> Техника, страница 92 > Частоты измерение

Частоты измерение

Частоты измерение в электротехнике и радиотехнике, процесс определения числа перемен тока или напряжения в ск., то есть числа периодов (циклов) переменного тока в ск. За стандарт частоты в СССР и Германии принят герц, Hz (ОСТ 5037); часто результат процесса Ч. и. выражают в kHz. Во всех остальных странах эти же единицы для Ч. и. называются соответственно цикл в ск. или просто цикл и килоцикл в ск. или килоцикл. Точное измерение частоты имеет в современной электротехнике, и особенно в радиотехнике, одно из доминирующих значений, в связи с переуплотнением радиоэфира и (как следствие) в связи с взаимными помехами между радиостанциями. Следовательно точное определение (измерение) частоты, как и стабилизация частоты (смотрите), является одним из основных фак торов, обусловливающих правильную и бесперебойную эксплуатю радиосети. Сверх того повышающаяся избирательность радиоприемных устройств, работа нескольких радиостанций на одной волне с целью экономии частот в эфире и т. д. предъявляют к технике Ч. и. все более высокие требования: по международным нормам 1933 г. например вещательные радиостанции должны обладать измерителями частот с точностью до i 10 Hz, что при значении несущей частоты радиостанции в 1 000 kHz составляет 10“³%. Для вещательных станций, работающих на одних и тех же общих волнах, требования к точности измерителей частот еще более высоки (±2 Hz, что для значения несущей частоты 1 000 kHz составит 5· 10 ⁴%). Измерители частот, обладающие точностью ниже 0,5%, признаны вовсе непригодными для использования в условиях эксплуатации. Требования точности к измерителям частот, применяемым в специальных лабораториях, еще более высоки. Т. о. метрология частот занимает особое положение в современной технике и в частности в современной радиотехнике, прогресс которой тесно связан с дальнейшими достижениями иуспехами в области Ч. и. В силу существующей зависимости между частотой и длиной волны (Я=с : /) процесс Ч. и. может быть в принципе заменен процессом измерения длины волны и обратно. Этим самым прибор, служащий для Ч. и., частотомер, м. б. отградуирован в длинах волн (смотрите Волномер) и наоборот. Однако последнее допустимо лишь в тех случаях, когда можно ограничиться малой точностью измерений. При современных требованиях большой точности к измерителям частот, когда начинает играть существенную роль даже поправка Майкельсона на величину скорости распространения электромагнитных волн в пространстве, права гражданства получает лишь частота, а следовательно и измеритель частоты. Это обстоятельство оправдывается в первую очередь тем, что лишь методы Ч. и. обеспечивают требуемую в‘ настоящее время точность измерений. Выражение же градуировки измерителя частоты в длинах волн путем перерасчета по ф-ле, связывающей частоту с длиной волны, вносит кроме того на практике еще ряд неудобств и неточностей. Поэтому ОСТ 5037 считает основной характеристикой частоту, а не длину волны.

К л а с с и ф|И кация и точность методов Ч. и. Современные методы Ч.и., равно как и измерители частот, построенные на основе этих методов, подразделяются на два класса: абсолютные и технические. К первому классу относят методы Ч. и., основанные на сравнении с единицей или суммой единиц времени, а также с эталонными частотами, генерируемыми специальными пьезокварцевыми (смотрите Пьезокварц) или камертонными (смотрите Камертон и Стабилизация частоты) генераторами-часами. Постоянство секундных сигналов такого рода часов-генераторов превышает постоянство секундных сигналов обычных астрономических маятниковых часов. Ко второму классу относят все остальные методы измерения частот, допускающие измерение в определенной полосе частот. На международной радиоконференции в Копенгагене 1931 г. было принято следующее подразделение методов Ч. и. и измерителей по точности: а) большой точности, то есть общая неточность которых меньше 10“⁴ измеряемой частоты, б) средней точности,

общая неточность которых меньше 1СГ³ измеряемой частоты (до 1СГ⁴), ив) малой точности, общая неточность которых меньше 5· 10~³ (до 1СГ³) измеряемой частоты. Под точностью измерителя частоты принято понимать отношение между измеренной частотой и абсолютной величиной максимальной ошибки, которая м. б. вызвана той или иной причиной. Под неточностью измерителя частоты принято понимать отношение, обратное предыдущему. Различают а) неточность общую, составляющими которой являются неточности, обусловленные механич. неправильностями частей измерителя частоты, неправильностями индикаторной системы или системы отсчета, неправильностями, являющимися результатом внешних влияний (темп-ры, электрич. полей, атмосферного давления, влажности и др.),‘ и б) неточность эталонирования, которая определяется исключительно ошибками эталонирования и не влияет на величину общей неточности. По современным нормам неточность эталонирования не должна превышать половины предела общей неточности. По способу отсчета применяемые методы измерения частоты могут быть разделены на 3 класса: с визуальным отсчетом, слуховые и комбинированные. Качественно современные измерители частот разделяют на 2 категории: измерители, основанные на излучении, и измерители, основанные на поглощении (абсорбции) энергии измеряемой частоты.

