So sánh bằng phơng pháp ngoai sai

Nguyên lý của ph†ơng pháp này là so sánh tần số đo với tần số có độ ổn định cao của một nguồn tần số dùng làm chuẩn để so sánh (bộ tạo dao động ngoại sai).

Hình 4-16

Sơ đồ khối đơn giản của tần số-mét loại này nh† hình 4-16. Các điện áp đ†ợc đ†a đồng thời vào bộ biến tần là điện áp của tần số cần đo f_x và điện áp của bộ

ngoại sai f_ng. Đầu ra của bộ biến tần có tần số phách F_ph, là hiệu của f_x là f_ng. Biến đổi tần số ngoại sai thì có thể đạt tới trị số f_x=f_ng khi F_ph=0. Khi không còn tần số phách (F_ph=0), thì đ†ợc xác định bởi bộ phận chỉ thị. Bộ phận chỉ thị có thể đ†ợc dùng là ống nghe, đèn chỉ thị hay đồng hồ chỉnh l†u bằng chất rắn.

Hình 4-17 biểu thị quan hệ giữa tần số F_ph và f_ng khi dùng bộ phận chỉ thị là ống nghe. Vì sinh lý của tai con ng†ời, nên không thể phát hiện đ†ợc tần số thấp hơn 20Hz, vì thế mà có một khoảng tần số không nghe rõ từ f_ng1 đến f_ng2. Khi đó f_x bằng:

2 f f_x f^{ng1 ng2}

Sai số trong tr†ờng hợp này có thể giảm xuống tới 2-4Hz.

Khi tần số f_x gần tần số f_ng, thì có khả năng xuất hiện hiện t†ợng lôi kéo tần số; khi đó sai số lại tăng lên.

Để giảm bớt sai số này, th†ờng dùng ph†ơng pháp phách hai lần.

Hình 4-18 là sơ đồ khối của tần số-mét kiểu ngoại sai có thực hiện phách hai lần. Đầu ra của bộ biến tần 1 có tần số F=f_ng-f_x nằm trong băng tần số của bộ ngoại sai thứ hai. Đầu ra của bộ biến tần thứ hai có xuất hiện tần số hiệu F_ph =F-f_ng. Biến đổi của bộ ngoại sai thứ hai F_ng thì có thể đạt tới cân bằng F=F_ng. (F_ph=0). Do đó:

Hình 4-17

f_x=f_ng-F

Nh†ng trong tr†ờng hợp này cũng còn có thể là: f_x=f_ng+F vì khi đó, ở đầu ra của bộ biến tần thứ nhất có tần số: F=f_x-f_ng. Nh† vậy cần thiết phải đo tại hai trị số tần số của f_ng (bằng cách điều chỉnh tần số f_ng), tức là:

f_x=f_ng1- F và:

f_x=f_ng2+ F r'F Do đó:

2 F 2

f

f_x f^{ng1 ng2} r'

ở đây, 'F là sự dịch chuyển vì tần số không ổn định của bộ ngoại sai thứ hai trong quá trình đo. Muốn giảm 'F, thì cần phải có bộ ngoại sai thứ hai thật ổn định.

Nh† đã nói ở phần trên, đo tần số bằng ph†ơng pháp ngoại sai thì cần có bộ tạo dao động có thể điều chuẩn tần số liên tục với trị số nhỏ đ†ợc. Thực hiện đ†ợc bộ tạo dao động điều chuẩn tần số đ†ợc nh† vậy đồng thời lại có độ ổn định tần số cao là một

vấn đề khó. Do đó, phần nhiều khi cấu tạo thiết bị th†ờng dùng hai bộ tạo dao động.

Một bộ có thể điều chỉnh nhỏ tần số với thang khắc độ đ†ờng thẳng dùng làm bộ ngoại sai. Còn bộ thứ hai thì có độ ổn định tần số cao, và có phổ tần số đã xác định (phổ này là các tần số bội và tần số phân nhỏ của tần số thạch anh chuẩn) bộ này dùng để chuẩn cho bộ thứ nhất. Phép đo ở đây đ†ợc thực hiện bằng ph†ơng pháp nội suy.

Hình 4-19 Hình 4-18

Sơ đồ khối của tần số-mét ngoại sai có cấu tạo theo ph†ơng pháp trên nh† hình 4-19. Đầu tiên, điện áp của tần số cần đo f_x và điện áp của bộ ngoại sai nội suy đ†ợc cùng đ†a vào bộ biến tần. Khi đó, với phách bằng không, ta ghi lại trị số đọc trên thang khắc độ của bộ ngoại sai nội suy (hình 4-20), với độ khắc là D_x. Sau đó, tắt điện áp có tần số f_x mà đ†a vào bộ biến tần là điện áp của bộ thạch anh chuẩn. Tại hai phía của độ khắc D_x của bộ ngoại sai nội suy xác định hai lần đo với phách bằng không cho các sóng hài bậc n: (f_n), và bậc n+1: (f_n+1) của bộ thạch anh chuẩn. Ta lại ghi lại hai trị số đọc trên thang khắc độ này, là D_n và D_n+1. Nếu thang độ của bộ ngoại sai dùng để nội suy đó là đ†ờng thẳng, thì có thể lập đ†ợc đồ biểu nh† hình 4-20. Tại đó, có kẻ một đ†ờng thẳng nội suy nối hai điểm đã đo và có thể tính đ†ợc f_x theo D_x. Ta có tỷ số:

Hình 4-20

n 1 n

n x n

1 n

n x

f f

f f

D D

D D

do đó:

ááạ ăă ã

â Đ

D D

D D

1 n n

n x a

. t

x f n

f (35)

Trong đó, f_t.n là tần số cơ bản của thạch anh chuẩn. Công thức (35) có đ†ợc với biến đổi: f_n=nf_t.n và f_n+1=(n+1).f_t.a. Công thức này cho phép tính đ†ợc tần số cần đo, nếu nh† ta biết đ†ợc thứ bậc của tần số đo, vì nh† vậy thì xác định đ†ợc trị số n.

