Chương 5 ĐO GÓC PHA VÀ TẦN SỐ
5.2. Đo tần số
với Tn =KT0.
Vậy số xung N tỷ lệ với góc lệch pha φx
Nhược điểm :
- Nếu tần số nhỏ, vì Tx chứa trong khoảng Tn nhỏ, do vậy ta phải mở rộng Tn.
- Nếu tần số lớn, dẫn đến sai số lượng tử hoá trong khoảng Tx tăng lên, dẫn đến sai số tăng.
Thông thường làm việc trong khoảng một vài Hz đến vài MHz, có sai số γ = 0,1 ÷ 0,2%.
115 Nguyên lý hoạt động:
Tần số met cộng hưởng gồm một nam châm điện, tạo ra bởi cuộn dây điện quấn trên lõi sắt từ hình chữ U, một miếng thép nằm trong từ trường của nam châm điện, gắn chặt vào thanh là các lá thép rung có tần số dao động riêng khác nhau. Tần số dao động riêng của hai lá thép kề nhau hơn kém nhau là 0,25 hoặc 0,5Hz. Điện áp của tín hiệu cần đo tần số sẽ được đưa vào cuộn dây của nam châm điện sẽ tạo ra sự dao động của tất cả các lá thép. Tuy nhiên lá thép nào có tần số dao động riêng bằng tần số f thì sẽ dao động cực đại do cộng hưởng riêng, còn các thanh khác không cộng hưởng thì không dao động cực đại. Như vậy chúng ta sẽ đọc kết quả tại trị số tương ứng với thanh rung cực đại.
5.2.3. Tần số met điện tử 5.2.3.1. Nguyên tắc chung
Tần số met loại này dựa trên nguyên tắc chung là sử dụng phương pháp đếm xung đơn giản bằng cách phóng nạp một tụ điện C từ một nguồn điện áp không đổi U0 nào đó.
Tín hiệu cần đo có tần số fx được đưa vào khống chế một khoá điện tử
K, khoá này được thiết kế sao cho trong một chu kỳ của điện áp uk, khoá K đóng từ 1 sang 2 một lần.
Xét khi khoá K ở vị trí 1, điện tích nạp vào tụ tính như sau:
q = C.U0
Điện tích nạp vào tụ trong thời gian một giây là:
Q = q.fx = C.U0.fx.
Điện tích này chạy qua chỉ thị khi khoá K ở vị trí 2 tạo ra dòng điện trung bình
(K1 = const)
ITB được chỉ bằng cơ cấu từ điện G. Thang chia độ được khắc trực tiếp theo đơn vị tần số và ta có thể đọc ngay tần số trên chỉ thị G. Muốn mở rộng giới hạn đo, ta thay đổi giá trị của tụ C.
5.2.3.2. Tần số met điện tử
Tần số met điện tử được thiết kế như Hình 5.12. Khoá đổi nối K thực hiện bằng một đèn bán dẫn T. Điện áp ux cần đo tần số được đưa vào cực gốc của T.
Ở nửa chu kỳ âm của điện áp Ux (so với cực gốc của T), đèn T khoá, tụ C được nạp từ nguồn U0 qua D1, qua chỉ thị g cho tới khi Uc = U0.
Ở nửa chu kỳ dương của điện áp Ux đèn T mở, tụ C phóng qua đèn, qua D2 cho tới khi UC = UB.
117 Điện tích mà tụ điện nạp trong một lần đóng mở của T là:
Lượng điện tích phóng nạp trong thời gian một giây chính là dòng điện đi qua chỉ thị
Vậy dòng điện trung bình chạy qua chỉ thị tỷ lệ bậc nhất với fx. Ta có thể khắc vạch thang chia độ theo đơn vị tần số.
5.2.4. Tần số kế chỉ thị số
Nguyên lý: Đếm số xung N tương ứng với số chu kỳ của tần số cần đo fx trong khoảng thời gian gọi là thời gian đo Tđ0.
Trong khoảng Tđ0 ta đếm được N xung tỉ lệ với tần số đo fx. Sơ đồ khối của một tần số kế chỉ thị số như sau:
Mạch tạo xung có nhiệm vụ biến tín hiệu hình sin hoặc tín hiệu xung có chu kỳ thành một dãy xung có biên độ không đổi (không phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu vào) nhưng tần số bằng tần số của tín hiệu vào.
Máy phát xung chuẩn f0 = 1MHz.
Bộ chia tần số với các nấc có hệ số chia là 10n. Tần số chuẩn f0 = 1MHz được chia đến 0,01 Hz. Nghĩa là ở đầu ra của mạch điều khiển theo 10n (n = l,2,…,8) ta có thể nhận được khoảng thời gian Tđ0 = 10-6, 10-5, 10-4, 10-3, 10-2, 10-1, 1, 10, 100s.
Khoảng thời gian này sẽ điều khiển để mở khoá K (khoá có hai đầu vào). Tín hiệu fx theo đầu vào thứ hai sẽ đi vào bộ đếm ra cơ cấu chỉ thị.
Số xung mà máy đếm đếm được sẽ là:
Nếu thời gian đo có giá trị là 1s thì số xung N (tức là số các chu kỳ) sẽ chính là tần số cần đo fx nghĩa là: fx = N.
Mạch điều khiển phụ trách việc điều khiển quá trình đo: Bảo đảm thời gian biểu thị kết quả đo cỡ từ 0,3 ÷ 5s trên chỉ thị số, xoá kết quả đo
119 đưa về trạng thái 0 ban đầu trước mỗi lần đo; điều khiển chế độ làm việc;
tự động, bằng tay, hay khởi động bên ngoài; chọn dải đo tần số (cho ra xung mở khoá K) và cho ra xung điều khiển máy và số. Sai số của phép đo tần số:
với
fx là tần số cần đo (Hz)
Ta thấy rằng sai số của phép đo tần số tỉ lệ nghịch với độ lớn của tần số đo.
5.3. Ứng dụng máy hiện sóng điện tử trong đo lường