За допомогою цифрового частотоміра можна вимірювати частоту зі значно більшою точністю, ніж частотомірами інших систем (можна вести виміри з похибкою, що не перевищує ОД.0,01%).
Підвищення точності цифрових частотомірів можна досягти, підвищуючи стабільність кварцового генератора і збільшуючи величину часу Т.
Завдяки високій точності й можливості передавання результату вимірювань безпосередньо до ЕОМ нині широко застосовують саме цифрові частотоміри. Із застосуванням перетворювачів неелектричних величин (наприклад, швидкості обертання) у напругу змінного струму, частота якої однозначно пов'язана з контрольованою величиною, можливості цих частотомірів ще більш поширюються.
1.3 Вібраційні частотоміри
В енергетиці чи не найбільшого поширення набули електромагнітні вібраційні частотоміри. їхня дія базується на явищі механічного резонансу коливань пружних пластин під дією збуджувальних коливань, створюваних силами тяжіння електромагніта, котушка котрого живиться під джерела змінного струму, частоту якого бажано виміряти.
Такі частотоміри можуть бути виконані з безпосереднім (рис.3, а) чи посереднім (рис.3, б) збудженням. У обох різновидах частотомірів елементами, чутливими до частоти, є пружні пластини 3 з загнутими кінцями 4, розташовані в ряд проти прорізів, зроблених у шкалі 5 (у частотоміра з безпосереднім збудженням може бути і два ряди таких пластин, як видно з рис.3, а). У обох видозмінах таких частотомірів електромагніт 2 з обмоткою 7 створює змінне магнітне поле, яке у частотоміра з безпосереднім збудженням викликає притягання сталевих пластин 3 до полюса електромагніта, а у частотоміра з посереднім збудженням - притягання якоря 6, жорстко пов'язаного з основою 7, на якій закріплено кінці всіх пластин 3. Ці пластини можуть бути виконані як зі сталі, так і з якогось іншого пружного матеріалу (наприклад, бронзи). Якір 6 з основою 7 закріплено на двох пружинах 8 до цоколя приладу 9.
Таким чином, у частотомірів обох видозмін всі пружні пластини 3 вібрують з частотою, вдвоє більшою, ніж частота напруги живлення обмотки 1. А вдвоє більшою тому, що за один період напруги живлення і сталеві пластини 3, і якір 6 притягуються до полюсів електромагніта 2 й відпускаються від нього двічі, незалежно від полярності полюсів цього електромагніта. Але амплітуда вібрації кінців 4 цих пластин буде різною: найбільшою у тієї пластини, власна частота коливань якої дорівнює частоті сили збудження (тобто вдвоє більша за частоту напруги живлення). Менші амплітуди коливань будуть у сусідніх пластин, власна частота коливань яких трохи більша і трохи менша від подвоєної частоти напруги. І чим більш відмінною будуть власні частоти коливань пластин від цієї подвоєної частоти напруги, тим меншим буде розмах коливань кінців 4 цих пластин 3. Частоту коливань напруги знаходять за тією позначкою частотоміра, проти якої видимий розмах коливань кінця пластини 3 є найбільшим. На рис.3, в, де зображено шкалу частотоміра, показано, як виглядає показання розглянутих частотомірів, коли частота напруги мережі становить 49,5 Гц.
Рис.3 Будова вібраційних частотомірів
1.4 Аналогові частотоміри
Аналогові частотоміри можуть бути:
· електродинамічними;
· феродинамічними;
· електромагнітними;
· випрямними;
· електронними.
Електродинамічні частотоміри - це прилади зі стрілковим покажчиком, виконані на основі електродинамічного логометра. Вони вирізняються відносно високим класом точності, зручністю в користуванні, бо дають можливість робити відлік за положенням стрілки на шкалі, градуйованій безпосередньо у герцах.
Схему одного з переносних частотомірів, що виробляються в Україні, зображено на рис.4. На схемі позначено: Р1 і Р2 - обмотки рухомих рамок приладу, жорстко закріплених на осі рухомої системи під прямим кутом одна до одної; НК1 і НК2 - обмотки нерухомих котушок; L - котушка індуктивності з феромагнітним осердям, що має невеликий повітряний проміжок; С1 - конденсатор, який створює резонансний контур з котушкою L; r1 - додатковий опір, rш - підгінний опір; С2 - конденсатор, реактивний опір якого обмежує величину струму, що проходить через обмотку рамки Р2; AT - автотрансформатор, що дає можливість при величинах номінальних напруг контрольованої частотоміром мережі 36, 100, 127 або 220 В подавати на вимірювальний механізм певну величину напруги, на якій проводилось градуювання приладу. Зауважимо, що відхилення величини напруги мережі у межах ±10 % від її номінальної величини викликає лише невелику додаткову похибку у показаннях, яка не виходить за межі, допустимі для класу приладу. Частотоміри за наведеною схемою виробляють у декількох модифікаціях. Всі пі прилади здатні вимірювати частоти від 45 до 1650 Гц. Діапазон вимірювань частоти кожним з цих приладів відповідає ±10 % від значення середньої частоти, вимірюваної даним приладом, тобто від 45.55 до 1350.1650 Гц.
Клас точності цих приладів - 0,2, тобто їхня основна похибка не перевищує ±0,2 % від середньої частоти, вимірюваної приладом.
