Измеритель частоты тока – Измерение частоты мультиметром с максимально точными результатами

Измерение частоты переменного тока

Частоту переменного тока измеряют частотомерами. В электротехнике ХХ века обычно применяли резонансные электромагнитные или ферродинамические приборы, которые в настоящее время устарели, но их еще можно встретить на действующих электротехнических установках.

Электромагнитный резонансный частотомер имеет электромагнит 2 (рис. 1, а), в поле которого расположены стальной якорь 1 и соединенный с ним стальной брусок 5. Этот брусок укреплен на упругих пружинах 4 и на нем размещен ряд гибких стальных пластинок 3, площадь поперечного сечения которых подобрана таким образом, что каждая следующая пластинка имеет частоту собственных колебаний на 0,5 Гц больше, чем предыдущая. Свободные концы пластинок введены в прорезь, имеющуюся на шкале прибора. Катушка электромагнита присоединена к сети переменного тока так же, как и катушка вольтметра.

Рис. 1. Устройство электромагнитного резонансного частотомера

 

При прохождении по катушке переменного тока электромагнит создает магнитное поле, пульсирующее с частотой изменения тока. Находящийся в этом поле якорь 1 также начнет совершать колебательные движения и вызывать колебания связанных с ним пластинок 3.

Колебания пластинок обычно бывают настолько незначительными, что они не могут быть замечены глазом. Однако если
частота собственных колебаний какой-либо пластинки совпадает с частотой изменения переменного тока, т. е. с частотой колебаний якоря, то наступит явление механического резонанса, при котором эта пластинка начнет колебаться с большой амплитудой. Белый квадратик на ее конце превращается при этом в белую полоску (рис. 1,б), против которой по шкале можно отсчитывать измеряемую частоту. Значительно слабее колеблются две пластинки, колебания же всех остальных пластинок обычно совершенно незаметны для глаза.

 

Рис. 2. Принципиальная схема ферродинамического частотомера

Ферродинамический частотомер (рис. 2) представляет собой логометр ферродинамической системы. Катушки логометра соединяются в две параллельные цепи, которые подключаются к двум точкам а и б, между которыми действует напряжение переменного тока U (так же, как и вольтметры). Последовательно с неподвижной 3 и одной из подвижных 1 катушек включены катушка индуктивности L и конденсатор С, а последовательно с другой подвижной катушкой 2 — резистор с сопротивлением R (могут быть и другие комбинации R, L и С). Поэтому ток I1 в первой параллельной ветви зависит от частоты f, а ток I2 во второй цепи не зависит отf.

В результате при изменении частоты f будут изменяться ток I1 и положение подвижной части логометра до тех пор, пока не наступит равновесие моментов М1 и М2, создаваемых его катушками. Показания такого прибора будут зависеть от частоты f.

Непосредственное измерение частоты

производят частотомерами, в основу которых положены различные методы измерения в зависимости от диапазона измеряемых частот и требуемой точности измерения. Наиболее распространенными методами измерения частоты являются:

Метод перезаряда конденсатора за каждый период измеряемой частоты. Среднее значение тока перезаряда пропорционально частоте и измеряется магнитоэлектрическим амперметром, шкала которого проградуирована в единицах частоты. Выпускают конденсаторные частотомеры с пределом измерения 10 Гц — 1 МГц и погрешностью измерения +2%.

Резонансный метод, основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Измеряемая частота определяется по шкале механизма подстройки. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Погрешность измерения можно уменьшить до сотых долей процента.

Метод сравнения измеряемой частоты с эталонной. Электрические колебания неизвестной и образцовой частот смешиваются таким образом, чтобы возникли биения некоторой частоты. При частоте биений, равной нулю, измеряемая частота равна образцовой. Смешение частот осуществляют гетеродинным способом (способ нулевых биений) или осциллографическим.

При последнем способе применяют осциллограф с отключенным генератором внутренней развертки. Напряжение образцовой частоты подают на вход усилителя горизонтальной развертки, а напряжение неизвестной частоты — на вход усилителя вертикального отклонения.

