Măsurarea unghiului de fază. Obținerea defazajului necesar

Să facem următorul experiment. Să luăm osciloscopul descris în § 153 cu două bucle și să îl includem în circuit astfel (Fig. 305, a) încât bucla 1 să fie inclusă în circuit în serie cu condensatorul, iar bucla 2 să fie paralelă cu acest condensator. Este evident că curba obținută din bucla 1 înfățișează forma curentului care trece prin condensator, iar din bucla 2 dă forma tensiunii dintre plăcile condensatorului (puncte și), deoarece în această buclă de osciloscop curentul la fiecare momentul de timp este proporțional cu tensiunea. Experiența arată că în acest caz curbele de curent și tensiune sunt defazate, curentul conducând tensiunea în fază cu un sfert de perioadă (cu ). Dacă am înlocui condensatorul cu o bobină cu o inductanță mare (Fig. 305, b), atunci s-ar dovedi că curentul rămâne în urma tensiunii cu un sfert din perioadă (de). În sfârșit, în același mod s-ar putea arăta că în cazul rezistenței active, tensiunea și curentul sunt în fază (Fig. 305, c).

Orez. 305. Experiență în detectarea defazajului între curent și tensiune: în stânga - schema experimentului, în dreapta - rezultatele

În cazul general, atunci când o secțiune de circuit conține nu numai rezistență activă, ci și reactivă (capacitivă, inductivă sau ambele), tensiunea dintre capetele acestei secțiuni este defazată în raport cu curentul, iar schimbarea de fază se află în intervalul de la până la și este determinat de raportul dintre rezistențele active și reactive ale acestei secțiuni a circuitului.

Care este motivul fizic pentru schimbarea de fază observată între curent și tensiune?

Dacă circuitul nu include condensatoare și bobine, adică rezistențele capacitive și inductive ale circuitului pot fi neglijate în comparație cu cea activă, atunci curentul urmează tensiunea, trecând simultan prin valorile maxime și zero, așa cum se arată în fig. 305, în.

Dacă circuitul are o inductanță vizibilă, atunci când trece un curent alternativ prin el, e apare în circuit. d.s. auto-inducere. Acest e. d.s. conform regulii lui Lenz, ea este dirijata in asa fel incat tinde sa previna acele modificari ale campului magnetic (si, in consecinta, modificari ale curentului care creeaza acest camp) care determina e. d.s. inducţie. Cu curent crescând e. d.s. auto-inducția împiedică această creștere și, prin urmare, curentul atinge un maxim mai târziu decât în ​​absența auto-inducției. Când curentul e. d.s. auto-inducția tinde să mențină curentul și valorile curentului zero vor fi atinse mai târziu decât în ​​absența auto-inducției. Astfel, în prezența inductanței, curentul este în fază cu curentul în absența inductanței și, prin urmare, întârzie în fază cu tensiunea sa.

Dacă rezistența activă a circuitului poate fi neglijată în comparație cu reactanța sa inductivă, atunci decalajul de timp al curentului de la tensiune este (defazatul este), adică maximul coincide cu, așa cum se arată în Fig. 305b. Într-adevăr, în acest caz, tensiunea pe rezistența activă, deoarece, și, prin urmare, toată tensiunea externă este echilibrată de e. d.s. inducție, care este opusă acesteia în direcție: . Astfel, maximul coincide cu maximul, adică are loc în momentul în care se schimbă cel mai repede, iar acest lucru se întâmplă atunci când. Dimpotrivă, în momentul în care trece prin valoarea maximă, modificarea curentului este cea mai mică, adică în acest moment.

Dacă rezistența activă a circuitului nu este atât de mică încât să poată fi neglijată, atunci o parte din tensiunea externă scade pe rezistență, iar restul este echilibrat de e. d.s. auto-inducere: . În acest caz, maximul este separat de maxim în timp cu mai puțin decât (defazatul este mai mic decât ), așa cum se arată în Fig. 306. Calculul arată că în acest caz decalajul de fază poate fi calculat prin formula

. (162.1)

Pentru că avem și , așa cum am explicat mai sus.

