Zähl-Frequenzmesser

Frequenzzähler (oben) mit vorgeschaltetem Funktionsgenerator (unten)

Ein Frequenzzähler (zutreffender oft auch als Zähl-Frequenzmesser bezeichnet) ist ein elektronisches Messgerät, welches die Frequenz einer Wechselspannung bestimmt, indem es die Anzahl der Schwingungsperioden bzw. Impulse während eines definierten Zeitraumes - der so genannten Torzeit - zählt und anzeigt.

Prinzipbedingt können Zähl-Frequenzmesser auch nichtperiodische Ereignisse zählen, sie werden daher oft auch als Universalzähler bezeichnet.

Wegen des sehr großen Messbereichs und der hohen Genauigkeit wird die Frequenzzählung heute der analogen Frequenzmessung vorgezogen. Meistens wird das Ergebnis in der Einheit Hz (Impulse bzw. Perioden pro Sekunde) angezeigt.

Ein Frequenzzähler besteht aus folgenden Teilen:

• Eingangsstufe und Trigger: Das zu zählende Signal wird ggf. verstärkt und in eine Abfolge von Rechteckschwingungen umgewandelt. Zähler für sehr hohe Frequenzen (über ca. 100 MHz) besitzen zusätzlich vorgeschaltete schnelle Frequenzteiler (Vorteiler).
• Torschaltung: Das Rechtecksignal wird in einer UND-Schaltung mit dem Torsignal verknüpft.
• Zählerkette: Ein digitaler dekadischer Ereigniszähler zählt die Anzahl der Impulse, die von der Torschaltung kommen. Je nach Genauigkeit umfasst der Zähler meistens 4 bis 8 Dekaden (Ziffern).
• Anzeige (Display): Der Zählerstand wird als Ziffern angezeigt. Meistens besitzt die Anzeige einen Speicher, sodass der vorige Zählerstand so lange angezeigt wird, bis der nächste Messwert ermittelt ist.
• Zeitbasis: Die Torzeit (automatisch oder umschaltbar, z. B. 0,01 s, 0,1 s, 1,0 s, 10 s) wird durch einen präzisen Quarzoszillator mit nachfolgendem, umschaltbarem Frequenzteiler erzeugt. Je länger die Torzeit ist, desto länger dauert die Messung und desto genauer ist das Messergebnis.
• Ablaufsteuerung: Durch eine Steuerelektronik werden folgende Aktionen nacheinander durchgeführt: 1. Zählerkette auf Null stellen (Reset); 2. Tor für die durch die Zeitbasis bestimmte Dauer öffnen und dann wieder schließen. Während dieser Zeit werden die Impulse gezählt; 3. Zählerinhalt in den Anzeigespeicher übernehmen

Die Genauigkeit eines Frequenzzählers hängt von der Genauigkeit der Zeitbasis und von dem Fehler der Torschaltung (Schaltzeit) ab. Typisch sind Werte von 10 bis 0,1ppm. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann manchmal eine externe Zeitbasis (hochgenaue Frequenz aus einem DCF77 oder GPS-synchronisierten Oszillator) angeschlossen werden.

Mögliche Fehlmessungen: Bei der Frequenzmessung von Frequenzgemischen (nicht spektralreine Signale, Klänge usw.) kommt es je nach Einstellung der Triggerschaltung zu Verfälschungen des angezeigten Wertes.

Anwendung

Messung der Frequenz von elektrischen Signalen (Netzfrequenz, Niederfrequenz, Hochfrequenz von Oszillatoren und Funksendern). Zusammen mit Sensoren können auch die Frequenzen von mechanischen Schwingungen, Drehzahlen oder anderen physikalischen Vorgängen gemessen werden.

Frequenzzähler lassen sich häufig auch als Impuls- bzw. Ereigniszähler betreiben. Das Zähltor ist dann ständig offen und der aktuelle Zählerstand wird angezeigt.

Oft kann im Gerät die Periodendauer als Kehrwert der angezeigten Frequenz berechnet und angezeigt werden.

Eine Sonderform des Frequenzzählers ist das elektronische Stimmgerät zum Stimmen von Musikinstrumenten. Diese Geräte besitzen ein eingebautes Mikrofon und rechnen die Frequenz in Tonhöhen um (z. B. Mikrotuner).

Digitale Vielfachmessgeräte (Tisch- und Handgeräte) und digitale Oszilloskope sind häufig mit einem Zählfrequenzmesser ausgerüstet und zeigen die Frequenz einer anliegenden Wechselspannung oder periodischen Impulsfolge mit an.