индуктивной связи с источником колебаний через катушку L0 или небольшую штыревую антенну, присоединяемую к гнезду Ан. При маломощном источнике связь с последним может быть ёмкостной через конденсатор связи Ссв (ёмкостью в несколько пикофарад) и проводник связи. Изменением ёмкости конденсатора С0 контур настраивают в резонанс с частотой fx по максимальным показаниям индикатора резонанса. При этом измеряемая частота fx, равная собственной частоте контура определяется по шкале конденсатора С0: f0 = 1/ (2π* (L0C0) 0,5), При фиксированной индуктивности L0 диапазон измеряемых частот ограничивается коэффициентом перекрытия, под которым понимают отношение максимальной частоты настройки частотомера fм к наименьшей частоте fн при изменении ёмкости контура от начального значения Сн до максимального См. Начальная ёмкость контура Сн слагается из начальной ёмкости конденсатора С0, ёмкости монтажа и ёмкостей постоянных или подстроечных конденсаторов, включаемых в контур с целью получения требуемого коэффициента перекрытия или для других целей. При необходимости расширения диапазона измеряемых частот частотомер снабжается несколькими катушками различной индуктивности, сменными или переключаемыми. В последнем случае неиспользуемые катушки (если они не экранированы) желательно замыкать накоротко во избежание отсасывания ими энергии из контура частотомера при частотах настройки, близких к собственным частотам этих катушек. При этом связь с источником колебаний осуществляют через гнездо связи Ан или посредством выносной катушки связи Lсв из одного или нескольких витков, подключаемой к контуру гибким высокочастотным кабелем. Индикаторы резонанса позволяют фиксировать состояние резонанса по максимуму тока в контуре или максимуму напряжения на элементах контура. Индикаторы тока должны быть низкоомными, а индикаторы напряжения – высокоомными. Тогда потери, вносимые ими в контур, не будут вызывать заметного притупления резонансной характеристики контура. В качестве индикаторов тока иногда применяют термоэлектрические миллиамперметры с током полного отклонения до 10 мА, включаемые последовательно в контур частотомера (рисунок 1). При эксплуатации такого частотомера следует весьма осторожно устанавливать связь с объектом измерений и не допускать перегрузки термоприбора при подходе к резонансу. Простейшим индикатором тока может служить миниатюрная лампочка накаливания Л.  Рисунок 1 - Схема резонансного частотомера с индикатором тока и сменными контурными катушками Погрешность измерений при этом, естественно, возрастает. В современных частотомерах чаще всего применяют индикаторы напряжения - высокочастотные вольтметры со стрелочными измерителями; они обеспечивают высокую точность индикации при хорошей стойкости к перегрузкам. Простейший такой индикатор (рисунок 2, а) состоит из точечного диода Д и чувствительного магнитоэлектрического измерителя И, зашунтированного от высокочастотных составляющих выпрямленного тока конденсатором С2.  Рисунок 2 - Схемы резонансных частотомеров с индикаторами напряжения и переключаемыми контурными катушками Частотомер со стрелочным измерителем можно использовать в качестве индикатора напряжённости поля при снятии диаграмм направленности передающих антенн. Если исследуемые колебания являются модулированными, то индикатором может служить высокоомный телефон Тф (рисунок 2, а). При этом резонанс отмечают по наибольшей громкости тона модулирующей частоты. Такой частотомер пригоден для слухового контроля качества работы радиотелефонных передатчиков. Резонансные частотомеры характеризуются чувствительностью, т.е. минимальным значением подводимой к ним высокочастотной мощности, при котором обеспечивается чёткая индикация резонанса. Обычно оно находится в пределах 0,1-5 мВт, а при использовании лампочки накаливания возрастает до 0,1 Вт. С целью повышения чувствительности в индикатор резонанса иногда вводят (после детектора) транзисторный усилитель постоянного тока с большим входным сопротивлением; простейшая схема такого усилителя показана на рис. 2, б. На сверхвысоких частотах контуры из элементов с сосредоточенными постоянными становятся малоэффективными из-за резкого уменьшения их добротности. В диапазоне частот от 100 до 1000 МГц достаточно хорошие результаты достигаются в частотомерах с контурами смешанного типа, имеющими сосредоточенную ёмкость и распределённую индуктивность (рисунок 3).  Рисунок 3 - Схема резонансного частотомера с контуром смешанного типа В качестве элемента индуктивности L0 используется криволинейный отрезок (виток) посеребренной медной проволоки или трубки диаметром 2-5 мм. Переключатель В определяет поддиапазон измерений. Настройка частотомера производится изменением рабочей длины витка индуктивности L0 посредством поворотного контактного движка. Верхний предел измеряемых частот ограничивается значением ёмкости монтажа См. Связь с источником исследуемых колебаний осуществляется через виток связи L1. 2.2 Схемы включения частомера в тракт При включении резонансного частотомера в СВЧ тракт возможны два вида схем включения: проходная (рисунок 4, а) и реактивная (рисунок 4,б).  Рисунок 4а,б - Схемы включения резонансного частотомера в СВЧ тракт При настройке частотомера рекомендуется подходить к положению резонанса плавно с одной стороны, так как при этом уменьшаются погрешности, связанные с люфтом в механизме перемещения поршня резонатора. С целью повышения точности измерение частоты проводят методом «вилки», который заключается в том, что для определения резонансной частоты берут два отсчета частоты f1 и f2, соответствующие одинаковым показаниям стрелочного индикатора по обе стороны от положения резонанса. За резонансную частоту принимают среднее арифметическое из этих отсчетов. Заключение Резонансный частотомер - весьма полезный в радиотехнике прибор. – он служит для сравнения частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора Основные их преимущества следующие: - большой диапазон измеряемых частот; - высокая точность измерения; - возможность отсчета измеряемой величины в цифровой форме. Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту. Он поможет вам определить наличие и частоту неизвестных электрических колебаний, относительный уровень напряжения основной частоты и ее гармоник, проверить укладку границ диапазонов, стабильность работы гетеродина приемника, высокочастотного генератора или передатчика на любительские диапазоны. Список литературы ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения. Библиотека для студента [Электронный ресурс]. Режим доступа http://www.krivda.net/ Большая энциклопедия нефти и газа. [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://ngpedia.ru/ Измерения в электронике. Справочник под редакцией В.А. Кузнецова. - М. Энергоатомиздат, 1987. Писаревский Э.А. Электрические измерения и приборы. М. Энергия, 1970. Радиоприборы. Справочная информация [Электронный ресурс]. Режим доступа - http://radioelpribori.ru/ |