Orez. 306. Defazare între curent și tensiune într-un circuit care conține rezistențe active și inductive

Dacă circuitul constă dintr-un condensator de capacitate, iar rezistența activă poate fi neglijată, atunci plăcile condensatorului conectate la o sursă de curent cu tensiune sunt încărcate și apare o tensiune între ele. Tensiunea de pe condensator urmează tensiunea sursei de curent aproape instantaneu, adică atinge un maxim simultan cu și dispare atunci când .

Relația dintre curent și tensiune în acest caz este prezentată în Fig. 307 a. Pe fig. 307b descrie în mod condiționat procesul de reîncărcare a unui condensator asociat cu apariția unui curent alternativ în circuit.

Orez. 307. a) Defazare între tensiune şi curent într-un circuit cu rezistenţă capacitivă în absenţa rezistenţei active. b) Procesul de reîncărcare a unui condensator într-un circuit de curent alternativ

Când condensatorul este încărcat la maxim (adică și, prin urmare, și are o valoare maximă), curentul și toată energia circuitului este energia electrică a condensatorului încărcat (punctul din Fig. 307, a). Când tensiunea scade, condensatorul începe să se descarce și curent apare în circuit; este îndreptat de la căptușeala 1 la căptușeala 2, adică spre tensiune. Prin urmare, în fig. 307 și este afișat ca negativ (punctele se află sub axa timpului). În momentul în care condensatorul este complet descărcat ( și ), iar curentul atinge valoarea maximă ( punctul ); energia electrică este zero și toată energia este redusă la energia câmpului magnetic creat de curent. Mai departe, tensiunea își schimbă semnul, iar curentul începe să slăbească, păstrând aceeași direcție. Când ( și ) atinge un maxim, toată energia va deveni din nou electrică, iar curentul ( punctul ). În viitor, (și) începe să scadă, condensatorul este descărcat, curentul crește, având acum o direcție de la placa 2 la placa 1, adică pozitivă; curentul atinge maximul în momentul în care (punctul ), etc. Din fig. 307,a se poate observa că curentul atinge un maxim și trece prin zero mai devreme decât tensiunea, adică curentul conduce tensiunea în fază, așa cum s-a explicat mai sus.

Orez. 308. Defazare între curent și tensiune într-un circuit care conține rezistențe active și capacitive

Faza caracterizează valoarea instantanee a unui semnal armonic la un anumit moment în timp. Unitatea de fază este un grad electric sau radian. Schimbarea de fază este determinată de două metode principale: evaluare directă și comparație.

Contoarele de fază pentru evaluare directă includ dispozitive electromecanice analogice cu mecanism ratiometric, contoare electronice analogice și contoare digitale de fază.

Metoda de comparare este măsurată cu un osciloscop. Această metodă este utilizată în circuite de putere redusă, cu un nivel mic de semnale măsurate, când nu este necesară o precizie ridicată. Pentru rezultate mai precise, se folosește o metodă de compensare, în care osciloscopul servește ca indicator al egalității fazelor.

La măsurarea în intervalul de frecvență a semnalelor de la câteva zeci până la 6-8 kHz, se folosesc instrumente ratiometrice, ceea ce face posibilă măsurarea semnalelor de amplitudine mare cu precizie scăzută și consum propriu ridicat al dispozitivului.

Contoare electronice analogice de fază. Funcționarea unui circuit cu două canale, un contor de fază electronic analogic, se bazează pe conversia unghiului de schimbare, între semnale, în intervale de timp între impulsuri. T, urmată de conversia la diferența curentă Icp, a cărui valoare medie este proporțională cu acest unghi.

Formula care exprimă dependența unghiului de deplasare de curentul de ieșire al circuitului este scrisă după cum urmează:

Ψ=(180*Icp)/Im;

Unde Ψ este unghiul de defazare;
Icp este valoarea medie a diferenței de curent la ieșirea circuitului;
Sunt este amplitudinea impulsurilor de ieșire.

