Merjenje faznega kota. Pridobitev zahtevanega faznega premika

Naredimo naslednji poskus. Vzemimo osciloskop, opisan v § 153, z dvema zankama in ga vključimo v vezje tako (slika 305, a), da je zanka 1 vključena v vezje zaporedno s kondenzatorjem, zanka 2 pa je vzporedna s tem kondenzatorjem. Očitno je, da krivulja, pridobljena iz zanke 1, prikazuje obliko toka, ki teče skozi kondenzator, iz zanke 2 pa daje obliko napetosti med ploščami kondenzatorja (točke in), ker v tej zanki osciloskopa tok pri vsaki trenutek časa je sorazmeren z napetostjo. Izkušnje kažejo, da sta v tem primeru krivulji toka in napetosti v nefazni smeri, pri čemer tok prehiteva napetost v fazi za četrtino obdobja (za ). Če bi kondenzator zamenjali s tuljavo z veliko induktivnostjo (slika 305, b), bi se izkazalo, da tok zaostaja za napetostjo za četrtino obdobja (za). Končno bi na enak način lahko pokazali, da sta v primeru aktivnega upora napetost in tok v fazi (slika 305, c).

riž. 305. Izkušnje pri odkrivanju faznega premika med tokom in napetostjo: na levi - shema poskusa, na desni - rezultati

V splošnem primeru, ko odsek vezja vsebuje ne le aktivni, ampak tudi reaktivni (kapacitivni, induktivni ali oboje) upor, je napetost med konci tega odseka fazno zamaknjena glede na tok, fazni premik pa je v razponu od do in je določeno z razmerjem med aktivnim in reaktivnim uporom tega dela vezja.

Kaj je fizični razlog za opaženi fazni premik med tokom in napetostjo?

Če vezje ne vključuje kondenzatorjev in tuljav, t.j. lahko zanemarimo kapacitivni in induktivni upor vezja v primerjavi z aktivnim, potem tok sledi napetosti, hkrati pa prehaja skozi največje in ničelne vrednosti, kot je prikazano na sl. 305, v.

Če ima vezje opazno induktivnost, se, ko skozenj teče izmenični tok, v vezju pojavi e. d.s. samoindukcija. Ta e. d.s. po Lenzovem pravilu je usmerjeno tako, da teži k preprečevanju tistih sprememb magnetnega polja (in posledično sprememb toka, ki to polje ustvarja), ki povzročajo npr. d.s. indukcija. Z naraščajočim tokom e. d.s. samoindukcija prepreči to povečanje, zato tok doseže maksimum pozneje kot v odsotnosti samoindukcije. Ko se trenutni e. d.s. samoindukcija teži k ohranjanju toka in ničelne vrednosti toka bodo dosežene pozneje kot v odsotnosti samoindukcije. Tako ob prisotnosti induktivnosti tok zaostaja v fazi s tokom v odsotnosti induktivnosti in zato zaostaja v fazi s svojo napetostjo.

Če lahko zanemarimo aktivni upor vezja v primerjavi z njegovo induktivno reaktanco, potem je trenutni časovni zaostanek za napetostjo (fazni premik enak), to pomeni, da maksimum sovpada s, kot je prikazano na sl. 305b. Dejansko je v tem primeru napetost na aktivnem uporu, ker je in s tem vsa zunanja napetost uravnotežena z e. d.s. indukcija, ki je nasprotna njej v smeri: . Tako maksimum sovpada z maksimumom, torej nastopi v trenutku, ko se najhitreje spreminja, in to se zgodi, ko. Nasprotno, v trenutku, ko gre skozi največjo vrednost, je sprememba toka najmanjša, torej v tem trenutku.

Če aktivni upor vezja ni tako majhen, da bi ga lahko zanemarili, potem del zunanje napetosti pade na upor, ostalo pa se uravnoteži z e. d.s. samoindukcija: . V tem primeru je maksimum manjši od (fazni premik je manjši od ) od maksimuma, kot je prikazano na sl. 306. Izračun kaže, da je v tem primeru fazni zamik mogoče izračunati po formuli

. (162.1)

Ker imamo in , kot je razloženo zgoraj.

riž. 306. Fazni premik med tokom in napetostjo v vezju, ki vsebuje aktivni in induktivni upor

Če je vezje sestavljeno iz kapacitivnega kondenzatorja in je aktivni upor mogoče zanemariti, se plošče kondenzatorja, priključene na vir toka z napetostjo, napolnijo in med njimi se pojavi napetost. Napetost na kondenzatorju sledi napetosti tokovnega vira skoraj v trenutku, to pomeni, da doseže maksimum hkrati z in izgine, ko .

