Đo lường điện - Chương 11: Đo tần số

Chương 11: Đo tần sốNội dungKhái niệm chungĐo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngĐo tần số bằng phương pháp so sánhTần số kế vạn năng dùng vi xử líKhái niệm chungTần số là số các chu kì lặp lại của sự thay đổi tín hiệu trong một đơn vị thời gian.Tần số góc tức thời ω(t) = dψ/dtLựa chọn phương pháp đo tần số được xác định theo khoảng đo, theo độ chính xác yêu cầu, theo dạng đường cong và công suất nguồn tín hiệu có tần số cần đo và một số yếu tố khác.Đo tần số của tín hiệu điện : phương pháp biến đổi thẳng : tần số kế cộng hưởng, tần số kế cơ điện, tần số kế tụ điện, tần số kế chỉ 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 thẳngTần số kế cộng hưởng điện từĐo tần số của lưới điện công nghiệpCấu tạo:Nam châm điệnCác thanh thép được gắn chặt 1 đầu, đầu kia dao động tự doNguyên lý làm việcbiên độ dao động của thanh kim loại lớn nhất ứng với tần số đã khắc độ trên mặt số.Ưu điểm : cấu tạo đơn giản, bền.Nhược điểm : Giới hạn đo hẹp (45Hz ÷ 55Hz) hay (450Hz ÷ 550Hz) không sử dụng được ở nơi có độ rung lớn và thiết bị di chuyển.Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngTần số kế cơ điệnTần số kế điện động và sắt điện độngCấu tạo:cuộn tĩnh A được mắc nối tiếp với cuộn động B2 và nối tiếp với các phần tử R2 , I2 , C2 cuộn động B1 được mắc nối tiếp với C1 Nguyên lý làm việcX1 = 1/ωx.C1α = Φ(f2x)Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngTần số kế cơ điệnTần số kế dùng logomet điện từCấu tạo:Cuộn thứ nhất được nối với điện trở R1 và điện cảm L1. Cuộn thứ 2 được nối với điện trở R2 , L2 , C2. Nguyên lý làm việcKhi tần số cần đo của tín hiệu thay đổi các dòng điện I1 và I2 sẽ thay đổi không giống nhauTỉ số giữa 2 dòng (I2/I1) thay đổi  góc lệch α tỉ lệ với tần số.Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngTần số kế điện tửTần số kế điện dung dùng đổi nối điện tửNguyên lý hoạt độngdựa trên việc đo giá trị trung bình của dòng phóng I của tụ điện, phóng nạp có chu kì cùng nhịp với tần số cần đo Điện lượng mà tụ C nhận được khi nạp sẽ bằng điện lượng truyền cho cơ cấu chỉ thị q = C(U1 – U2)Giá trị trung bình của dòng phóng trong 1 chu kì : I = q.fx = C(U1 – U2).fxĐo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngTần số kế điện tửTần số kế điện dung dùng chỉnh lưuNguyên lý hoạt độngNhờ mạch tạo xung, điện áp có tần số cần đo fx được biến thành xung vuôngGóc lệch α của cơ cấu chỉ thị sẽ tỉ lệ với dòng điện trung bình. α = S1.I = S1.q.fx = S1.C.Um.fxƯu điểm : là có khả năng đo trực tiếp ở dải tần số rộng.Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngCầu đo tần sốĐể đo tần số, có thể dùng cầu đo mà điều kiện cân bằng của cầu phụ thuộc vào tần số nguồn cung cấpPhép đo tần số được thực hiện bằng điều chỉnh các thông số nhánh RLC sao cho nhánh này cộng hưởng tại tần số cần đo fx để đạt điều kiện cầu cân bằng.Nhược điểm: khó chế tạo cuộn cảm ở tần số thấp Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngTần số kế chỉ thị sốNguyên lýĐếm số xung N tương ứng với số chu kì của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian Tđo “Bộ vào” : bộ khuếch đại dải rộng với tần số từ 10Hz ÷ 3,5MHz và một bộ suy giảm tín hiệu Mạch tạo xung : biến tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung có chu kì thành một dãy xung có biên độ không đổi, tần số bằng tần số của tín hiệu vào.Máy phát chuẩn tần số f0 : đưa tín hiệu qua bộ chia tần số theo các nấc với hệ số chia là 10n . Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngTđo để mở khóa K. Tín hiệu fx vào bộ đếm qua cơ cấu chỉ thịSai số : sai số lượng tử theo thời gian, do quá trình không trùng nhau giữa thời điểm bắt đầu thời gian đo Tđo và thời điểm bắt đầu chu kì Tx Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳngĐể giảm sai số khi tần số thấp  đo chu kì  fx = 1/TxSố xung được đếm Đo tần số bằng phương pháp so sánhTần số kế trộn tầnPhương pháp trộn tần là phương pháp so sánh tần số cần đo với một tần số của máy phát công suất nhỏ đã định trước.Nguyên lý đo :So sánh cân bằng : hiệu chỉnh sao cho fx – f0 = 0So sánh không cân bằng : hiệu chỉnh sao cho fx - f0 = FTần số kế loại này có thể đo được tần số cỡ 100kHz đến 20GHz trong kĩ thuật vô tuyến điện.Tín hiệu cóTS cần đoTrộn tầnChỉ thịMáy phátTS chuẩnfxf0fx – f0 Đo tần số bằng phương pháp so sánhTần số kế cộng hưởng điệnLà một hệ thống dao động được điều chỉnh cộng hưởng với tần số cần đo của nguồn tín hiệu.Bộ vào để hòa hợp giữa tần số kế và nguồn tín hiệu cần đo.Tần số cần đo được khắc độ ngay trên núm vặn của thiết bị dò tìm dao động hoặc sử dụng bảng số hay đồ thị.Hệ thốngdao độngChỉ thị cộng hưởngUfxBộ vàoĐo tần số bằng phương pháp so sánhTần số kế vạn năng dùng vi xử líĐo tần số bằng phương pháp so sánhTần số kế vạn năng dùng vi xử lícó thể đo được nhiều đại lượng : đo tần số, đo độ dài xung, đo chu kì của một dãy xung của tín hiệu vào Tần số kế sử dụng μP cho phép thực hiện hoàn toàn tự động việc đo và xử lí kết quả đo để cho ra kết quả theo ‎ý muốnCấu tạo:Phần 1: các bộ biến đổi chu kì và độ dài xung của tín hiệu vào ux(t) thành khoảng thời gian Phần 2: các bộ biến đổi chu kì hay độ dài xung thành mã số hệ μP cài đặt vào tần số kế