Semnale armonice U1și U2 sunt alimentate, respectiv, la elementele de referință și semnal de intrare ale circuitului. Elementul de intrare este un amplificator de limitare a semnalului de intrare și este utilizat pentru a converti semnalele sinusoidale într-o serie de impulsuri cu o pantă frontală constantă.

Multivibratoarele sincronizate sub influența semnalului de intrare generează impulsuri dreptunghiulare (graficul 3). Semnalele de ieșire ale multivibratoarelor au o durată constantă Т/2și s-au deplasat unul față de celălalt pentru un timp ΔT, proporțional cu unghiul ψ .

Semnalul de ieșire de la părțile de referință și semnal ale circuitului este alimentat la un element special de diferențiere, la ieșirea căruia sunt generate semnale cu vârfuri. Impulsurile pozitive sunt transformate în fronturi, cele negative în tăieturi (graficul 4).

Multivibratoarele de ieșire primesc următoarele semnale. Zi libera MV canal de referință: impuls pozitiv al canalului de referință și impuls negativ al canalului de măsurare. Ieșire canal de măsurare MW: impuls pozitiv al canalului de măsurare și impuls negativ al canalului de referință.

În același timp, la ieșirea referinței MV primi un semnal cu o durată (T/2+ΔT), iar la ieșirea măsurării MW–(T/2-ΔT).

Microampermetrul de măsurare, conectat la diferența de impulsuri ale ieșirii MV, arată valoarea medie a diferenței de curent:

Icp=(2AT/T)Im;

Dacă substituim formulele în această expresie ψ=ωΔТ, ω=2π/Т, primim:

ψ=360ºΔT/T=(180ºIcp)/Im;

Scara ampermetrului este calibrată în unități ale unghiului de defazare. Eroarea la utilizarea acestei metode depinde de clasa de precizie a instrumentului.

Contoare digitale de fază. Principiul de funcționare al acestor dispozitive digitale se bazează pe dependență ψ=360ºΔT/T, dar în loc de multiplicator ΔT/T formula presupune valoarea numărului de impulsuri exemplare N. Funcționarea contorului digital de fază este ilustrată în Figura 2.

Timpul deschis al selectorului de timp depinde de perioada măsurată T. În această perioadă de timp, un semnal de frecvență de referință trece prin selectorul de timp fo si durata exemplara Acea, emis de generatorul de marcaje temporale. Numărul de impulsuri N pentru perioada T va fi:

N=T/To;

Semnale de intrare U1și U2 prin intermediul unui model de impulsuri stroboscopice, acestea sunt convertite într-o serie de impulsuri deplasate în timp de ΔT, proporțional cu defazarea semnalelor. Timpul stării deschise a selectorului de timp este egal cu ΔT, iar numărul de impulsuri ratate ale frecvenței de referință este:

n=ΔT/To;

Apoi dependența ψ pe frecvența și numărul de impulsuri ale frecvenței de referință se vor scrie după cum urmează:

ψ=360ºn/N sau ψ=360º(fo/f)n;

Astfel de contoare de frecvență sunt utilizate cu condiția ca frecvența de referință să fie mai mare de 1000 de ori frecvența semnalului.

Pentru a măsura valoarea medie a defazajului, un alt selector de timp controlat de un divizor de tensiune este adăugat la circuitul contorului digital de fază. În acest caz, mai multe grupuri de impulsuri vor trece prin două selectoare de timp conectate în serie, proporționale ca mărime cu unghiul de deplasare.

Măsurarea comparativă. Un osciloscop electronic este utilizat pentru a determina defazarea prin comparație. Schimbarea de fază ψ sunt găsite în funcție de parametrii figurilor afișate pe ecranul unui osciloscop care funcționează într-un mod de baleiaj liniar sau circular.

Când se utilizează un osciloscop cu două fascicule, două semnale de aceeași frecvență sunt aplicate plăcilor verticale de deviație, între care se măsoară defazatul. Când liniile orizontale ale celor două semnale sunt aliniate, pe ecranul osciloscopului se observă o diagramă din Fig. 3. Conform segmentelor măsurate pe scară abși ac a determina:

ψ=360ºΔТ/Т=360º.