Изменяя образцовую частоту, получают неподвижную или медленно меняющуюся фигуру Лиссажу

. Форма фигуры зависит от соотношения частот, амплитуд и фазового сдвига между напряжениями, подаваемыми на отклоняющие пластины осциллографа.

Если мысленно пересечь фигуру по вертикали и горизонтали, то отношение числа пересечений по вертикали m к числу пересечений по горизонтали n равно при неподвижной фигуре отношению измеряемой fх и образцовой fобр частот.

При равенстве частот фигура представляет собой наклонную прямую, эллипс или окружность.

Частота вращения фигуры будет точно соответствовать разности df между частотами fx’ и fx, где fx’ = fобр (m / n) и, следовательно, fx = fобр (m / n) + df.Точность способа определяется в основном погрешностью задания образцовой частоты и определения величины df.

Другой способ измерения частоты методом сравнения — с использованием осциллографа, имеющего калиброванное значение длительности развертки либо встроенный генератор калиброванных меток.

Зная длительность развертки осциллографа, и подсчитав, сколько периодов измеряемой частоты укладывается на выбранной длине центрального участка экрана осциллографа, имеющего наиболее линейную развертку, можно легко определить частоту. Если в осциллографе имеются калибрационные метки, то, зная временной интервал между метками и подсчитав их число на один или несколько периодов измеряемой частоты, определяют длительность периода.

Метод дискретного счета лежит в основе работы цифровых частотомеров. Он основан на счете импульсов измеряемой частоты за известный промежуток времени. Обеспечивает высокую точность измерения в любом диапазоне частот.
Это наиболее распространенный современный метод измерения. Низкие частоты, такие как частота промышленной электросети может измеряться путем подсчета импульсов, поступающих от измерительного генератора высокой частоты

F, за один или n периодов измеряемого тока или напряжения промышленной частоты f и вычисления значения измеряемой частоты по формуле: f = nF/N, где N — количество импульсов от измерительного генератора, полученное за n периодов промышленной частоты.
Другим способом является подсчет периодов сигнала измеряемой частоты за фиксированное время, например, за 1 секунду.

 

 

Классификация

· По методу измерения — приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

· По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

· По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.

· По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

· В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а также отчасти конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

· В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

[править]Электронно-счетные частотомеры

· Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

· ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц — десятков гигагерц используются дополнительные блоки — делители частоты и переносчики частоты.

· Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.

· Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.

· НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов

 

studopedya.ru

когда нет частотомера / Habr

В радиолюбительской практике, в силу ограниченности бюджета, часто возникает ситуация, когда тот или иной нужный для работы прибор недоступен. В такой ситуации приходится вычислять нужный параметр по результатам косвенных измерений, т.е. «сверлить пилой и пилить буравчиком».

В процессе отладки разрабатываемого мной устройства возникла необходимость провести калибровку цифрового синтезатора частоты в составе этого устройства. Задача является тривиальной при наличии частотомера электронно-счётного (ЭСЧ). Проблема же заключалась в том, что «взять взаймы» частотомер мне не удалось.

Если описать работу применённого в устройстве синтезатора частоты совсем просто, он образует на выходе сигнал с частотой Fs путём обработки входного сигнала от опорного генератора с частотой Fxo:

В качестве частотозадающего элемента опорного генератора был использован недорогой кварцевый резонатор с маркировкой на корпусе «TXC 25.0F6QF». Точное значение частоты сигнала опорного генератора известно не было. В настройках синтезатора опорная частота была указана константой
25000000 Hz
. Сам синтезатор частоты был запрограммирован на вывод сигнала частотой 9996 kHz.
Для проверки работоспособности синтезатора был использован цифровой осциллограф Rigol DS1102E. В настройках канала было включено измерение частоты.

Осциллограф на выводах кварцевого резонатора показал измеренное значение 25.00 MHz, а на выходе синтезатора – 10.00 MHz. В принципе, это уже было неплохо: схема работала.


