Побудувати прилад, який би стрілкою на шкалі вказував частоту струму, складніше, ніж вольтметр або амперметр.

Фіг. 3-21. Механічний резонансний частотомір. Він може бути побудований для частот від одиниць до декількох тисяч коливань в секунду (звуковий діапазон).

М – електромагніт; А – сталевий якогек; К – сталевий брусок; Ζ – резонуючі сталеві язички; F-гнучке кріплення.

У ланцюгах з частотою 50-60 гц часто застосовуються резонансні механічні частотоміри (фіг. 3-21). Набір пружних сталевих язичків розміщується вздовж шкали. Всі язички різної товщини (або різної довжини). У підстави язичків укріплена котушка зі сталевим сердечником. Котушку приєднують до вимірюваної мережі. Сталеві язички розгойдуються з частотою змін струму. Але помітний розмах коливань буде лише у того язичка, у якого власна резонансна частота коливань збігається з частотою змінного струму. Кінчик цього язичка представиться у вигляді розмитої смуги.

Щоб побудувати стрілочний частотомер, доводиться застосовувати схеми з ємностей і індуктивностей, в яких сила струму залежить від його частоти. З цієї силі струму і градуіруют шкалу приладу.

Фіг. 3-22. Вимірювання довжини радіохвилі за допомогою двопровідної лінії.

Кожній частоті струму відповідає своя довжина електромагнітної хвилі. Але низкочастотников остання величина зазвичай мало цікавить. Високочастотникі ж однаково користуються поняттям частота струму і довжина хвилі. Частотоміри для частот вище 10 кгц називають хвилеміри і градуіруют їх не тільки в герцах (кіло-герцах і мегагерцах), але і в метрах і сантиметрах.

Фіг. 3-23. Хвилемір у вигляді порожнього резонатора для сантиметрових нулі.

Хвилі довжиною в кілька метрів можна вимірювати подібно до того, як вимірюють сукно або ситець. Електромагнітну хвилю направляють в довгу лінію – хвилевід і визначають відстань між двома електричними або магнітними гребенями хвилі (фіг. 3-22). Цей спосіб мало зручний. Найчастіше застосовують маленький коливальний контур: котушку, з’єднану зі змінним конденсатором. Зі зміною ємності конденсатора змінюється резонансна частота контура. Коли з’єднаний з контуром амперметр або вольтметр дасть найбільше відхилення-це означає, чго контур налаштований в резонанс з збудливими його коливаннями і за шкалою конденсатора можна відрахувати частоту і довжину хвилі цих коливань.

Коливання з частотою більше мільярда герц – сантиметрові хвилі – вимірюють порожнистими контурами. Ці хвилі направляються в посріблену (для кращої електропровідності) банку, одна зі стінок якої зроблена рухомого (фіг. 3-23}. Найбільше електрична напруга в банку виходить, коли її розмір пропорційний довжині хвилі. Коефіцієнт пропорційності можна точно визначити, і тоді по положенню стінки точно відлічувати довжину хвилі.

Лампові прилади

Електронна лампа відгукується на дуже маленьку потужність, підведену до її сітці. Тому з електронними лампами можна будувати дуже чутливі прилади – такі, які беруть мінімальну кількість енергії з вимірюваного ланцюга. Маленька лампа з короткими висновками точно відгукується на напруги, що змінюються з частотою в сотні мільйонів герц. Лампові вимірювальні прилади дають точні свідчення аж до дуже високих частот.

Але є недолік у лампових приладів – до них потрібні джерела живлення. Треба розжарювати катод електронної лампи. Треба подавати кілька десятків вольт в її анодний ланцюг. У самому приладі треба поміщати батареї живлення або тягнути до приладу допоміжні дроти від загальної мережі. Завдяки цьому ламповий прилад виходить більш громіздким і дорогим, ніж простий рамковий прилад. Але лампові прилади все вдосконалюються і застосування їх стає все шіое і ширше.

Лампові вольтметри (фіг. 3-24) вимірюють напруги від тисячних часток вольта до тисяч і десятків тисяч вольт. Це незамінний прилад для лабораторних досліджень. Немає тепер електротехнічних лабораторій без лампових вольтметрів.

Але з електронними лампами можуть бути побудовані і хитріші прилади. Вони можуть вимірювати такі електричні величини, які іншим способом важко отримувати.

Фіг. 3-24. Спрощена принципова схема лампового вольтметра.

Вимірюється напруга через конденсатор підлоги на лампу, включену як однополуперіодний випрямляч. Випрямлена напруга потрапляє на сітку другої лампи і змінює її анодний струм. У анодний ланцюг цієї лампи включений міліамперметр, шкала якого проградуйована в вольтах.

Можна, наприклад, побачити прямо на екрані осцилографа криву резонансу який-небудь досліджуваної системи. Можна отримати на екрані характеристику або навіть ціле сімейство характеристик електронної лампи. Можна вимірювати спотворення – «клірфактор». Отримати відразу процентний вміст гармонік. Є прилади-«каналісти»: вони дозволяють простежити канал передачі енергії і з’ясувати всі його особливості та дефекти.

Тільки з лампами могли бути здійснені генератори стандартних сигналів ГСС, які дозволяють отримувати коливання з будь-якою частотою від десятків герц до тисяч мегагерц, з високою точністю, необхідної для вимірювань.

Нарешті, з лампами виконуються точні вимірювачі часу. Для вимірювання одиничних коротких відрізків часу застосовується зарядка конденсатора, і за величиною отриманого напруги судять про кількість часу.

Є також лампові стандарти частоти – лампові годинник, в яких замість маятника коливається кварцовий кристал. Вони дають точність, недосяжну іншими способами. Кварцовий кристал коливається з дуже високою частотою в сотні тисяч герц. Цю частоту знижують, ділять її в декількох каскадах і врешті-решт отримують частоту, відповідну ударам маятника. Кладуть кишеньковий годинник на дошку, мікрофон точно записує їх стукіт і на стрічці виходить хід годин, порівняний з еталоном.

Джерело: Електрика працює Г.І.Бабат 1950-600M