Eroarea acestei metode constă în inexactitatea în determinarea segmentelor abși ac, alinierea inexactă a liniilor de contur și grosimea fasciculului de lumină pe ecran.

La măsurare ψ conform cifrelor Lissajous, tensiunile măsurate sunt aplicate intrărilor orizontale și verticale ale osciloscopului. Pe ecran apare o elipsă.

Centrul elipsei este aliniat cu centrul sistemului de coordonate. Măsurând dimensiunea segmentelor de pe ecran DARși LA, defazarea se găsește prin formula:

ψ=arctg(A/B);

Eroare de măsurare ψ Metoda figurii Lissajous este de 5-10%. Un alt dezavantaj al metodei este măsurarea defazajului fără determinarea semnului.

Acest dezavantaj se rezolvă astfel: tensiune u2 este alimentat simultan la plăcile orizontale și la modulatorul tubului catodic cu o defazare de 90°. În același timp, în intervalul de valori pozitive ψ - partea superioară a elipsei strălucește mai strălucitoare, iar cu negativ - partea inferioară.

Cele mai precise definiții ψ efectuate prin metoda compensarii. Pentru a face acest lucru, utilizați un defazator exemplificativ (RC-lanț, punte sau circuit transformator), inclus în circuitul uneia dintre tensiuni. Defazatorul introduce o schimbare de fază egală cu cea măsurată, dar opusă ψ .

Când este tuns ψ pe ecranul osciloscopului, linia înclinată va fi deviată la dreapta verticalei. Dacă linia este înclinată spre stânga, schimbarea este (180º-ψ).

Unitățile de defazare sunt radiani și grade:

1° = π/180 rad.

În clasificarea catalogului, contoarele electronice pentru diferența de fază și întârzierea grupului sunt desemnate astfel: F1 - instrumente de referință, F2 - contoare de fază, FZ - măsurarea defazatoarelor, F4 - contoare de întârziere de grup, F5 - contoare de corelație.

Fazatoarele electromecanice de pe panoul frontal au semnul ∆φ.

Faza caracterizează starea procesului armonic la un moment dat:

u(t) =U m păcat (ωt+ φ).

Faza este întregul argument al funcției sinusoidale ( ωt+ φ). De obicei, ∆φ este măsurat pentru oscilații de aceeași frecvență:

tu 1(t) =Hm păcat( ωt+ φ 1);

tu 2(t) =Hm păcat( ωt+ φ 2).

În acest caz, schimbarea de fază

∆φ = ( ωt+ φ 1) - ( ωt- φ 2) = φ 1 - φ 2 (5.10)

Pentru simplitate, faza inițială a unei oscilații este considerată zero (de exemplu, φ 2 = 0), apoi ∆φ = φ 1.

Conceptul de mai sus de defazare se aplică numai semnalelor armonice. Pentru semnalele nearmonice (puls), este aplicabil conceptul de decalare a timpului (timp de întârziere t3), ale căror diagrame sunt prezentate în Fig. 5.6.

Orez. 5.6. Diagrame de stres cu Time Shift

Măsurarea defazării este utilizată pe scară largă la frecvențe industriale și de microunde, de exemplu. pe întreaga gamă de frecvență.

O schimbare de fază are loc, de exemplu, între tensiunile de intrare și de ieșire ale unui cvadripol, precum și în circuitele de putere AC între curent și tensiune și determină factorul de putere (cos φ) și, prin urmare, puterea din circuitul studiat.

Pentru a măsura schimbarea de fază la frecvențele industriale, contoarele de fază electromecanice ale sistemelor electrodinamice și ferodinamice sunt utilizate pe scară largă. Dezavantajele unor astfel de contoare de fază sunt consumul relativ mare de energie de la sursa de semnal și dependența citirilor de frecvență. Eroarea relativ redusă a contoarelor electromecanice de fază - nu mai mult de ±0,5%.