Аналогом калибровки частотозадающих цепей методом биений является методика настройки музыкальных инструментов по камертону. Звук, извлекаемый из инструмента, накладывается на звук камертона. Если тоны не совпадают, возникают хорошо заметные на слух «биения» частоты. Подстройка тона музыкального инструмента производится до появления «нулевых биений», т.е. состояния, когда частоты совпадают.
Проще всего калибровку синтезатора частоты методом биений было провести с использованием радиоприёмника с панорамным индикатором и сигнала радиостанции RWM в качестве контрольного сигнала.

В качестве контрольного приёмника использовался SoftRock RX Ensemble II с программой HDSDR. Шкала приёмника была ранее откалибрована по сигналам радиостанции RWM на всех трёх частотах: 4996000, 9996000 и 14996000 Hz. В качестве контрольного сигнала использовался сигнал радиостанции RWM на частоте 9996000 Hz.

На скриншоте виден приём секундных меток RWM на частоте 9996000 Hz и приём выходного сигнала синтезатора на частоте, примерно, 9997970 Hz. При задании частоты синтезатора использовалась константа 25000000 Hz (номинальная частота кварцевого резонатора). При проведении калибровки эта константа была умножена на отношение частот 9997970 Hz и 9996000 Hz. В результате было получено значение реальной частоты запуска кварцевого резонатора 25004927 Hz. Это значение было занесено константой в прошивку устройства. На скриншоте показан результат проведения калибровки:

Частота выходного сигнала синтезатора 9996 kHz точно соответствует частоте приёма секундных меток RWM на частоте 9996000 Hz.

После проведения калибровки осциллограф показал на выводах кварцевого резонатора – 25.00 MHz, а на выходе синтезатора – 10.00 MHz, т.е. те же самые значения, что и до калибровки.


В Перми в светлое время суток стабильно принимается сигнал RWM на частоте 9996 kHz, а в тёмное время суток – на частоте 4996 kHz. Если прохождение радиоволн нестабильно, и сигналы RWM не принимаются, на сайте hfcc.org можно найти частоты и расписание работы вещательных радиостанций.

Несущие сигналы вещательных станций тоже можно, при необходимости, использовать в качестве контрольных, т.к. они обычно имеют отклонение частоты не более 10 Hz от частоты вещания.

Краткие выводы

Наиболее простой и точный способ измерения частоты сигнала в радиодиапазоне — измерение частоты электронно-счётным частотомером.

Получить приблизительное значение частоты сигнала можно, приняв его на контрольный приёмник с калиброванной шкалой.

Получить при использовании контрольного приёмника точное значение частоты сигнала можно по «нулевым биениям» измеряемого сигнала с контрольным сигналом, полученным от эталонного источника.

Необходимые дополнения:

Калибровку синтезатора можно было бы провести:
  1. Конечно же, с помощью ЭСЧ.
  2. Методом биений с помощью профессионального приёмника без панорамного индикатора, например, Р-326, Р-326М, Р-250М2 и т.п. и сигналов RWM «на слух». Это было бы не так наглядно, как с панорамным индикатором, и заняло бы больше времени.
  3. С помощью калиброванного генератора и осциллографа по фигурам Лиссажу. Выглядит очень эффектно, но требует дополнительного недешёвого оборудования.

И ещё, область применения радиолюбителями радиоприёмников, упомянутых выше, очень широка. Они применяются для наблюдения за эфиром, для контроля прохождения радиоволн, для контрольного прослушивания сигналов при настройке радиостанций и т.п.

habr.com

§104. Измерение частоты переменного тока

Частоту переменного тока измеряют частотомерами. Обычно применяют резонансные электромагнитные или ферродинамические приборы.

Электромагнитный резонансный частотомер имеет электромагнит 2 (рис. 344, а), в поле которого расположены стальной якорь 1 и соединенный с ним стальной брусок 5. Этот брусок укреплен на упругих пружинах 4 и на нем размещен ряд гибких стальных пластинок 3, площадь поперечного сечения которых подобрана таким образом, что каждая следующая пластинка имеет частоту собственных колебаний на 0,5 Гц больше, чем предыдущая. Сво-

Рис. 344. Устройство электромагнитного резонансного частотомера

Рис. 345. Принципиальная схема ферродинамического частотомера

бодные концы пластинок введены в прорезь, имеющуюся на шкале прибора. Катушка электромагнита присоединена к сети переменного тока так же, как и катушка вольтметра.