Абсолютные методы Ч. и. разделяются на 3 категория: 1) методы непосредственного сравнения измеряемой частоты с единицей или суммой единиц времени, 2) методы сравнения измеряемой частоты с эталонной частотой переменного тока, полученного с помощью эталона времени в виде астрономического маятника, действующего на систему фотоэлемента, и 3) методы сравнения измеряемой частоты с эталонной частотой абсолютных эталонов частот, частоты которых определены по методу первой категории. Методы первой категории получили применение в тех случаях, когда стабильность измеряемой частоты по величине одного порядка с требованиями точности, предъявляемыми к методам абсолютных измерений, например при измерениях частот эталонов частот, при измерениях весьма стабильных частот, излучаемых некоторыми передающими радиостанциями в течение большого промежутка времени, ит. п. Вышеизложенное вызвано еще тем, что при Ч. и. путем непосредственного сравнения с единицей времени для получения большой точности требуется пропорциональное увеличение промежутка времени, в течение которого производятся измерения, поэтому методы первой категории применимы лишь тогда, когда отсутствует требование кратковременного и быстрого определения абсолютного значения частоты.

При измерении частот путем непосредственного сравнения с единицей или суммой единиц времени различают два случая: 1) Когда измеряемая частота непосредственно соизмерима с единицей или суммой единиц времени. В этом случае Ч. и. производят, применяя например хронограф (смотрите), одно перо которого записывает на движущейся ленте импульсы тока измеряемой частоты, а другое параллельно—импульсы секундных сигналов времени. Применяются также и другие приборы для записи электрических импульсов, как ондуляторы (смотрите), шлейфные осциллографы (смотрите) и тому подобное.

Подсчет числа импульсов, записанных на ленте за определенный промежуток времени, производится специальным счетчиком-компаратором, имеющим также применение в обсерваториях при сравнении с помощью хронографов сигналов времени. Новейшие механические компараторы обеспечивают отсчет числа Hz с точностью 0,01 Hz и выше. Более удобным является применение автоматич. счетчиков, получивших распространение в США. Эти счетчики измеряют число перемен тока за определенный промежуток времени. Имеет применение также несколько более сложный способ, но дающий весьма большую точность измерений, заключающийся в следующем. Секундные импульсы через систему реле дают периодич. разряды искрового разрядника или вспышки точечных лампочек, применяющихся в телевидении. Лучи разрядов или вспышек проектируются с помощью соответствующих линз на циферблат счетчика, показания которого можно фотографировать на кинопленке, движущейся в специальной камере. В результате получается колонна цифр, разности между каждыми двумя из к-рых, будучи сложены и затем разделены на протекший промежуток времени в ск., равный числу цифр, дают значение измеряемой частоты. Иногда употребляется способ катодного осциллографа (по фигурам Лиссажу). Если измеряемая частота находится в простом отношении к ск., то кривые периодически изменяются и абсолютная разница м. б. определена путем простого подсчета числа измерений кривых за известный промежуток времени. Имеют применение различные вариации стробоскопии. метода.

2) Когда измеряемая частота непосредственно несоизмерима с единицей или суммой единиц времени, то прибегают к трансформации чистоты (смотрите Частоты трансформация) вниз путем применения различных кратных делителей: деление частот путем последовательной цепи синхронизации на унтертонах специальных генераторов, богатых гармониками (смотрите Мультивибратор), различных других источников релаксационных колебаний (смотрите), деление частот путем применения регенеративных каскадов, синхронно возбуждающихся на унтертонах (смотрите Резонанс параметрический), деление частот применением синхронного мотора, фонич. колеса и т. д. Трансформацию высокой частоты вниз продолжают до тех пор, пока трансформированная частота не будет непосредственно сравнима с единицей или суммой единиц времени по одному из способов, упомянутых выше. Очевидно истинное значение измеряемой частоты до трансформации будет равно измеренной трансформированной низкой частоте, умноженной на коэфициент трансформации частоты. При использовании сигналов времени, получаемых из обсерваторий, с помощью методов первой категории за длительный промежуток времени можно получить точность измерения частот до 1СГ⁷%. Методы абсолютного измерения частоты, отнесенные ко второй категории, в настоящее время не имеют распространения по причине малой точности, значительно уступающей методам первой и третьей категорий.

Методы, относимые к третьей категории, получили наиболее широкое применение, что объясняется не только большей точностью, но и возможностью в этом случае производить весьма кратковременные и быстрые Ч. и. Здесь различают ряд случаев: а) Когда измеряемая и эталонная частоты весьма близки друг к другу. В этом случае подсчитывают число ^биений (смотрите), получаемых (например в анодной цепи лампового детектора) по одному из вышеперечисленных при рассмотрении первого случая методов первой категории. Конечно здесь всегда необходимы особые предосторожности для сведения до минимума эффекта увлечения частоты, или захватывания. В телефонных лабораториях Белла (США) применяют также следующий способ: напряжения частот, измеряемой и эталонной, подаются к двум входам балансного модулятора, снабженного чувствительным поляризованным реле. Последнее включено в анодные цепи электронных ламп по диференциадьной схеме так, что при каждом герце разности между частотами, подводимыми к модулятору, оно приходит в действие. Т. о. задача далее сводится к измерению частоты срабатывания реле, б) Когда измеряемая и эталонная частоты разнятся на звуковой тон, то наиболее широкое применение имеет метод измерения частоты биений между этими частотами. В таком случае применяют или один из делителей, звуковых частот с последующим измерением низкой подтональной частоты по одному из способов, упомянутых выше, или используют эталонный генератор звуковой частоты с последующими измерениями по методу вторичных нулевых биений подтональной частоты, в) Когда частоты (измеряемая и эталонная) значительно разнятся между собой, то, если измеряемая частота кратна или почти кратна эталонной, достаточно сравнить измеряемую частоту соответственно с гармоникой или унтертоном более высокой частоты. Здесь часто используют один из современных способов трансформации частоты, в результате чего получают или звуковые или подтональной частоты биения, измерение которых производьтся одним из упомянутых выше способов. При кратности частот большой точности можно достигнуть по фигурам Лиссажу, получаемым с помощью катодного осциллографа. Если измеряемая и эталонная частоты не одного порядка и не находятся в кратном гармонич. отношении, то сравнение производится или путем нескольких стадий измерений по принципу гетеродинирования с эталонной частотой (смотрите Супергетеродинный прием) или по принципу наложения комбинационных частот от эталонов частот путем модуляции. В настоящее время не представляет трудностей получение кратных и подкратных частот, поэтому вовсе нет необходимости применять несколько эталонов на различные частоты. Применяя системы синхронизованных эталонной частотой (как на гармониках, так и унтертонах) генератор ов, богатых гармониками (напримермультивибраторов), используя комбинационные тоны, модуляцию и гармоники, легко можно заполнить широкий спектр частот (до диапазона метровых волн включительно) эталонными частотами с интервалами, соответствующими низкой звуковой частоте.