În funcție de precizia necesară de măsurare a defazajului și a frecvenței semnalului, se utilizează una dintre următoarele metode: oscilografic (una din trei), compensare, metoda electronică de numărare discretă, metoda de conversie a defazajului în impulsuri de curent, metoda de măsurare folosind fază contoare bazate pe un sistem cu microprocesor, metoda de conversie a frecvenței semnalului.

metode oscilografice, la rândul lor, ele sunt împărțite în trei: măturare liniară, măturare sinusoidală (elipsă) și măturare circulară.

Pentru implementare metoda de măturare liniară utilizați un osciloscop cu două canale sau două fascicule (sau un osciloscop cu un singur fascicul cu un comutator electronic). Pe ecran se obține o imagine a semnalelor sinusoidale (Fig. 5.7).

Orez. 5.7. Oscilograme a două semnale sinusoidale la măsurarea defazajului folosind metoda balarii liniare

Semnale tu 1(t)și tu 2(t) sunt alimentate la intrările Y1 și Y2 ale osciloscopului. Pentru a asigura imobilitatea oscilogramelor este necesară sincronizarea baleiajului cu unul dintre semnalele studiate.

Prin segmente măsurate 0 A si 0 b defazatul se calculează din relație

(5.11)

Metoda de măturare liniară vă permite să determinați semnul defazării, acoperă întreaga gamă de măsurare a acesteia - 0...360°. Eroarea metodei este ± (5...7°) și este determinată de neliniaritatea tensiunii de dezvoltare, inexactitatea măsurării dimensiunilor liniare ale segmentelor 0 A si 0 b, calitatea focalizării și luminozitatea fasciculului (adică priceperea operatorului).

Metoda de măturare sinusoidală implementat folosind unul; osciloscop cu fascicul. Semnale studiate cu tensiune u 1 (t)și u 2 (t) aplicat intrărilor X și Y ale osciloscopului atunci când generatorul de baleiaj liniar intern este oprit. Pe ecran va apărea o figură în formă de elipsă (Fig. 5.8), a cărei formă depinde de defazarea dintre cele două tensiuni și de amplitudinea acestora. Defazatul este determinat de formula

(5.12)

Orez. 5.8. Oscilograma rezultată la măsurarea defazajului utilizând metoda de baleiaj sinusoidal

Pentru a reduce eroarea, amplitudinile sunt egalizate înainte de măsurare. X tși Y m reglarea lor lină pe canalele Y și X.

Metoda de măturare sinusoidală vă permite să măsurați schimbarea de fază în intervalul de la 0 ... 180 ° fără a determina semnul.

Eroarea de măsurare ∆φ prin metoda balarii sinusoidale (metoda elipsei) depinde de precizia măsurării segmentelor incluse în ecuația (5.12), de calitatea focalizării și de luminozitatea fasciculului pe ecranul CRT. Aceste cauze au un efect vizibil la o schimbare de fază aproape de zero și la 90°.

Ambele metode luate în considerare sunt indirecte și destul de laborioase.

Metoda de măturare circulară - cea mai convenabilă metodă de osciloscop pentru măsurarea defazajului. În acest caz, semnul defazării este determinat pe întregul interval de măsurare a unghiului (0...360°). Eroarea de măsurare este constantă pe întregul interval.

În fig. 5.9, A.

Orez. 5.9. Diagrama structurală a implementării metodei de măturare circulară (A) citirea unghiului (b)şi diagrame ale semnalelor sinusoidale (în) la măsurarea defazajului

Intrările X și Y ale osciloscopului sunt semnale sinusoidale cu o tensiune U 1și U 3 , deplasate unul față de celălalt cu 90 ° folosind un defazator format dintr-un rezistor și un condensator. Dacă rezistenţele braţelor amplitudinilor tensiunii sunt egale U 1și U 3 sunt de asemenea egale și o oscilogramă sub formă de cerc va fi observată pe ecran (Fig. 5.9, b).