У цих приладах зі зміною величини частоти змінюються також величина і фаза струму у нерухомих котушках HK1 і НК2 і у рухомій котушці-рамці Р1. Так, якщо за частоти, що відповідає показанню посередині шкали приладу, величина реактивного індуктивного опору вітки, за якою проходить струм І1, дорівнюватиме величині ємнісного реактивного опору конденсатора С1 тоді через наявність резонансу напруг струм І1 буде найбільшим і перебуватиме у фазі з напругою Uf.
електровимірювальний прилад частота напруга
Рис.4 Схема електродинамічного частотоміра
Рамка Р1 під дією обертового моменту, створеного взаємодією струму в рамці з магнітним потоком нерухомих котушок НК1 і НК2, перебуватиме у положенні, де площини цієї рамки і нерухомих котушок збігатимуться. Дією рамки Р2 можна знехтувати, бо через неї проходить струм І2, зсунутий відносно напруги Uf майже на 90°. Якщо ж величина частоти напруги Uf буде відмінна від частоти резонансу fр, то фаза струму І1 відносно напруги Uf вже не збігатиметься з напругою, і кут зсуву по фазі струму І1, відносно струму І2 буде відмінним від 90°. Тоді магнітний потік нерухомих котушок, взаємодіючи зі струмом І2, створить обертовий момент, що буде врівноважений моментом, створюваним рамкою Р1 при повороті рухомої частини приладу на кут, відповідний вимірюваній частоті напруги Uf. Зі схеми видно, що величина напруги Uf не впливає на кут відхилення рухомої частини, бо зміна величини напруги однаково вплине як на величину струму І1, так і на величину струму І2. Це призведе до однакової зміни величин обертових моментів, створюваних рамками Р1 і Р2, котрі протидіють один одному, тобто не змінить рівноваги між ними за даного положення рухомої частини приладу.
У цьому приладі, як і у всякому логометрі, відсутні спіральні пружини, а струм підводиться до рамок за допомогою трьох тонких "безмоментних" струмопідводів.
Феродинамічні частотоміри, побудовані на основі феродинамічних логометрів, можуть бути виконані на основі електричних схем, аналогічних схемам електродинамічних частотомірів.
Різниця між ними лише в тому, що споживана потужність у феродинамічного приладу може бути суттєво меншою, ніж у електродинамічного. Часто феродинамічні частотоміри виконують на основі найпростіших однорамочних логометрів, у котрих як діючий, так і протидіючий моменти створюються однією рамкою, через яку водночас проходять два струми: один (що створює момент протидії) викликаний ЕРС взаємоіндукції від дії струму, що є у обмотці нерухомої котушки, другий (той, що створює діючий момент) викликаний напругою мережі, частота якої вимірюється. Ця напруга прикладена до ємнісно-індуктивного кола приладу.
Як і у частотоміра електродинамічної системи, так і у феродинамічного для підводу струму до рамки використано "безмоментні" струмопідводи, але їх всього два. Електромагнітний частотомір виконано на основі двокотушкового електромагнітного логометра, котрий має на своїй рухомій частині два феромагнітних осердя, кожне з яких взаємодіє з одною із нерухомих котушок. Обертові моменти електромагнітних систем, до яких входять згадані котушки і осердя, спрямовані зустрічно. Кожну з обмоток котушок ввімкнено послідовно з дроселем і конденсатором, які налаштовано в резонанс на відмінні величини частот. Одна - нижче за найменшу вимірювану частоту, друга - вища за найбільшу вимірювану частоту. Завдяки цьому рівність обертових моментів, що діють протилежно, в згаданих раніше системах буде одержано при різних величинах вимірюваної частоти у певних положеннях покажчика приладу на шкалі. Рухома частина цього приладу не має ні моментних пружин, ні безмоментних струмопідводів.
Випрямні частотоміри, створені на основі магнітоелектричних логометрів, діють аналогічно тому, як діє електромагнітний частотомір. Тобто вони мають два резонансні контури: резонансна частота одного нижча за найменшу вимірювану, а іншого - вища за найбільшу вимірювану. Але змінні струми, що протікають у вказаних контурах, випрямлюються двопівперіодними випрямлячами і надсилаються до рамок рухомої частини магнітоелектричного логометра, кут повороту якої залежить від відношення цих струмів. Згідно з цим, положення стрілки на шкалі логометра визначатиме величину частоти напруги. У електронного частотоміра приладом, що показує частоту, є магнітоелектричний міліамперметр, увімкнутий у коло вихідного каскаду електронного підсилювача. Вхідне коло підсилювача приєднане до частотно залежного ланцюга, струм якого мало залежить від величини напруги, частота котрої вимірюється. Завдяки наявності електронного підсилювача, потужність, споживана з вимірювального кола, у електронного частотоміра значно менша, ніж у всіх розглянутих вище частотомірів.
1.5 Електромеханічні частотоміри
Для вимірювання частоти у вузькому діапазоні (45.55Гц) з невисокою точністю (одиниці процентів) застосовуються електродинамічні й електромагнітні частотоміри. В електродинамічних частотомірах застосовують логометричний вимірювальний механізм, який складається з двох рухомих котушок, закріплених на одній осі під деяким кутом одна до одної, яка може вільно обертатися у магнітному полі нерухомої котушки (рис.5). Параметри рухомої котушки та елементів R2, L2, С2 добирають так, щоб резонансна частота