При прохождении по катушке переменного тока электромагнит создает магнитное поле, пульсирующее с частотой изменения тока. Находящийся в этом поле якорь 1 также начнет совершать колебательные движения и вызывать колебания связанных с ним пластинок 3.

Колебания пластинок обычно бывают настолько незначительными, что они не могут быть замечены глазом. Однако если
частота собственных колебаний какой-либо пластинки совпадает с частотой изменения переменного тока, т. е. с частотой колебаний якоря, то наступит явление механического резонанса, при котором эта пластинка начнет колебаться с большой амплитудой. Белый квадратик на ее конце превращается при этом в белую полоску (рис. 344,б), против которой по шкале можно отсчитывать измеряемую частоту. Значительно слабее колеблются две пластинки, колебания же всех остальных пластинок обычно совершенно незаметны для глаза.

Ферродинамический частотомер (рис. 345) представляет собой логометр ферродинамической системы. Катушки логометра соединяются в две параллельные цепи, которые подключаются к двум точкам а и б, между которыми действует напряжение переменного тока U (так же, как и вольтметры). Последовательно с неподвижной 3 и одной из подвижных 1 катушек включены катушка индуктивности L и конденсатор С, а последовательно с другой подвижной катушкой 2 — резистор с сопротивлением R (могут быть и другие комбинации R, L и С). Поэтому ток I1 в первой параллельной ветви зависит от частоты f, а ток I2 во второй цепи не зависит от f.

В результате при изменении частоты f будут изменяться ток I1 и положение подвижной части логометра до тех пор, пока не наступит равновесие моментов М1 и М2, создаваемых его катушками. Показания такого прибора будут зависеть от частоты f.

electrono.ru

Измеритель частоты тока своими руками: схема

Частотомеры, доступные на рынке, как правило, слишком дороги и сложны. Новым энтузиастам электроники всегда трудно заполучить эти высокочастотные измерители частоты. Кроме того, поскольку потребности измерения этих электронных новичков ограничены, простой аналоговый частотомер в большинстве случаев может легко удовлетворить их требования. Самодельная схема измерителя частоты, описанная в этой статье, очень проста по конструкции и обеспечит оптимальный диапазон измерения частоты, полезный для большинства любителей электроники. Более того, было бы очень интересно создать тестовый инструмент дома и использовать его для тестирования будущих строительных проектов.

Что такое частота

В электронике частота обычно имеет форму напряжения, которое меняет свое число полярности в секунду. Вы можете взять пример вашей домашней сети переменного тока, где частота напряжения меняется с положительного на отрицательное 50–60 раз в секунду, отсюда и название «переменный ток».

Частоты, используемые в электронных схемах, всегда имеют низкую амплитуду и не могут превышать максимальное рабочее напряжение или напряжение питания самой схемы. Они используются для выполнения многих сложных функций в схеме и в основном генерируются с использованием логических элементов КМОП. Часто возникает необходимость измерить частоту этих частот, и, таким образом, измеритель частоты оказывается весьма незаменимым инструментом для этого.

Схема аналогового частотомера, представленная здесь, может использоваться для измерения частот от 25 Гц до максимум 500 КГц.

Описание схемы

Чтобы понять схему функционирования этого самодельного частотомера, давайте рассмотрим следующее объяснение:

IC 555 формирует основную часть схемы и подключается как моностабильный мультивибратор.

Его частота определяется внешними компонентами R2, VR1 и C3. Настройка VR1 важна и может использоваться для настройки диапазона измерения частотомера.

Рассматриваемая частота подается на базу транзистора T1 через резистор R6Т1 проводит только во время положительных пиков входных колебаний.

Во время этих проводников T1 конденсатор C2 вынужден быстро разряжаться через R7 и T1. Кроме того, во время отрицательных пиков входных колебаний T1 отключается, и теперь C2 заряжается через R1, но с довольно медленной скоростью.

Из-за этого на контакте 2 микросхемы через конденсатор С1 появляется резкий отрицательный импульс. Резистор R3 гарантирует, что импульс является небольшим и только запускает IC.