Semnale comparate u 1 (t)și u 2 (t) sunt alimentate la intrările a două modele identice, care convertesc tensiunile sinusoidale într-o secvență de impulsuri unipolare scurte cu tensiune U 4și U 5(Fig. 5.9 , în) cu fronturi abrupte. Începutul impulsurilor coincide cu momentul de tranziție a sinusoidelor prin axa timpului pe măsură ce acestea cresc. Semnale de tensiune U 4și U 5 intră în circuitul logic SAU, unde sunt însumate, iar la ieșire apare o secvență de impulsuri cu tensiune U 6 , care sunt alimentate la electrodul de control (modulator) al tubului, controlând luminozitatea fasciculului în punctele 1 și 2, iar punctele de luminozitate crescută sunt observate pe cerc în punctele 1 și 2.

Schimbarea de fază între semnale are loc după cum urmează (vezi Fig. 5.9, b). La măsurare, centrul raportorului transparent este aliniat cu centrul cercului, a cărui circumferință totală corespunde la 360°. Pentru perioada T semnale studiate cu tensiune U 1și U 2 un fascicul de electroni descrie un cerc. Arcul dintre punctele 1 și 2, a cărui lungime este egală cu un anumit unghi α, este descris de fascicul în timpul de întârziere al acestor semnale: ∆ t =∆φ T/ 360°, de unde α= ∆φ.

Eroarea absolută de măsurare prin metoda scanării circulare ajunge la 2...5° și depinde de precizia determinării centrului cercului, acuratețea măsurării defazajului cu ajutorul unui raportor și de gradul de identitate al pragului de răspuns. a ambilor modelatori.

Metoda de compensare(metoda de suprapunere) este implementată folosind un osciloscop. Schema metodei este prezentată în fig. 5.10, A.

Orez. 5.10. Schema de implementare a metodei de compensare ( A) și forma de undă (6) la măsurarea defazajului

Semnale de tensiune U 1și U 2 sunt alimentate la intrările Y și X ale osciloscopului, iar intrarea Y este alimentată printr-un comutator de fază gradat, iar intrarea X este alimentată direct.

Defazare între tensiunile investigate U 1și U 2 determinată prin schimbarea fazei semnalului cu tensiunea U 3 defazator până când pe ecran apare o linie dreaptă înclinată (Fig. 5.10, b) ceea ce indică egalitatea fazelor ambelor semnale. Defazarea determinată ∆φ este numărată pe scara defazatorului în raport cu poziția primară corespunzătoare rotației de fază cu 180°. Pentru a reduce eroarea de măsurare, este necesar să se corecteze defazajele create de amplificatoarele canalelor de deviere verticale și orizontale ale fasciculului osciloscopului. Această procedură se efectuează în aceeași secvență ca și atunci când se măsoară defazajul cu metoda de baleiaj sinusoidal (vezi Fig. 5.8). Un voltmetru electronic poate fi folosit ca indicator de zero.

Eroarea de măsurare prin metoda de compensare este mică (0,2 ... 0,5 °) și este determinată în principal de calitatea calibrării defazatorului.

Metoda de compensare este utilizată și în domeniul microundelor la măsurarea defazajului introdus de un element care este inclus suplimentar în calea microundelor (filtru, segment ghid de undă). 5.11.

Orez. 5.11. Diagrama structurală a măsurării defazajului în domeniul microundelor printr-o metodă de compensare

Procesul de măsurare se efectuează în următoarea ordine. Când elementul investigat Z este oprit, calea cu microunde la ieșirea defazatorului este scurtcircuitată cu un dop. Când generatorul este pornit, o undă staționară este stabilită în cale. Deoarece minimul undei staționare este mai pronunțat decât maximul, atunci prin ajustarea defazatorului, nodul undei staționare este mutat în raport cu planul transversal al locației sondei, astfel încât dispozitivul redresor (miliametru) să arate un minim, iar citirile lui φ 1, se notează defazatorul. Apoi, între comutatorul de fază și priză, elementul investigat Z este pornit, ceea ce creează o deplasare a nodului de tensiune al undei staționare și, din nou, defazatorul realizează citirea minimă a indicatorului, care va fi φ 2 la numărare. pe scara defazatorului.

