Мини-лекции. Измерение низкой частоты

   В этой мини-лекции мы рассмотрим ещё один принцип измерения, на этот раз низкой частоты. Он по науке называется метод заряда и разряда конденсатора. В «народе» его зовут конденсаторный, равно как и сам (сами) частотомер (ы). Если не вникать во все нюансы (побочные неприятности), то вот он принцип-метод на рис2. Имеется конденсатор С. Источник ЭДС Е и микроамперметр. Применим в схеме ключ К и? И начнём опыт. Ключ влево и конденсатор начинает заряжаться... И вот зарядившись досыта... А тут мы поворачиваем ключ вправо и конденсатор начинает разряжаться через микроамперметр. Прибор показывает ток разряда.

   Далее вспомним физику (если Вы ещё не забыли, что это такое?) и рассмотрим несколько формул. Из которых с удивлением узнаём, что если конденсатор зарядился до напряжения U, то количество электричества полученных от источника Е, q = CU. А далее по стрелке вниз... Допустим, что ключ переключает конденсатор с заряда на разряд и обратно f раз в секунду. В этом случае количество электричества проходящее через микроамперметр будет fq = fCU. Из той же проклятой физики известно, что количество электричество проходящее через наш микроамперметр в единицу времени есть сила тока. I = fCU. Отсюда частота переключений прямо пропорциональна среднему значению тока разряда конденсатора через микроамперметр! f = 1/CU.

   Всё это красиво выглядит только если у нас одна частота и один конденсатор?! А на практике конечно всё иначе. Так, что приходится применять всякие хитрости и тогда наша формула приобретает вид как на продолжение, где Uзар — напряжение заряда, а Uраз соответственно — разряда. Такая формула применима в основном к ламповым приборам. А в транзисторных же схемах рис1, формула упрощается она последняя в наших рассуждениях.

   Итак схема рис1. В исходном состоянии транзистор голубого цвета, открыт, а это значит, что напряжение на нашем конденсаторе равно нулю. При поступлении на вход положительного импульса,транзистор закрывается (так словно его нет) и тогда всё напряжение питания прибора подключается к конденсатору, начинается заряд через диод Д1 и микроамперметр. При поступлении отрицательного импульса, транзистор открывается и конденсатор разряжается через транзистор и диод Д2. Всё, процесс пошёл. Стабилитроны Ст1, Ст2, Ст3 поддерживают постоянное напряжение питания и заряда конденсатора.

   На рисунке справа один из таких вот конденсаторных частотомеров Ч3-7. Он измеряет частоты от 10Гц до 500 кГц. Стало быть и имеет несколько диапазонов частот. Кстати, если среди читателей найдутся старые лодочники, то возможно помнят и ли просто слышали о приборах для измерения оборотов двигателя. Вот такой и мне приходилось держать в руках и даже вести его на заводе (как продукцию). Он тогда назывался ДЛМ-1 и потом вроде бы переименовали в ИЛМ-1. Вполне возможно такого типа выпускали другие заводы? В Чебоксарах точно! Сам был на заводе.

   А чего это я вдруг? А, вдруг это то, что все эти ДЛМ-ы и есть конденсаторные частотомеры. Они измеряли (измеряют) частоту напряжения генератора лодочного мотора. А также и питаются от того же напряжения. Единственно, что к прибору ещё одна примочка измерение температуры тела двигателя. Что важнее для лодочников я не знаю? Кому интересно наберите в поисковике ДЛМ-1 Там даже схема есть в чём-то похожая на ту, что на рис1?!

   А всегда ли нужны такие непростые приборы для измерения низкой частоты? Как оказалось, нет. Так для измерения частоты нашей сети применяют совершенно другой принцип, — вибрационный. Принцип простой как пять копеек. Если взять упругую пластину типа линейки. Зажать её в тисках или каким-то другим способом... Потом отодвинуть в сторону свободный конец и отпустить, то? То пластина (линейка) будет совершать колебательные движения. Причём колебания одной частоты, для данной длины резонансной. Более длинные или короткие пластины тоже будут колебаться, но каждая со своей родной и очень резонансной частотой. Чем короче, тем чаще и наоборот. Вот прибор на принципе такого набора пластин с разной резонансной частотой Вы и видите на рис4 В80. На рис5 схематическое изображение принципа где: 1) Рис5-1 — электромагнит; 2) Рис5-2 — стальной сердечник 3) Рис5-3 — стальная пластина; 4) Рис5-4 — основание на котором закреплены те самые пластины-резонаторы; 5) рис5-5 — пружинные держатели. Под воздействием переменного тока магнитное поле катушки электромагнита через пластину рис5-3 заставляет колебаться основание рис5-4 со всеми пластинами-резонаторами. В приборе мы увидим их колеблющимися в вертикальной плоскости. Сильнее всего будет колебаться та пластина, чья резонансная частота совпадает с частотой сети. Что Вы и видите на рис5. Частота в сети равно 50 Гц.