Описание схемы и принципа работы частотомера Ч3-90

 

На рисунке 6.1 приведена структурная схема частотомера.

Частотомер содержит входную клемму 1, фильтр нижних частот (ФНЧ) 2, аналоговый компаратор (АК) 3, источник опорного напряжения (ИОН) 4, одновибраторы 5 – 7, 24, 25, генератор прямоугольных импульсов (ГПИ) 8, таймер 9, регистры 10 – 12, 18, сумматоры 13 и 14, блок коррекции (БК) 15, блоки деления (БД) 16 и 17, индикатор 19, блок множителя (БМ) 20, счетчик 21, блок задания числа периодов (БЗЧП) 22, числовой компаратор (ЧК) 23.

Генератор 8 выполнен кварцевым, его частота равняется 1 – 20 МГц (в зависимости от необходимой точности).

Частота среза ФНЧ 2 равна 90 Гц.

Частотомер работает следующим образом.

Рассмотрим работу частотомера с момента, в который содержимое счетчика 21 и регистра 12 равно нулю. Задаваемое блоком 22 число периодов входного сигнала N _зад = 10, в блоке 20 содержится константа К ₂₀ = 100000000.

После прохождения через ФНЧ 2 синусоидальное напряжение поступает на вход компаратора 3. При превышении входным напряжение выходного напряжения ИОН 4 компаратор срабатывает и на его выходе появляется единичное напряжение. По переднему фронту выходного напряжения АК 3 запускается одновибратор 5, который своим выходным импульсом переписывает содержимое таймера 9 n ₁, накопленное в нем за предыдущий период входного напряжения и пропорциональное длительности периода, в регистр 10. Ко входу сумматора 13 прикладываются коды n ₁ (с выхода регистра 10) и "0" (с выхода регистра 12). На выходе сумматора 13 при этом появляется код n₁.

 

 

Рис. 6.1. Схема частотомера для определения усредненных значений частоты

После окончания 10-го периода входного сигнала содержимое счетчика 21 становится равным 10; в регистре 12 накоплена сумма

 

S ₁₀ = n ₁ + … + n ₁₀

 

за 10 периодов.

Эта сумма поступает на первый вход второго сумматора 14, на второй вход которого с выхода БК 15 поступает код коррекции K ₁₅, компенсирующий погрешности частотомера. На выходе сумматора 14 появляется сумма

 

S ₁₄ = S ₁₀ + K ₁₅.

 

Эта сумма поступает на вход делителя БД 16, ко входу множителя которого с выхода БМ 20 приложен код константы К ₂₀ = 100000000.

На выходе первого блока 16 деления появляется частное, приложенное ко входу делимого второго блока 17 деления,

Ко входу делителя БД 17 с выхода счетчика 21 приложен код, равный 10. В результате на выходе блока 17 деления присутствует код

Этот код пропорционален частоте сети входного напряжения частотомера, усредненной за 10 периодов.

Например, при номинальной частоте сети 50 Гц, частоте ГПИ 8 1 МГц и не учете погрешности (т. е. K ₁₅ = 0) таймером 8 за каждый период подсчитывается число n _н = 1000000/50 = 20000. За 10 периодов в регистре 12 накапливается сумма S ₁₀ = 200000. На выходе БД 17 присутствует код

(6.1)

Этот код записывается в регистр 18 и отображается на индикаторе 19.

Наиболее удачно частотомер реализуется на AVR -микроконтроллерах программными средствами.

Экспериментальная проверка показала, что при использовании пассивного ФНЧ 2 частотомер имеет погрешность ± 0,001 Гц.

 

 

Рис. 6.2. Внешний вид частотомера Ч3-90

 

Порядок выполнения работы

 

Частота напряжения сети непрерывно изменяется случайным образом. Измерение усредненных значений частоты напряжения сети осуществляется с помощью частотомера Ч3-90. Выборки значений частоты, фиксируемые через интервалы времени 10 с, заносятся в табл. 6.1. Учитывая то, что общий интервал измерений частоты составляет 10 мин, рекомендуемое число ячеек для записи информации в табл. 6.1 – 60.

Таблица 6.1

Таблица результатов измерений частоты

№№ п/п	Частота		№№ п/п	Частота		№№ п/п	Частота		№№ п/п	Частота