Микросхема немедленно реагирует на триггер, генерирующий импульс постоянного периода, установленного VR1 на своем выходном выводе 3.

Этот импульс сглаживается и интегрируется с помощью R4, R5 и C5, C6, чтобы получить среднее значение импульсов. Измеритель с подвижной катушкой может использоваться для указания этого интегрированного значения.

Величина этих импульсов будет линейно изменяться в зависимости от входной частоты и, таким образом, может быть измерена непосредственно с помощью измерителя.

meanders.ru

Частота электрического тока: определение, формула, характеристики

Переменный ток имеет ряд важных характеристик, влияющих на его физические свойства. Одним из таких параметров является частота переменного тока. Если говорить с точки зрения физики, то частота – это некая величина, обратная периоду колебания тока. Если проще – то это количество полных циклов изменения ЭДС, произошедших за одну секунду.

Известно, что переменный ток заставляет электроны двигаться в проводнике сначала в одну сторону, потом — в обратную. Полный путь «туда-обратно» они совершают за некий промежуток времени, называемый периодом переменного тока. частота же является количеством таких колебаний за 1 секунду. В качестве единицы измерения частоты во всем мире принят 1 Гц (в честь немецкого ученого Г.Герца), который соответствует 1 периоду колебания за 1 секунду.

В республиках бывшего СССР стандартной считается частота тока в 50 Гц.

Это значит, что синусоида тока движется в течение 1 секунды 50 раз в одном направлении, и 50 — в обратном, 100 раз проходя чрез нулевое значение. Получается, что обычная лама накаливания, включенная в сеть с такой частотой, будет затухать и вспыхивать примерно 100 раз за секунду, однако мы этого не замечаем в силу особенностей своего зрения.

Для измерения частоты переменного тока применяют приборы, называемые частотомерами. Частотомеры используют несколько основных способов измерения, а именно:

• Метод дискретного счета;

• Метод перезаряда конденсатора;

• Резонансный метод измерения частот.

• Метод сравнения частот;

Метод дискретного счета основывается на подсчете импульсов необходимой частоты за конкретный промежуток времени. Его наиболее часто используют цифровые частотомеры, и именно благодаря этому простому методу можно получить довольно точные данные.

Более подробно о частоте переменного тока Вы можете узнать из видео:

Метод перезаряда конденсатора тоже не несет в себе сложных вычислений. В этом случае среднее значение силы тока перезаряда пропорционально соотносится с частотой, и измеряется при помощи магнитоэлектрического амперметра. Шкала прибора, в таком случае, градуируется в Герцах.

Погрешность подобных частотомеров находится в пределах 2%, и поэтому такие измерения вполне пригодны для бытового использования.

Резонансный способ измерения базируется на электрическом резонансе, возникающем в контуре с подстраиваемыми элементами. Частота, которую необходимо измерить, определяется по специальной шкале самого механизма подстройки.

Такой метод дает очень низкую погрешность, однако применяется только для частот больше 50 кГц.

Метод сравнения частот применяется в осциллографах, и основан на смешении эталонной частоты с измеряемой. При этом возникают биения определенной частоты. Когда же частота этих биений достигает нуля, то измеряемая частота становится равной эталонной. Далее, по полученной на экране фигуре с применением формул можно рассчитать искомую частоту электрического тока.

Ещё одно интересное видео о частоте переменного тока:

pue8.ru

Измерение тока в домашней сети / Habr

Существует целый класс устройств под названием Ethernet Relay, которые позволяют удаленно управлять подключенной нагрузкой через сеть. Большинство из них достаточно дорогие – ближе к 100 долл., и заведомо уступают по цене и по гибкости настройки связке, скажем, Raspberry Pi + PiFace. А что если задача не только включать-выключать нагрузку, но и измерять протекающий ток? Для этого требуется собственно датчик (на шунте или эффекте Холла) и АЦП (Raspberry Pi не содержит встроенного АЦП). В качестве датчика можно взять недорогой ACS712, а в качестве АЦП, например, ADC-Pi.