Schimbarea de fază introdusă de elementul investigat Z în calea microundelor este determinată de formulă

În locul unui comutator de fază și a unei sonde în circuitul luat în considerare, poate fi utilizată o linie de măsurare. Metoda de compensare descrisă este indirectă.

Contorul de fază cu două canale vă permite să măsurați direct schimbarea de fază. Principiul de funcționare a unui contor de fază cu două canale se bazează pe conversia defazării în impulsuri dreptunghiulare. Diagrama structurală a unui contor de fază cu două canale, diagramele de timp ale semnalelor care explică funcționarea acestuia și un grafic al dependenței citirilor indicatorului relativ ∆φ sunt prezentate în fig. 5.12.

Orez. 5.12. Diagrama structurală a unui contor de fază cu două canale ( A), diagrame de sincronizare a semnalului care explică funcționarea acestuia (6) și un grafic al dependenței citirilor indicatorului în raport cu ∆φ ( în)

Contorul de fază constă dintr-un convertor ∆φ într-o deplasare în timp ∆ t, egal cu defazajul dorit ∆φ și indicatorul de măsurare. Convertorul constă din două condiționare de semnal identice și un sumător, care este un declanșator.

Semnale studiate cu tensiune U 1și U 2 cu o defazare ∆φ sunt alimentate la intrările a două modele identice, care convertesc semnalele sinusoidale recepționate într-o secvență de impulsuri scurte cu tensiune U 3și U 4 . impulsuri cu tensiune U 3 porniți declanșatorul și impulsurile cu tensiune U 4 puneți-l în poziția inițială. Ca urmare, la ieșire se formează o secvență periodică de impulsuri, a cărei perioadă de repetiție și durata sunt egale cu perioada de repetiție. Tși deplasarea în timp ∆ t a semnalelor studiate cu amplitudine Sunt .

Ca indicator de măsurare, cel mai adesea este utilizat un microampermetru al unui sistem magnetoelectric, ale cărui citiri sunt proporționale cu valoarea medie a intensității curentului pe perioada de repetiție a semnalului. T.

După cum puteți vedea din diagrama de timp I = f(t)( vezi fig. 5.12, b)în circuitul aparatului de măsurare, impulsuri dreptunghiulare cu durata ∆ t. Prin urmare, valoarea medie a curentului care curge prin dispozitive de-a lungul perioadei este proporțională cu de două ori intervalul de timp relativ:

Din grafic (vezi Fig. 5.12, b) rezultă că defazajul dintre semnalele studiate cu tensiune U 1și U 2 corespunde decalării în timp ∆ tși poate fi exprimat prin formula

din care rezultă că unghiul de fază depinde liniar de raportul ∆ t/T:

Înlocuind ecuația (5.15) în expresia (5.14), obținem

(5.16)

La o valoare constantă a amplitudinii impulsurilor de ieșire, scara indicatorului care măsoară valoarea medie a curentului eu 0, gradat în valori ∆φ. În acest caz, scara indicatorului contorului de fază va fi liniară. Avantajul unui contor de fază cu două canale este măsurarea directă a ∆φ în intervalul de ±180°.

Metoda electronică de numărare discretă stă la baza funcționării unui contor digital de fază și constă din două etape principale: transformarea defazajului în intervalul de timp corespunzător și măsurarea acestui interval de timp prin metoda numărării discrete.

În fig. 5.13.

Orez. 5.13. Diagrama structurală a contorului de fază atunci când se măsoară defazajul prin metoda de numărare discretă (a) și diagramele de timp ale semnalelor care explică funcționarea acestuia (b)

Semnalul sinusoidal generat de oscilatorul de cuarț este alimentat la unitatea de formare, la ieșirea căreia se formează impulsuri de numărare, care sunt alimentate la o intrare a selectorului de timp. Cealaltă intrare a sa primește o secvență convertită de impulsuri cu o durată ∆ t cu o perioadă de repetare a semnalelor studiate T. Selectorul se deschide doar pentru un timp egal cu durata ∆ t impulsuri cu tensiune U 3și transmite impulsuri cu tensiune către contor U 4 de la generator. Selectorul de timp generează pachete de impulsuri cu tensiune U 5 ( fără a schimba perioada T), sosind la ghiseu într-un singur pachet.