На этих" принципах построено большинство новейших устройств, служащих для абсолютного измерения радиочастот, путем сравнения с частотой эталона частоты, в свою очередь сравниваемого с единицей или суммой единиц времени. В последнем случае создают специальное приспособление в виде синхронных часов _#с микрометрическим циферблатом и контактным устройством, включенным в цепь, замыкаемую сигналами времени. В этом случае имеется возможность сравнивать показания часов с точностью до 0,01 секунды. При помощи методов третьей категории не представляет больших трудностей получение точности измерений частот до 10”* % для частот до 10³ kHz и до 10”⁷ % для частот выше 10³ kHz. О методах абсолютного измерения длин волн, дающих значительно меньшую точность, см. Измерение, Измерение в радиотехнике, а также Волномер.

Современные источники эталонных частот. В качестве источников эталонных частот широкое применение получили специальные пьезокварцевые осцилляторы и камертонные генераторы (смотрите Стабилизация частоты) как обладающие при известных условиях наибольшим постоянством частоты из всех других предложенных методов получения» стабильных частот. В тех случаях, когда можно ограничиться меньшим постоянством частоты, в качестве эталонов частот применяют также магнетостриктивные генераторы (смотрите Магнетострикция). С помощью маг-нетостриктивных эталонов можно (при специальных условиях) получить устойчивость частоты порядка до 5-10“³%. Получение устойчивости здесь до 10“³% представляет уже известные трудности. При применении камертонных генераторов в качестве источников эталонных частот получить стабильность частоты порядка 10”®% особых трудностей не представляет, хотя для этого требуются специальные условия. Получение устойчивости порядка 10“⁴% представляет уже существенные трудности. Пьезокварцевые эталоны частот при специальных условиях обладают стабильностью порядка до 10“®%. Получение же устойчивости выше 10“®% представляет значительные трудности. Однако констатирована устойчивость частоты пьезокварцевых эталонов за длительный период времени порядка 10“®% (лаборатории Белла в США и др.) и даже выше.

Источник эталонных частот лаборатории Белла прэдставляет собой пьезокварцевый осциллятор, непрерывно сравниваемый с тремя такими же осцилляторами (основная частота 100 kHz), с одной стороны, и с сигналами времени,—с другой. Кристаллы кварца, вырезанные по параллельному срезу, используются в виде колец,что вместе со специальным держателем обеспечивает интегральный температурный коэфициент по частоте менее 10“⁴%. Кроме того каждый кристалл помещается в двойном термостате с автоматич. регулятором t° до 0,01°. Атмосферное давление вокруг осциллятора поддерживается постоянным. Сам осциллятор установлен на специальных пружинах, чтобы уменьшить до минимума механич. сотрясения. Постоянство питающих напряжений поддерживается с точностью до 1% при помощи специальных регуляторов. Влияния нагрузки и других факторов (всего около 10) настолько уменьшены, что интегральная стабильность за длительный промежуток времени (более месяца) даже выше 10“®%, но имеет место медленное повышение частоты, обусловливаемое в частности изнашиванием кристалла и держателя. Медленные изменения частоты регулируются с помощью компенсированного микроконденсатора, включенного параллельно электродам кварца (сетка—нить лампы). Частота эталона выбрана в 100 kHz потому, что она представляет собой среднее логарифмическое спектра частот, применяемых в современной электро- и радиотехнике. Значение частоты основного эталона определяется в результате сравнения с сигналами времени, с одной стороны, и из соотношения между средними частотами всех четырех эталонов,—с другой. В тех случаях, когда от эталона частоты требуется возможно более высокая точность в течение большого промежутка времени, заранее гарантировать эту высокую точность, даже при принятии всех необходимых мер предосторожности, естественно нельзя. Поэтому применение _Δΐ метода, аналогичного тому,к-рый исполь-

^ зуется в обсерваториях для регулировки

+гю -

15 20 25 31 1 5 ~ίθ~ !

-май 1933г-;—“-Июнь 1933г--

Фигура 1.

часов-маятников, а именно использование нескольких эталонов, непрерывно сравниваемых друг с другом и с сигналами времени, является необходимым условием. На фигуре 1 приведен график устойчивости частоты камертонного генератора эталона час юты в 1 kHz Международного союза радиовещания за май и июнь 1933 г. В последнее время (1932—33 гг.) получил применение способ эталонирования наиболее точных эталонов частот, заключающийся в определении промежутка времени часового механизма, регулируемого эталонными частотами, относительно сигналов времени обсерватории. Это обеспечивает точность эталонирования за сутки до 1СГ⁷.

С о в р е м е н"н ые устройства для абсолютного Ч. и. нашли наиболее широкое распространение в радиотехнике. Такого родаустрой-ства, представляющие довольно сложные и объёмистые установки, применяются не только в лабораториях, но и в специальных пунктах контроля радиочастот и даже в крупных радио-приемно - передающих центрах. Последнее обусловлено все повышающимися требованиями к точности Ч. и., которой достигают лишь при применении абсолютных методов Ч. и.