ADC-Pi мне не понравился по двум причинам:

  • при той частоте измерений, которая требуется для определения силы переменного тока в сети, этот АЦП дает очень большую погрешность (скорее всего я до конца не разобрался с регистрами)
  • используя этот АЦП в связке с Raspberry Pi под Linux сложно обеспечить необходимую стабильность периода измерений. Устанавливать и настраивать RTOS Linux только для этой задачи мне показалось слишком сложным предприятием, тем более что есть более простое и проверенное решение: Arduino

У всех Arduino уже есть АЦП (8-битный, но этого вполне достаточно), скетчи для Arduino исполняются с необходимой стабильностью, для связи с Raspberry Pi есть различные варианты, самый простой из которых – USB кабель. Ну и конечно, привлекательная цена.

Связка, которую я использовал, приведена на картинке.

Измерение силы тока представляется несложной задачей, если бы не одно «но»: физические датчики «шумят». На рисунке приведен пример фактических и расчетных показателей тока для моей схемы при 512 последовательных измерениях.

Таким образом, задача измерения переменного тока заключается в том, чтобы вычислить амплитуду синусоиды по набору фактических измерений, содержащих значительную долю ошибок.

Попытка номер раз

Формула переменного тока (кто забыл – см. wiki)

i=Im sin(ωt+ψ)

где:

Im – максимальное значение тока
ω – угловая частота
t – время (порядковый номер) изменения
ψ – начальная фаза тока

Можно попытаться найти необходимые параметры, используя аналитические инструменты. И тут нас ждет приятный сюрприз: осенью прошлого (2013) года компания Wolfram выпустила версию своего замечательного пакета Mathematica для Raspberry Pi. Бесплатно (для домашнего использования). И мы можем применить его для анализа данных, считанных с датчика.

Пример вызова пакета расчета в Raspberry Pi:

[email protected] ~ $ wolfram -script calc_current.wl datafile=/tmp/data.csv

Сам скрипт calc_current.wl ниже с комментариями:

Прочитать данные из файла, переданного в качестве параметра. Файл содержит строки вида <номер измерения>,<значение>.

data=Import[$CommandLine[[4]]]

Когда данные прочитаны, можно проделать анализ Фурье (Fast Fourier Transform) для того чтобы определить, приблизительно, количество циклов синусоиды на имеющейся выборке. Зависимость силы тока от времени нелинейна, и приблизительная угловая скорость, рассчитанная по FFT и переданная в качестве начального значения, резко увеличит шансы подобрать правильные параметры синусоиды.

fourier=Take[Abs[Fourier[data[[All,2]]]],{2,256}]

Если максимальное значение FFT не сильно отличается от среднего по выборке, можно сделать вывод, что выраженной синусоиды нет, все показатели представляют собой «шум», а реальная сила тока равна нулю.

topcycle=Ordering[fourier,-1]
avg=Mean[fourier]
top=fourier[[topcycle[[1]]]]
If[top < 10 * avg, Print["No AC"]; Exit[]]

Если выраженная синусоида найдена, можно попытаться подобрать параметры функции, используя наиболее выраженный цикл для расчета начального значения угловой скорости.

nlm=NonlinearModelFit[data, a Sin[b x + c]+d, {a,{b, 2 Pi * topcycle[[1]] / 512}, c, d},x]

Зная физические характеристики АЦП (размерность 1024, базовое напряжение 5V) и датчика (в моей версии 0.185V / A), можно вычислить эффективную силу тока:

imax=Abs[nlm["BestFitParameters"][[1]][[2]]] / (1024 / 5 * 0.185)
Print["Imax=", imax]
iefc=imax / Sqrt[2]
Print["Iefc=", iefc]
Print["Power=", iefc * 230]

Предложенный метод работает в большинстве случаев. Количество измерений, когда NonlinearModelFit не смогла верно подобрать параметры синусоиды, составило около 5 процентов. Однако каждое измерение требует много времени – у меня в среднем 5 секунд – для запуска приложения wolfram. Поэтому…

