Bài giảng Kỹ thuật đo lường (Trương Thị Bích Thanh) - Chương 11 Đo tần số

 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 thống dao động Chỉ thị cộng hưởng Ufx Bộ vào.

Chương 11: Đo tần số

Nội dung

 Khái niệm chung

 Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Đo tần số bằng phương pháp so sánh

 Tần số kế vạn năng dùng vi xử lí

Khái niệm chung

 Tần 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/dtt) = dψ/dtdt

 Lựa 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 :

cơ điện, tần số kế tụ điện, tần số kế chỉ thị số.

tần số, tần số kế đổi tần, tần số kế cộng hưởng

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Tần số kế cộng hưởng điện từ

 Nam châm điện

 Các thanh thép được gắn chặt 1 đầu, đầu kia dao động tự do

biên 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 (t) = dψ/dt45Hz ÷ 55Hz) hay (t) = dψ/dt450Hz ÷ 550Hz)

không sử dụng được ở nơi có độ rung lớn và thiết bị di chuyển

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Tần số kế cơ điện

 Cấu 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 việc

X1 = 1/dtωx.C1 α = Φ(t) = dψ/dtf2

x )

2 2

0

2

1

C L

f x





cos cos

y a

y

2

2 2

.

1

C

L

X

x

x





Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Tần số kế cơ điện

 Cấu 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 việc

Khi tần số cần đo của tín hiệu thay

đổi các dòng điện I1 và I2 sẽ thay đổi

không giống nhau

Tỉ số giữa 2 dòng (t) = dψ/dtI2/dtI1) thay đổi

 góc lệch α tỉ lệ với tần số

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Tần số kế điện tử

 Nguyên lý hoạt động

dựa 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(t) = dψ/dtU1 – U2)

• Giá trị trung bình của dòng phóng trong 1 chu

kì : I = q.fx = C(t) = dψ/dtU1 – U2).fx

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Tần số kế điện tử

 Nguyên lý hoạt động

Nhờ mạch tạo xung, điện áp có tần số cần đo fx được biến thành xung vuông

Góc lệch α của cơ cấu chỉ thị sẽ tỉ lệ với dòng điện trung bình

α = S1.I = S1.q.fx = S1.C.Um.fx

Ưu điểm : là có khả năng đo trực tiếp ở dải tần số rộng

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Cầu đo tần số

 Để đo tần số, có thể dùng cầu đo mà điều kiện cân bằng của cầu phụ thuộc vào tần số nguồn cung cấp

 Phép 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

Điều kiện cầu cân bằng :

Với

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Cầu đo tần số

Điều kiện cân bằng





Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

 Tần số kế chỉ thị số

 Đếm 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 10 n

Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

Tđo để mở khóa K

Tín hiệu fx vào bộ đếm qua cơ cấu

chỉ thị

Sai 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

0 0

.

f

f K T

T K T

T

x x

đo







Đo tần số bằng phương pháp biến đổi thẳng

Để giảm sai số khi tần số thấp  đo chu kì  fx = 1/dtTx

Số xung được đếm

x

x

f

f T

T

0





N

f

f x 0



Đo tần số bằng phương pháp so sánh

 Tần số kế trộn tần

 Phương 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 = 0

 So sánh không cân bằng : hiệu chỉnh sao cho fx - f0 = F

 Tần số kế loại này có thể đo được tần số cỡ 100kHz đến 20GHz trong

kĩ thuật vô tuyến điện

Tín hiệu có

TS cần đo

Trộn tần Chỉ thị

Máy phát

TS chuẩn

fx

f0

fx – f0

Đo tần số bằng phương pháp so sánh

 Tần số kế cộng hưởng điện

 Là 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 thống dao động

Chỉ thị cộng hưởng

Ufx

Bộ vào

Đo tần số bằng phương pháp so sánh

 Tần số kế vạn năng dùng vi xử lí

Đo tần số bằng phương pháp so sánh

 Tần số kế vạn năng dùng vi xử lí

 có 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 P cho phép thực hiện hoàn toàn tự động việc đo và xử lí kết quả đo để cho ra kết quả theo ý muốn

 Cấu tạo:

 Phần 1: các bộ biến đổi chu kì và độ dài xung của tín hiệu vào ux(t) = dψ/dtt) thành khoảng thời gian

 Phần 2: các bộ biến đổi chu kì hay độ dài xung thành mã số

 hệ μP cho phép thực hiện hoàn toàn tự động việc đo và xử lí P cài đặt vào tần số kế