Характерным обра-зцом современных устройств, служащих для абсолютного измерения радиочастот, является установка (фигура 2), разработанная в Научно-исследовательском ин-те электросвязи НКСвязи и установленная в 1932 г. для постоянной экс-плоатации в выделенном пункте контооля радиочастот в г. Можайске (около Москвы). Принцип измерений, положенный в основу устройства, заключается в сравнении (по методу нулевых биений) измеряемых частот, принимаемых на резонансные приемники, с эталонными частотами, подаваемыми на эти же

приемники. Ддя заполнения всего спектра радиочастот эталонными частотами используются выделяемые селекторами (контурами с малым затуханием) гармоники систем мультивибраторов, синхронизованных первичным эталоном частоты, каковым является пьезокварцевый осциллятор с основной частотой 200 kHz. Принципиальная схема устройства представлена на фигуре 3. Для измерений зву

кового тона биений применяется специальный звуковой генератор, стабилизованный в широком диапазоне частот, то есть с постоянной градуировкой. При точности эталона частоты ± 1СГ· суммарная ошибка измерений с помощью такого устройства Δ/^ Ю‘®/± 5 Hz, где ± 5 Hz приходится в основном на ошибки, связанные с использованием эталонного генератора звуковой частоты при определении частоты звуковых вторичных биений. Для понижения этой ошибки до ±0,5 Hz при измерениях частот вещательного диапазона прибегают к стробоскопии. методу измерения звукового тона упомянутых биений, трансформированных с помощью колеса Лакура.

Методы сравнения эталонов и а.б солютных измерителей частот по точности. Современная техника располагает следующими методами сравнения эталонов и абсолютных измерителей частот по точности, а) Методы с перемещением прибора:

1) прямое сравнение двух эталонов и измерителей по одному из методов абсолютного измерения частот и 2) сравнение нескольких эталонов и измерителей частот переносным прибором, могущим быть перевозимым даже из одной страны в другую, б) Методы без перемещения прибора: передача в эфир (например путем модуляции) и одновременные измерения одной и той же эталонной частоты измерителем, подлежащим проверке. Все эти методы имеют свои преимущества и свои неудобства, причем все они обеспечивают в настоящее время точность примерно одного порядка. На международной конференции в Гааге (1929 г.) было принято предложение об организации в каждой стране специальной лаборатории, снабженной эталонами частот и ведущей, с одной стороны, работы по повышению точности последних, а с другой—сравнения их точности в международном масштабе. В СССР такого рода работы поручены лаборатории стабилизации и контроля радиочастот НКСвязи.

Технические методы Ч. и. подразделяются на двэ категории: 1) прямые методы, то есть обеспечивающие непосредственное указание частоты, и 2) косвенные методы, обеспечивающие определение частоты путем измерения нек-рых физических величин, характеризующих колебательный процесс или зависящих от него. Большинство современных технических методов измерения частот позволяет определять частоту в нек-ром широком или узком диапазоне частот. Однако существуют методы Ч. и., позволяющие определять лишь одно фиксированное значение частоты. Технич. методы Ч. и. с точки зрения их применения разделяют: 1) на методы, основанные на поглощении, то есть дающие показания лишь при наличии переменного электрического поля, возникающего от внешних источников, и

2) на методы, основанные на самовозбуждении переменных токов известной частоты. Наибольшей точности можно достичь при применении второй группы методов. Точность, к-рую могут обеспечить методы первой группы, в лучшем случае порядка 0,1%. Исключение представляют методы и аппаратура, доступная лишь для применения в специальных лабораториях с весьма квалифицированным персоналом. На технич. методах Ч. и. основаны различного рода измерители частот (частотомеры), использующие явление механического резонанса (вибрационные, или язычковые, частотомеры), электрич. резонанса (смотрите Волномер), электромеханич. резонанса (пьезоэлектрические резонаторы), электродинамические, электромагнитные, измерители частот с искусственными схемами, гетеродинные и тому подобное.

Вибрационные частотомеры получили применение при измерениях низких и весьма низких ча-,

Τ—

У

стот (например для Ч. и. в осветительных и силовых сетях переменного тока).

Принцип их дейст- _{фшч 4#}

вия состоит в следующем. Ряд стальных полосок (язычков) а разной длины, один конец которых закреплен жестко, а другой может свободно колебаться, помещен в поле электромагнита Е, обмотки которого питаются током измеряемой частоты (фигура 4). Различная длина полосок придает последним различный собственный период колебаний. Каждая полоска точно подогнана на определенную собственную частоту путем присажи-вания ничтожной тяжести д. Наибольший размах получают колебания того язычка, собственный период которого наиболее близок к колебаниям, сообщаемым электромагнитом, или является числом, кратным колебаниям последнего. Загнутые свободные концы полосок b и окраска их в белый цвет придают последним при резонансе особую форде 48 50 52 54 му, ЧТО ПОЗВОЛЯвТ

i 1 i i 1.11 i 1.1 i I i I. выделить резони-рованную полос

ку от других. Наличие возле поло-Фигура 5. сок шкалы,граду ированной обычно в пер /ск., дает возможность определить значение частоты (фигура 5—частота переменного тока, питающего обмотки электромагнита, 50 пер/ск.). В настоящее время используется ряд вариантов измерителей частот, основанных на принципе механич. резонанса. Эти приборы включаются обычно в цепь параллельно, причем они рассчитываются на рабочее напряжение 100—500 У. В технике сильных токов вибрационные частотомеры применяют на диапа-

зон частот 45—55 Hz с делениями до 0,25 Hz. Вибрационные частотомеры изготовляются на диапазоны частот 7,5—6 000 Hz.