Unde T0- perioada de repetare a impulsurilor de numărare ale oscilatorului cu cuarț.

Înlocuind în formula (5.17) relația pentru ∆ t din formula (5.16), determinăm ∆φ pentru semnale cu tensiune U 1și U 2

(5.18)

Eroarea totală de măsurare prin această metodă depinde de eroarea de discretitate, care se datorează faptului că intervalul ∆ t măsurată cu o precizie de o perioadă T 0 ,şi din instabilitatea timpului de răspuns al convertorului.

Contoarele de fază cu microprocesor încorporat au un potențial mare, care poate măsura schimbarea de fază între două semnale periodice pentru orice perioadă selectată.

Figura 5.14 prezintă o diagramă bloc a unui contor de fază cu un microprocesor încorporat și diagrame de sincronizare a semnalului care explică funcționarea acestuia.

După dispozitivul de intrare, semnale sinusoidale cu tensiune U 1și U 2 ajung la intrările convertorului de impulsuri, în care sunt transformate în impulsuri scurte cu tensiune U„1 și U„2 Cu ajutorul primei perechi de aceste impulsuri, modelul 1 generează un impuls cu o tensiune U 3 durata ∆ t, care este egal cu deplasarea în timp a semnalelor cu tensiune U 1și U 2 . Acest impuls deschide selectorul de timp 1, iar în timpul acțiunii sale, impulsurile de numărare cu o perioadă de repetare trec la intrarea contorului 1 T 0 , care sunt produse de microprocesor. A trecut la intrarea contorului 1 pachet de impulsuri cu tensiune U 4 prezentată în fig. 5.14, b. Numărul de impulsuri dintr-un pachet este exprimat prin formula

În același timp, formatorul 2 generează impulsuri cu tensiune U 5 , cu o durată egală cu perioada de repetare a semnalelor studiate cu tensiune U 1și U 2 . Acest impuls deschide selectorul 2 (pe durata acțiunii sale) și trece de la microprocesor la contorul 2 un pachet de impulsuri cu tensiune. U 6 si cu punct T0, al cărui număr în pachet este

Orez. 5.14. Diagrama structurală a contorului de fază cu microprocesor încorporat ( A) și diagrame de sincronizare a semnalului care explică funcționarea acestuia (b)

Pentru a determina valoarea dorită a defazajului ∆φ pentru perioada de repetare a semnalului selectat T este necesar să se afle raportul cantităților (5.19) și (5.20) egal cu

apoi, ținând cont de formula de bază ∆φ = 360° ∆ t/Tînmulțiți acest raport cu 360°:

(5.21)

Acest calcul este realizat de un microprocesor, căruia îi sunt transmise codurile generate de contoarele 1 și 2 Pși N. Cu programul corespunzător al microprocesorului, afișajul arată valoarea defazajului ∆φ pentru orice perioadă selectată T. Prin compararea unor astfel de deplasări în diferite perioade, devine posibilă observarea fluctuațiilor ∆φ și evaluarea parametrilor lor statici, care includ așteptările matematice, varianța, abaterea standard și valoarea medie măsurată a defazajului.

Când se măsoară cu un contor de fază cu un microprocesor încorporat, valoarea medie a defazajului ∆φ pentru o anumită cantitate La perioade T contoarele 1 si 2 acumuleaza coduri pentru numarul de impulsuri primite la intrarile lor pt La perioade, adică coduri numerice PCși NK respectiv, transmise la microprocesor.

O mică eroare de măsurare ∆φ de către acest contor de fază poate fi obținută numai la o frecvență suficient de joasă a semnalelor studiate. Extinderea intervalului de frecvență permite conversia preliminară (heterodină) a semnalelor.

Principalele caracteristici metrologice ale contoarelor de fază pe care trebuie să le cunoașteți atunci când alegeți un dispozitiv includ următoarele:

Scopul dispozitivului

· domeniul de măsurare a defazajului;

· gama de frecvente;

· Eroare de măsurare permisă.