Sau đây, ta ví dụ phân tích nguyên lý đo của một tần số-mét thực tế, đại diện cho một ph†ơng pháp đo ngoại sai này, đ†ợc biểu diễn sơ đồ khối nh† trên hình 4-21. Các số liệu về trị số cụ thể chỉ là ví dụ để diễn giải quá trình đo.

ở mạch đo này có bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ để xác định sơ bộ đ†ợc tần số của tín hiệu cần đo.

Ví dụ tần số mét này đo đ†ợc tần số trong khoảng từ 100-1000MHz; bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ có tần số biến đổi trong khoảng giới hạn từ 100 đến 300MHz và có độ chính xác bằng r2MHz.

Nh† vậy, từ 300MHz trở lên thì phép đo đ†ợc thực hiện bằng cách so sánh với các thành phần sóng hài. Vì dải tần của bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ bé hơn dải tần số đo nhiều, nên ở đây không thể đo bằng cách so sánh trị số bằng nhau giữa tần số đo với tần số ngoại sai. Do đó, phép đo ở đây cần phải sơ bộ biết tr†ớc (một cách gần đúng) trị số của tần số cần đo với sai số vào khoảng 1%. Điều này đ†ợc thực hiện bằng cách dùng một loại tần số-mét khác bên cạnh tần số ngoại sai, để xác định sơ bộ đ†ợc f_x. Do vậy, các tần số mét kiểu ngoại sai th†ờng đ†ợc dùng trong các phép đo tổ hợp.

Hình 4-21

Quá trình đo tiến hành nh† sau: Đầu tiên bật điện cho bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ làm việc; khi độ ổn định tần số của bộ này đạt yêu cầu rồi, ví dụ khoảng 3.10^-5, thì điều chỉnh và ghi lại tần số này để xác định bậc sóng hài của tần số đo. Bậc của sóng hài này bằng:

s . ng

x

f n f

(ở đây, f_ng.s là tần số của bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ).

Sau đó, đ†a tới bộ biến tần cả điện áp của bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ và bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác. Ví dụ bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác có dải tần từ 18.5 y22.5MHz. Do vậy, các phách bằng không nhận đ†ợc là phách giữa tần số cơ bản của bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ và mỗi một phân l†ợng sóng hài của bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác. Để đo đ†ợc, ở đây phải dùng các phân l†ợng sóng hài từ bậc 5 đến bậc 15. Sau đó, xác định thứ tự bậc sóng hài của bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác theo tần số của bộ ngoại sai điều chỉnh sơ bộ. Bậc thứ tự của sóng hài này bằng:

ch . ng

s . ng

f m f

ở đây, f_ng.ch là tần số của bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác.

Bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác đ†ợc chuẩn hoá bằng bộ phát sóng chuẩn thạch anh. (Ví dụ bộ thạch anh có các tần số 1.000kHz, 100kHz và 10kHz).

Bộ điều chỉnh nội suy ở đây là một tụ điện có khắc độ để điều chỉnh nhỏ phụ thêm. Điều chỉnh bộ phận này để có phách bằng không, và ghi lại trị số f_n ở trên thang khắc độ để tính f_x.

Bộ chỉ thị phách bằng không ở đây là đèn chỉ thị và ống nghe.

Nh† vậy, tần số cần đo f_x đ†ợc tính theo công thức.

f_x=n.m(f_nc.ch+f_n)

Giả sử sơ bộ xác định đ†ợc tần số f_x là 925MHz. Quá trình đo ta có các số liệu đọc đ†ợc là: f_ng.s=230MHz; nh† vậy có nghĩa là:

230 4 925 f

n f

s . ng

x |

Trị số tần số đọc đ†ợc của bộ ngoại sai điều chỉnh chính xác: f_ng.ch =19,25MHz có nghĩa là:

25 12 , 19

230 f

m f

ch . ng

s .

ng |

Trị số tần số đọc đ†ợc trên thang độ của bộ phận điều chỉnh nội suy là: f_n=7,4kHz.

Nh† vậy, f_x có trị số chính xác bằng:

f_x=n.m(f_ng.ch+f_n)=4.12(19,5+0,0074)=924,3552MHz

Ví dụ, nếu sai số cho phép của máy đo trên là 5.10^-6, thì kết quả đo f_x là:

f_x= (924,3552r0,005)MHz 4.3.3 Đo tần số bằng phơng pháp đếm xung

Tần số-mét cấu tạo theo ph†ơng pháp đếm có sơ đồ nh† hình 4-22. Nó bao gồm các khối chính: mạch vào, bộ phận tạo dạng xung, bộ tạo xung có thời gian chuẩn, bộ phận điều khiển, bộ chọn xung theo thời gian và bộ đếm xung.

Trong tài liệu đo l‡ờng điện tử (Trang 130-135)