Измерители частот, использующие явление электромеханического резонанса, нашли широкое применение в современной радиотехнике, в частности в качестве контролеров устойчивости частоты высокочастотного передатчика. К числу последних принадлежат пьезокварцевые резонаторы, обычно исполняемые в виде пластинки моно-кристаллич. кварца, вырезанного определенным образом по отношению к осям (смотрите Пьезо-кварц) и помещенного в специальной оправе в стеклянный запаянный баллон, наполненный смесью газов гелия с неоном при давлении ок. 10 миллиметров. В этом случае, когда к электродам кварца приложена переменная эдс с частотой, равной собственной частоте пьезокварцевой пластинки, последняя приходит в интенсивные колебания, в результате чего появляется эдс обратного пьезоэлектрического эффекта, сопровождаемая сильной ионизацией неона, вызывающая тлеющий разряд (свечение). При малой входной эдс свечение, продолжается на полосе частот шириной в несколько Hz, что дает возможность производить измерение и особенно контроль устойчивости частоты с большой точностью. Малое затухание, низкий температурный коэфициент и постоянство собственной частоты позволяют использовать кварцевые резонаторы для целей настройки и контроля устойчивости частоты передающих радиостанций с точностью порядка сотых долей %.

Принцип действия индукционных измерителей частот, нашедших себе применение при измерениях низких частот, состоит в следующем. В воздушном зазоре между двумя снабженными экранами электромагнитами Е, в цепи которых включены последовательно с одной системой безиндукционное сопротивление R, а с другой—сильное индукционное сопротивление L, свободно вращается алюминиевый диск Ώ со стрел-кой (фигура 6). Полное

сопротивление индуктивной системы изменяется с изменением частоты, что вызывает изменение тока, проходящего через эту систему, и следовательно изменяет положение алюминиевого диска со стрелкой. Последнее обстоятельство позволяет построить шкалу частоты. Для измерения низких частот получили распространение также электродинамические измерители частот, позволяющие получить почти равномерную шкалу.

Принцип действия электромагнитных Измерителей частоты состоит в том, что подвижная система, состоящая из сердечника мягкого железа в виде пластинки со стрелкой, свободно вращается в поле двух неподвижных соленоидов и $₂, повернутых на 90° (фигура 7). Один из соленоидов соединен последовательно с индуктивным сопротивлением L, а другой—с безиндукционным R по принципу мостика

Витстона. При измерении частоты происходит то же, что и в случае индукционных измерителей, в результате чего подвижная система принимает новое положение равновесия, что позволяет нанести почти равномерную шкалу градуировки по частоте. Измерители частот со стрелками удобны тем, что позволяют в частности осуществить запись частоты на ленте. Недостатком является зависимость от напряжения в сети. Все эти измерители позволяют измерять лишь низкие частоты.

Измерители частот, использующие явленно электрического резонанса цепей_устроятся для измерения частот как в широком, так и в узком диапазонах, причем для низких и высоких частот, вплоть до частот, соответствующих диапазону метровых волн. В случае весьма низких частот измерители частот этого рода могут дать относительно большую точность. В этом случае схе- к сети t—Т Т

ма измерителя частоты __ I 1

имеет вид, представлен-

ный на фигуре 8. К при- _Lрч меру, для точного изме- Р

рения частоты ок. 60 Hz -^

одну цепь (C₁L₁R₁) на ф_Иг. 8.

страивают на 70 Hz,

другую (C₂L₂jR₂)—на частоту порядка 58 Hz, а третью (С₈Ь₃1?₈)—на частоту 36 Hz. В эт.ом случае на шкале длиною 15 см, с точкой 60 Hz по середине, отклонение стрелки на полшкалы соответствует изменению частоты всего· лишь на 5 Hz. В случае высоких радиочастот измерители частот этого рода (смотрите Волномер) в большинстве случаев не могут обеспечить современных норм точности, предъявляемых к последним. Согласно общесоюзному стандарту ОСТ 5242 принято делить резонансные измерители частот на 3 класса: 1) с наибольшей допустимой относительной неточностью до 0,25% при максимально допустимом декременте 0,05, 2) с наибольшей допустимой относительной неточностью до 0,1% при наибольшем декременте· 0,025 и 3) до 0,03% при декременте не более· 0,015. Последние представляют собой непереносные приборы для лабораторных измерений, выполненные с компенсацией влияний темп-ры ит. п. Ко второму классу относят измерители на узкий диапазон при непременном условии частой проверки их градуировок абсолютным измерителем частот. Необходимость частой проверки градуировок таких измерителей частот по отношению к абсолютным измерителям частот вызывается целым рядом причин, из которых основными являются: изменение настройки из-за оседания ротора конденсатора колебательного контура, вызываемого изнашиванием подвижных частей, изменением параметров индикатора (размагничивание магнитов телефона или индикаторов другого вида> и тому подобное. Следует иметь в виду, что смена индикатора резонанса влечет за собой существенные изменения параметров колебательного контура, а следовательно и кривой градуировки, поэтому резонансный измеритель частоты при смене его индикатора должен быть вновь проградуирован с тем индикатором, с которым предназначается его дальнейшее использование. Индикаторами служат: а) индикаторы ток а— тепловые миллиамперметры, гальванометры или телефоны в соединении с детекторами „