Попытка номер два

Поскольку частота переменного тока в сети стабильна и составляет (в России) 50 Гц, угловую скорость можно вычислить заранее и вместо нелинейной регрессии получить регрессию линейную. В самом деле,

или

Дифференцируя по X и Y, получаем систему линейных уравнений:

Решая систему по Крамеру, получим значения коэффициентов:

Тогда по теореме Пифагора максимальное значение тока составит:

Arduino-скетч, который реализует данный алгоритм, можно найти на Github-е. Метод обеспечивает хорошую точность измерений: для схемы на рисунке измеренное значение тока составляло стабильно 0.13A, что соответствует потреблению 29.9 Вт при напряжении 230V. Номинал лампочки, которая служила нагрузкой, 30 Вт.

Кстати, для Arduino также есть шилды с реле и весь функционал управления и мониторинга нагрузки можно реализовать на этой платформе. Raspberry Pi в таком случае будет использоваться только для организации удобного пользовательского интерфейса, например, через веб-сервер и как шедулер.

habr.com

Частотомер. Назначение, применение, классификация.

Для фиксации частоты используют частотомер, это специальный электроизмерительный прибор, использующиеся для фиксации частоты периодического процесса либо частот гармонических составляющих спектра сигнала.

Одним из основных параметров периодических и пульсирующих токов выступает частота, определяющая количество периодических колебаний за полный цикл и являющая основной характеристикой системы единиц СИ. Потребность в точном определении частоты возникает в различных сферах научной и практической деятельности, особое значение её определение имеет в электротехнике, радиоэлектронике, телекоммуникациях и пр.

   Частотомер

В настоящее время возможно измерение частоты с помощью множества приборов:

  • это и мультиметр
  • и генератор со встроенным частотомерам
  • и осциллограф

Специализированным же приборам, осуществляющим частотно-временные измерения, являются частотомер.

Классификация частотомеров

Частотомеры подразделяются в зависимости от следующих параметров:

По методу измерения:
  • частотомеры непосредственной оценки (к примеру, аналоговые)
  • частотомеры сравнения (гетеродинные, резонансные, электронно-счетные)
По физическому смыслу измеряемой величины,частотомеры предназначены:
  • для измерения синусоидальных колебаний (аналоговые)
  • измерения частот гармонических составляющих (резонансные, гетеродинные, вибрационные)
  • для измерения дискретных событий (конденсаторные, электронно-счетные)
По конструктивному исполнению их делят на:
  • щитовые
  • переносные
  • стационарные
По области применения:
  • электроизмерительные (частотомеры аналоговые стрелочные, резонансные, а также частично – частотомеры конденсаторные и электронно-счетные)
  • радиоизмерительные (частотомеры гетеродинные, резонансные, конденсаторные, электронно-счетные)

Что чем меряют, какие частотомеры, для чего?

С помощью резонансных частотомеров, вкупе с преобразователями механических колебаний в электрические, обычно измеряется частота механических колебаний.

Посредством электромеханических, электродинамических, электронных, электромагнитных, магнитоэлектрических частотомеров измеряется частота электрических колебаний.

Посредством электронных частотомеров (резонансные, гетеродинные, цифровые и др.) измеряется частота электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот и СВЧ.

В основе действия резонансного частотомера – сравнение частоты, измеряемой с частотой собственных колебаний электрического контура (либо резонатора СВЧ), который настраивается в резонанс с измеряемой частотой. В частотомерах гетеродинных производится сравнение измеряемой величины с известной частотой (либо ее гармониками) гетеродина (образцового генератора). Принцип действия цифровых частотомеров – в подсчете за определенный промежуток времени числа периодов измеряемых колебаний.

При добавлении к электронно-счетному частотомеру соответствующих приставок возможно измерение практически любых электрических величин (напряжения, тока, сопротивления, емкости, индуктивности и др.).

Нормируемые характеристики

Основными нормируемыми характеристиками частотомеров являются:

  • диапазон измеряемых частот
  • чувствительность
  • допустимая погрешность измерения
  • для электронно-счетных – нестабильность частоты кварцевого генератора

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 22335-85 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
ОСТ 11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры
МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки

 

Видео

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

powercoup.by

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о