电动式频率表测量机构及比较测量法

1.频率的测量原理

频率表是用来测量电路频率的仪表。下面以电动式频率表为例说明频率表的结构原理。电动式频率表是利用电动式比率计的原理制成的，它没有产生反作用力矩的游丝，其转矩和反作用力矩都是由电磁力产生的。

电动式频率表测量机构的结构如图4-20所示。它由固定线圈A和两个活动线圈B₁、B₂成90°交角固定在同一轴上，它们的内部接线如图4-21所示，其中动圈B₁与电容C₀联，动圈B₂与电阻R₀并联后与固定线圈A、电感L及电容C等串联，然后两个支路并联，再串接于线路中。

由图可见，仪表的两个并联支路电容元件的阻抗随频率而变化，所以仪表转动部分的偏转角是频率的函数，仪表指针指示即为线路的频率数。

2.频率的测量

常用的频率测量方法分为比较法、直读法和计数法。比较法是将被测频率信号和已知频率信号相比较，通过观、听比较结果，获得被测信号的频率。属于比较法的有拍频法、差频法和示波法。直读法是利用电路频率特性测量的，它包括电桥法和谐振法两种。计数法是利用电子计数器测量频率，有电容充放式和电子计数式两种。比较法和直读法是模拟式测频，计数法属于数字式测频。这里主要介绍用示波器和电子计数器来测量频率。

图4-20 电动式频率表结构示意图

A—定圈 B₁，B₂—动圈

图4-21 电动式频率表测量线路

A—定圈 B₁，B₂—动圈 L—电感 C，C₀—电容 R，R₀—电阻

（1）用示波器测量频率

用示波器测量频率可以用扫描法和比较法。

1）扫描法。扫描法是应用示波器内部水平扫描测量频率。把被测频率的信号电压接到示波器的垂直输入，调节内部水平扫描的旋钮，使示波器荧光屏上仅仅出现一个完整的波（或一个波的整数倍），这时表明被测信号的频率就等于（或整数倍于）水平扫描的频率。有些示波器可以直接由扫描调节旋钮的位置确定扫描频率。有些示波器的水平扫描是直接对时间校准的，利用在示波器荧光屏上出现的时标就可以确定被测信号一个周期所占有的时间T，再经过f=1_T的简单计算，就可以确定被测信号频率。例如，当用示波器测量某一信号频率时，若扫描速率调节器处在指示值为5ms/cm的位置，而示出的一个波形所占有的水平距离为4cm，则表示被测信号的周期为20ms，因此频率f即为50Hz。

2）比较法。比较法是通过示波器，应用李沙育图形把被测频率的信号与标准频率的信号进行比较来进行测量的。

在用比较法测量频率时，先断开示波器内部的水平扫描，把一个频率可调的标准信号源接至示波器的水平输入，而在其垂直输入处接入被测频率的信号，接线如图4-22所示。由于这两个电压的频率、振幅和相位不同，在荧光屏上所显示出的波形也各有不同，这种图形称作李沙育图。

图4-22 用比较法测量频率的接线图(www.xing528.com)

当被测信号U_y频率f_y与标准信号U_N的频率f_N之间具有整数倍的关系时，出现的李沙育图形是静止的，且具有一定的形状。当频率比时，其李沙育图形如图4-23所示。

被测频率f_y与标准频率f_N之间具有不同频率比的李沙育图形的示例如图4-24所示。

对应于一定形状的李沙育图形，其f_y与f_N的关系可以用这种方法确定：分别对图形作水平线和垂直线，并注意使所得的线不通过图形的交叉点或与其相切，这时若水平线与图形的交点数为m，而垂直线与图形的交点数为n，则两个电压的频率比为

图4-23 频率比时的李沙育图形

a）李沙育图形的构成 b）两电压有不同相位的图形

图4-24 具有不同频率比的李沙育图形

根据李沙育图形的形状和已知的标准频率f_N就可以求出被测信号的频率：

应用李沙育图形测量频率的比较法可以测量较宽范围的频率，它的被测准确度取决于标准信号频率的准确度。

（2）用计数法测量频率

计数法测量频率是在某个已知标准时间间隔T_S内，测出被测信号重复出现的次数N，然后计算出频率f=N/T_S。

目前广泛使用数字式频率计的测试原理，如图4-25所示，石英晶体振荡器产生高稳定的振荡信号，经分频后产生准确的时间间隔T_S，用这个T_S作为门控信号去控制主门的开启时间，被测信号经过放大整形后，变换成方波脉冲，在主门开启时间T_S内通过主门，由计数器对通过主门的方波脉冲的个数进行计数，若在时间间隔T_S内计数值为N，则被测信号的频率f=N/T_S，由译码显示电路将测量结果显示出来。

图4-25 计数法测量频率