1
С’Т
L· 1	§4?	L·

амперметры, обладающие постоянным сопротивлением (порядка 10 Ω), следовательно показания их пропорциональны 1² в связанном контуре (максимальное I обычно порядка 70 тА) ит.п., б) индикаторы напряжения—маловольтные лампочки накаливания, разреженные трубки, ламповые вольтметры и прочие (см.Индикаторы резонанса). При Ч. и. с помощью резонансных измерителей частот основными условиями точности являются слабые связи, т. к. максимальный ток в контуре измерителя бывает не при резонансе (смотрите). Проистекающая отсюда ошибка при измерениях будет тем меньшей, чем меньше связи. В случае малых связей наибольшие показания индикатора будут весьма близко соответствовать моменту резонанса. Применяемые в настоящее время резонансные измерители частот на узкий диапазон частот имеют декремент до 0,005. Используемые ими катушки самоиндукции и конденсаторы обладают малым t°-ным коэф-том по частоте (смотрите Стабилизация частоты) и большой механической жесткостью при ничтожных остаточных деформациях, что позволяет получить точность до 0,1% от измеряемой частоты. Для искусственного сужения резонансной кривой применяют в качестве индикатора резонанса катодный вольтметр, накал лампы которого производят энергией измеряемой высокой частоты путем абсорбции части энергии от колебательного контура.

Технич. измерители частот гетеродинного типа осуществляются как на широкий, так и на узкий диапазон. К числу первых относятся обычные ламповые генераторы, осуществленные с элементами параметрической и £°-ной стабилизации частоты, при буферном каскаде (для устранения влияния нагрузки) и детекторе. Гетеродинные измерители частот, основанные на использовании затухающих колебаний, почти полностью вытеснены измерителями, использующими незатухающие колебания, которые получаются с помощью ламповых генераторов. К числу вторых относят пьезокварцевые осцилляторы, связанные с детекторным каскадом. К последнему кроме того подводится переменное напряжение измеряемой частоты. В случае близости частоты кварцевого осциллятора и измеряемой частоты в телефоне детекторного каскада будет слышен тон биений, равный разности этих частот. Этот тон биений может затем измеряться одним из измерителей низких частот, начиная от вибрационных частотомеров и кончая звуковым генератором с постоянной настройкой. Точность измерения частоты в этом случае может достигнуть, при специальных условиях, примерно до 0,001%. Иногда применяют модуляцию частоты кварцевого осциллятора частотой от звукового генератора с использованием при измерениях одной боковой полосы (jP=/izb/2)-В этом случае измеряемая полоса будет иметь ширину порядка 2/₂. Гетеродинные измерители частот получили наиболее широкое распространение для Ч. и. и контроля устойчивости частот во времени передающих радиостанций как наиболее простые и точные. В случае необходимости получить точность выше 0,01% в широком диапазоне частот прибегают к совместному использованию упомянутых выше ламповых генераторов и пьезокварцевых осцилляторов; при этом ламповый генератор снабжается корректирующим переменным конденсатором малой емкости. Градуировка пер

Фигура 9.

вого проверяется по методу нулевых биений между гармониками обоих и в случае незначительных изменений частоты восстанавливается корректирующим конденсатором. Т. о. точность Ч. и. в широком диапазоне можно приблизить к точности, достигаемой кварцевым осциллятором (эталоном). Ч. и; на мощной передающей радиостанции для избежания ошибок измерений, обусловленных явлением увлечения частоты гетеродина, производят сл. образом: гетеродинный измеритель настраивают на частоту, равную сумме или разности измеряемой частоты и частоты кварцевого осциллятора, в результате чего при воздействии всех, трех частот на детектор в телефоне последнего будут слышны нулевые биения.

К технич. измерителям частот с искусственными схемами принадлежат различные градуированные мостики, где Ч. и. ведется путем настройки плеча последовательно включенных самоиндукции L и емкости С (фигура 9) и регулировкой второго плеча с помощью переменного сопротивления R. Уравновешенный мостик дает минимум звука в телефоне Т, включаемом непосредственно или через усилитель. Так как этот способ является нулевым, то он дает возможность производить измерения с точностью порядка ±0,02%. Для повышения точности цепи мостика помещают в термостат с автоматическим регулятором t° до ±0,5°. Мостик позволяет измерять частоты до 50—60 kHz. К измерителям частоты с искусственными схемами относят также натянутую струну, приводимую в колебательное движение небольшим электромагнитом, питаемым током измеряемой частоты. При помощи подвижных держателей расстояние между последним регулируется так, чтобы амплитуда колебаний была наибольшей, что соответствует моменту резонанса. По расстоянию между скобами (держателями) определяется частота

= ~г ^п ’ ^где #—величина груза, натягивающего струну, m—масса проволоки на 1 сантиметров длины I. Иногда этот метод используется в других вариантах, например для Ч. и. по нулевым биениям с тоном колебаний струны, возбуждаемой механически. Для измерения низких частот весьма малой интенсивности прибегав ют к схеме фигура 10. В цепи С и L₂ наводятся две эдс измеряемой частоты, одна как результат падения напряжений на зажимах конденсатора С и другая—индуктируемая благодаря связи между L₁ и L₂. Эти эдс можно считать с большой степенью точности противоположными по фазе. Изменяя связь между L_t и L₂, можно добиться их взаимной компенсации, что определится по минимуму звука в телефоне Т. Для каждого значения частоты имеет место своя величина М, определяемая из выражения:

ΙωΜ=,¹ то есть ω=—=,

соС у_мс

что позволяет нанести необходимую градуировку на шкалу вариометра (смотрите) такого при-

Фигура 10.

