Проектирование малогабаритного частотомера (стр. 2 из 4)

· НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов

· ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55

Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

· НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам

· ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%.

· НАЗНАЧЕНИЕ: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры

· ПРИМЕРЫ: Ф5043

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.

· НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания

· ПРИМЕРЫ: В80, В87

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие на других принципах.

· НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания

· ПРИМЕРЫ: Д416, Э353, Ц1736, М800, С 300 М1-1

2.2 Наименования и обозначения

· Устаревшие наименования

o Волномер — для резонансных и гетеродинных частотомеров

o Герцметр — для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров

· Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)

o Вхх — вибрационные частотомеры

o Дхх — приборы электродинамической системы

o Эхх — приборы электромагнитной системы

o Мхх — приборы магнитоэлектрической системы

o Цхх — приборы выпрямительной системы

o Фхх, Щхх — приборы электронной системы

o Нхх — самопишущие приборы

· Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094

o Ч2-хх — резонансные частотомеры

o Ч3-хх, РЧ3-хх — Электронно-счетные частотомеры

o Ч4-хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

2.3 Основные нормируемые характеристики частотомеров

· Диапазон измеряемых частот

· Допустимая погрешность измерения (для эл.-изм. — класс точности)

· Чувствительность

· Для ЭСЧ — нестабильность частоты кварцевого генератора

2.4 Нормативно-техническая документация

· ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения

· ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам

· ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия

· ГОСТ 22335-77 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний

· ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

· ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки

· ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки

· ОСТ11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры

· МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки

3. Выбор и обоснование структурной схемы

Частотомер состоит из:

1 стабилизатора;

2 источника питания;

3 усилителя;

4 микроконтроллера;

5 цифрового индикатора;

6 тактового генератора;

Рассмотрим принцип действия частотомера по структурной схеме.

Импульсный сигнал поступает на усилитель входного сигнала, с коллектора которого идет на вход микроконтроллера. Для отображения информации применен цифровой индикатор со встроенным контроллером. Питание поступает на все составные части с источника питания - батареи "Крона" GB1 через стабилизатор.

4. Анализ схемы электрической принципиальной

Рассмотрим принцип действия по электрической принципиальной схеме.

Основной элемент- микроконтроллер PIC12F629 (DD1), работающий по программе. Измерение частоты осуществляется посредством подсчета числа импульсов за фиксированный временной интервал. Используются два интервала – 0,1 с. и 1с. В первом случае для получения частоты число импульсов умножается на 10, во втором – значения числа импульсов и частоты совпадают. Микроконтроллер содержит два таймера- счетчика (TMR0 и TMR1), первый из которых используется для счета импульсов, а второй - для отсчета временных интервалов. Благодаря встроенному асинхронному восьмиразрядному предделителю максимальная измеряемая частота сверху ограничена только скоростью работы его триггеров и не зависит от тактовой частоты микроконтроллера.

Усилитель входного сигнала собран на транзисторе VT1, с коллектора которого импульсный сигнал поступает на вход T0CKI (вывод5), микроконтроллера DD1. Для отображения информации применен цифровой индикатор HT1610 (HG1) со встроенный контроллером. При работе в режиме ведомого вход НК индикатора HG1 соединяют с общим проводом, а данные передаются последовательно 4-битными посылками по линиям D1 и CLK. Ограниченное число линий ввода- вывода микроконтроллера DD1 не позволяет выделить две из них для реализации штатного режима передачи данных, поэтому данные и синхроимпульсы приходиться передавать с выхода GP0 микроконтроллера DD1 через резистивные делители. На вход CLK индикатора HG1 импульсы поступают через делитель R7R9, а на вход DI- через интегрирующий делитель R6R8C8. Для передачи низкого логического уровня (логического 0) на выходе GP0 микроконтроллера DD1 формируется импульс напряжения длительностью 5 мкс. При этом конденсатор С8 зарядиться не успевает, и по спаду импульса на входе DI в индикатор HG1 запишется логический 0. Для передачи логической 1 длительность импульса намного больше постоянной времени цепи R6R8C8, и конденсатор С8 успевает зарядиться до высокого логического уровня, поэтому будет записана логическая 1. Пауза между импульсами также должна быть более постоянной времени цепи R6R8C8, чтобы конденсатор С8 успел разрядиться.

5. Печатная плата

При конструировании печатных плат используются четыре главных критерия выбора: габаритный критерий, критерий плотности рисунка и толщины проводящего слоя, критерий числа слоев, критерий материала основания.

С целью повысить безотказность печатных узлов при температурных воздействиях произведено ограничение габаритных размеров печатной платы. Преимущества малых печатных плат перед большими проявляются в ослаблении отрицательного влияния таких явлений, как коробление, ухудшенный теплообмен в центре платы, пониженная ремонтопригодность.

Печатные в зависимости от размера элементов печатного монтажа делятся на пять классов. Платы четвертого класса обеспечивают самую высокую плотность монтажа. Их следует применять только в отдельных, технически обоснованных случаях. Плотность монтажа по классу 3 следует применять только на платах с размерами до 240х240мм, плотность по классу 4 с размерами до 170х170мм.

По конструкции ПП подразделяют на однослойные и многослойные (МПП). Однослойные ПП всегда имеют один изоляционный слой, на котором находятся печатные проводники.

Многослойная ПП состоит из нескольких печатных слоев, изолированных склеивающими прокладками.

Допустимое рабочее напряжение между двумя расположенными рядом проводниками зависит от минимального зазора между ними.

Если печатные проводники расположены на одной стороне изоляционного основания, то такую плату называют односторонней (ОПП), если на двух сторонах, то двусторонней (ДПП).

Большинство деталей частотомера монтируются на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. Размер печатной платы 36х46мм. Схемотехническое решение частотомера достаточно простое, поэтому можно применить одностороннюю ПП.