бора. Имеет применение также метод измерения низких частот по схеме фигура 11. Сущность состоит в том, что ток I в цепи прибора пропорционален частоте, т. к. число разрядов конденсатора С тесно связано с измеряемой частотой и ей определяется. Если постоянная времени конденсатора такова, что за измеряемый период он сумеет принять и отдать полный свой заряд, то будет иметь место для одного заряда соотношение q=СЕ для 1 ск., fq=fCE, откуда

f=—. В случае синусоидальных колебаний воз-

iri

Фигура 11.

можно измерять частоту,исходя из соотношения справедливого для схемы фигура 12.

Градуирование и эталонирование различных технических измерителей частот производится обычно путем одновременных измерений дискретного ряда частот, непосредственно градуируемым измерителем и параллельно одним из абсолютных измерителей, описанных выше. Иногда процесс градуирования упрощается при использовании непосредственно эталонных "частот и их обертонов. Контроль над частотами радиостанции в настоящее время осуществляется как местный, то есть с помощью прибора (измерителя частоты),находящегося непосредственно на радиостанции и контролирующего непрерывно несущую частоту лишь данной станции, так и централизованный, на специальных выделенных пунктах (пункты контроля радиочастот). Последние производят контроль частот всех радиостанций. Контроль частоты состоит в определении значения частоты радиостанции в любой заданный момент времени с точки зрения соответствия этой частоты номиналу частоты, предоставленному в распоряжение данной радиостанции. Помимо этого пункты контроля радиочастот ведут контроль стабильности частоты радиостанции во времени с течки зрения соответствия частот радиостанции нормам стабильности частот. Пункты также ведут корректирование частот радиостанции путем телефонных и телеграфных сообщений значения частоты в данный момент времени соответствующей радиостанции. До сего времени контроль над частотами и стабильностью последних производится лишь над несущими частотами в паузы, когда модуляция отсутствует. В настоящее время контроль над частотами радиостанции почти во всех странах поставлен на значительную высоту, так как только при наличии дисциплины в радиоэфире можно обеспечить бесперебойную эксплуатю радиосетей. В СССР имеется несколько пунктов контроля и корректирования радиочастот, находящихся в различных частях Союза. Наибольшей известностью пользуется пункт, находящийся около Москвы — в Можайске, аппаратура и измерители частот которого обеспечивают контроль частот большинства радиостанций СССР и Западной Европы с весьма большой точностью, в соответствии с современными жесткими нормами.

В последнее время НКСвязи введена система штрафов за нестабильность частоты радиостанциями, что должно содействовать улучшению состояния радиоэфира и тем самым улучшению качества работы радиостанций в соответствии с директивами правительства. Для периодич. проверки измерителей частот на местах создается система передач эталонных частот, излучаемых определенной радиостанцией. Разрабатывается система излучения эталонных частот любого значения из широкого диапазона частот по определенному расписанию или предварительному заказу, что значительно облегчит проверку различных измерителей и контролеров устойчивости частоты.

Лит.: Линкер А., Электротехнические измерения, пер. с нем., М., 1927; Ермаков В., Основы электрометрии, М.; Г р у н К., Электротехнические измерительные приборы, пер. с нем., М., 1927; Шаров В., Радиотехнические измерения, Л., 1932; В айнб ергА., Современное состояние техники абсолютного измерения радиочастот, М., 1933; Г у н д А., Измерения при высокой частоте, пер. с нем., М.—Л., 1931; Кьяндский Г., Радиотехнические измерения, М.—Л., 1932; А н цели о в и ч Е., Радиотехнические измерения, М.—Л., 1932; С л е п я н Л., Абсолютный метод измерения частот Л. И. Мандельштама, «ТиТбП», 1918, т. 1, 2; Минц и Оганов, Волномер с повышенной остротой настройки, там ше, 1928, июнь; Табель В., Современные волномеры и способы градуировки, «Электричество», М., 1925, март; Ширков В., Волномер-индикатор, «Научно-техн. сборник НКПиТ», 1929, 1; Табель В., Метод измерения длин волн помощью пьезокварца, «ТиТбП», 1928, 48; Моругина, Проверка волномеров с кварцевым осциллятором, там же, 1927, 44; Белов, Струнный частомер для измерения низких частот, «ТиТбп», 1928, 48, 1929, 5, стр. 535; Т и то в и Вайнберг, Автоматический контролер радиочастоты, «Физика и производство», 1931, 3; Т и т о в и Вайнберг, Устройство для точного измерения частот радиостанции, «Вестник электротехники», 1931, 4; Портативный гетеродинный волномер, «Известия электропромышленности», Москва, 1932, 2, 5; Величутин, О передаче сигналов времени, «Техн. связи», М., 1932, 1; Степанов, Измерения частот абсолютным методом, «Вестник электротехники», 1931, 10; Уфтюшани-н о в, Гетеродинный волномер с пьезокварцевым контролем для волн 6—12 м, «Известия электропромышленности слабых токов», 1932, 9, 10; Анцелиович, О темпер, коэф-те колебательных контуров, «Журнал технич. физики», Ж., 1932, б; Мушкин и Расплетин, Стандарт частоты ЦРЛ—ВЭСО, «Техника радио и слабого тока», 1932, 10; Вайнберг А., Пьезокварцевый эталон частоты для передающих радиостанций, «Техника связи», М., 1932, I; его ше, Об устойчивости частот радиостанции, там ше, 1931, 1, 2, 3; е г о ш е, Международные сравнения измерения частот, там ше, 1931, 3, 6, 1933, б; Вайнберг и Загебарт, Объективный метод .эталонирования частот, «Научно-техн. сборник НКПиТ», 1931, 2; Вайнберг А., Проверка графиков волномеров, «Техника связи», М., 1931, 6; е г о ше, Переносный прибор для точного измерения частот к-в радиостанции, «Техника радио и слабого тока», М., 1932, 3; его ше, Выделенные пункты контроля частот радиостанций СССР, «Техника связи», М., 1932, 11; Кобзарев, Таблица градуировки волномеров и ее погрешность, «Техника радио и слабого тока», Л., 1932, 1, стр. 5; Смирнов^., Устройство Кейза для измерения очень низких частот, там ше, 1932, 8; S e i b t, «Jahrb. d. drahtl. Teleg. u. Teleph.», B., 1916, p. 504; F e r r i e et Carp entier, Longueur d’onde, «La lumtere 61ectr.», P., 1916, p. 427; Scheller, «Jahrb. d. drahtl. Teleg. u. Teleph.», 1916, p. 507; Chaffee E., Harmonic Method of Calibr. a. Wave-Meter, «Proceed, of the Inst, ol Radio Engineers», N. Y., 1917,10, p. 357; Abraham et Bloch A., Mesure en valence ahsolue des p6riodes 61ectriques de haute frequence, «Ann. de Phys.», P., 1919, 22, p. 237; Thurn H., Selbstanzeiger d. Wellenmesser, «Jahrb. d. drahtl. Teleg. u. Teleph.», B., 1921, Aug., p. 122; Pierce C., Piezo-Electric Crystal Resonators Applied to the Precision Calibration of Wave Meters, «Proceed, of the Amer. Acad, of Arts a. Sciences», N. Y., 1923, 4; Horton J., Ricker N., Marrison W., Frequency Measurement in Electrical Communication, «Trans, of the American Inst, of Electrical Engineers», N. Y., 1923, p. 730; Hund A., Correction Factor for the Parallel Wire System Used in Absolute Radio Frequency Standartisation, «Proceed, of the Institute of Radio Engineers»,^ Y., 1924, 10, p. 817; Hund A., Method of Measuring Radio Frequency by Means of a Harmonic Generator, ibid., 1925, 4, p. 207; G i e b e E., Alberti E., «Ztschr. f. techn. Phys.», Lpz., 1925, 3, p. 92; H u Χίο r d W., Standing Electric Wave on Parallel Wires, «Physical Review Minneapolis», Minneapolis, 1925, 5, p. 686; F г о m у E., Presentation d’un ondmeter—Heterodyne, «L’onde 61.“, P., 1925, 10, p. 433; Searle V., The Wave Form of the Current in an Electrically Maintained Tuningfork Cirenit, «Phys. Magazine», Chicago, 1926, 4, p. 738; Rassmyssen F., Frequency Measurements with the Cathode Ray Oscillograph, «J. A. I.

E. E.», 1927, 1, p. 3;Scheibe A., Normalfrequenzen u. absolute Frequenzmessung, «Jahrb. d. drabt.1. Teleg. u. Telepb.», 1927, 5, p. 158; В г a i 1 1 а г d et D i v о i г e, La mesure exacte et precise des longueurs d’onde dans les stations demission, «L’onde 61.», P., 1927, 8, p. 357; Scheibe A., Ztscbr f. Hochfrequenztechnik», B., 1927, p. 120, 158; В r a i 1 1 a r d R., D i v о i r e E., Die genaue Messung d. Wellenlangen bei jeder Stelle, «Elektrische Nacbrichten-Technik», 1927, p. 11; Aiken C. A., Precision Method for the Measurement of High Frequencies, «Proceedings of the Institute of Radio Engineers», N. Y., 1928, 2, p. 125; Horton G. a. Marzison W., Precision Determination of Frequencies, ibid., 1928, 2, p. 137; Hitchcock R., A Direct Reading Radiofrequency Meter, «Proceed, of the Inst, of Radio Engineers», N. Y., 1929, 1, p. 24; H a 1 1 E., A System for Frequency Measurements Based on a Single Frequency, ibid., 1929, p. 27.2; P e s s i ο n C. a. G a r i о T., Measurement of the Frequencies of Distant Radio Transmitting Stations, ibid., 1929, 4, p. 734; J i m b о S., Measurement of Frequency, «Proceed, of the Inst, of Radio Engineers», N. Y.,

1929, 11, p. 201 ϊχ Documents du CCJR, Bern, Premiere R6union 1929, Bern, 1930, Sept.—Oct., p. 183; Griffits W., Wave Meter, «Wireless World», L., 1930, 4, p. 381; Griffits W., Accurate Wave Meter Design, ibid.,

1930, 1, p. 113; Parkin T., Portable Precision Fre

quency Meter, «Marconi Review», 1930, 1, p. 1; Documents -du CCJR, Deuxi6me R6union, Bern, 1931, Mai—Juin, p. 112, 169; Deco, «L’onde 61.», P., 1932, 7, p. 131,

553; Nancarow, «Electrician», 1932, 5, p. 109, 241; С о r a n, «Ball. Labor Record», 1932, p. 11, 102; Wain berg A., Centres de mesure et de control к distance dans i’U.R.S.S., «Publications techniques de l’U.J.R.», Bruxelles, 1932, 2, p. 76; S c h e i b e u. Adelsberger, Eine Quarzuhr fiir Zeit u. Frequenzmessung sehr hoher Genauigkeit, «Ztschr. f. techn. Phys.», Lpz., 1932, 12, p. 591; Norman, «Proceed, of the Inst, of Radio Engineers», N. Y., 1932, 11, p. 1715; Rohde Schwarz, «Hochfrequenztechn.», B., 1932, 4, p. 117 ф· Вайнберг.