Razmerje med tokom in napetostjo v tem primeru je prikazano na sl. 307 a. Na sl. 307b pogojno prikazuje postopek polnjenja kondenzatorja, ki je povezan s pojavom izmeničnega toka v vezju.

riž. 307. a) Fazni premik med napetostjo in tokom v vezju s kapacitivnim uporom v odsotnosti aktivnega upora. b) Postopek ponovnega polnjenja kondenzatorja v vezju izmeničnega toka

Ko je kondenzator napolnjen do maksimuma (tj. in zato ima največjo vrednost), je tok in vsa energija vezja električna energija napolnjenega kondenzatorja (točka na sliki 307, a). Ko se napetost zmanjša, se kondenzator začne prazniti in v vezju se pojavi tok; usmerjena je od obloge 1 do obloge 2, torej proti napetosti. Zato je na sl. 307 in je prikazano kot negativno (točke ležijo pod časovno osjo). Do trenutka, ko se kondenzator popolnoma izprazni ( in ) in tok doseže svojo največjo vrednost ( točka ); električna energija je enaka nič, vsa energija pa se zmanjša na energijo magnetnega polja, ki ga ustvari tok. Nadalje napetost spremeni predznak in tok začne oslabiti, ohranja isto smer. Ko ( in ) doseže maksimum, bo vsa energija spet postala električna, tok ( točka). V prihodnosti se (in) začne zmanjševati, kondenzator se izprazni, tok se poveča, zdaj ima smer od plošče 2 do plošče 1, torej pozitivno; tok doseže svoj maksimum v trenutku, ko (točka) itd. S sl. 307,a je razvidno, da tok doseže maksimum in preide skozi nič prej kot napetost, to pomeni, da tok vodi napetost v fazi, kot je razloženo zgoraj.

riž. 308. Fazni premik med tokom in napetostjo v vezju, ki vsebuje aktivni in kapacitivni upor

Faza označuje trenutno vrednost harmonskega signala v določenem trenutku. Enota faze je električna stopinja ali radian. Fazni premik določata dve glavni metodi: neposredno vrednotenje in primerjava.

Fazni števci za neposredno ocenjevanje vključujejo analogne elektromehanske naprave z razmernometričnim mehanizmom, analogne elektronske fazne merilnike in digitalne merilnike faze.

Primerjalna metoda se meri z osciloskopom. Ta metoda se uporablja v vezjih z nizko močjo, z majhno stopnjo izmerjenih signalov, ko ni potrebna visoka natančnost. Za natančnejše rezultate se uporablja metoda kompenzacije, kjer osciloskop služi kot indikator enakosti faz.

Pri merjenju v frekvenčnem območju signalov od nekaj deset do 6-8 kHz se uporabljajo ratiometrične naprave, ki omogočajo merjenje signalov velike amplitude z nizko natančnostjo in visoko lastno porabo naprave.

Analogni elektronski fazni merilniki. Delovanje dvokanalnega vezja, analognega elektronskega merilnika faz, temelji na pretvorbi kota premika med signali v časovne intervale med impulzi. T, čemur sledi pretvorba v trenutno razliko Icp, katerega povprečna vrednost je sorazmerna s tem kotom.

Formula, ki izraža odvisnost kota premika od izhodnega toka vezja, je zapisana na naslednji način:

Ψ=(180*Icp)/Im;

kje Ψ je kot faznega premika;
Icp je povprečna vrednost tokovne razlike na izhodu vezja;
Sem je amplituda izhodnih impulzov.

Harmonični signali U1 in U2 se napajajo na referenčni in signalni vhodni element vezja. Vhodni element je ojačevalnik za omejevanje vhodnega signala in se uporablja za pretvorbo sinusnih signalov v niz impulzov s konstantnim naklonom sprednje strani.

Sinhronizirani multivibratorji pod vplivom vhodnega signala generirajo pravokotne impulze (graf 3). Izhodni signali multivibratorjev imajo konstantno trajanje T/2 in se za nekaj časa premaknila drug proti drugemu ΔT, sorazmerno s kotom ψ .

Izhodni signal iz referenčnega in signalnega dela vezja se napaja v poseben diferencialni element, na izhodu katerega se generirajo napeti signali. Pozitivni impulzi se pretvarjajo v fronte, negativni v reze (graf 4).

Izhodni multivibratorji prejmejo naslednje signale. Prosti dan MV referenčni kanal: pozitivni impulz referenčnega kanala in negativni impulz merilnega kanala. Izhod merilnega kanala MW: pozitiven impulz merilnega kanala in negativni impulz referenčnega kanala.

Hkrati na izhodu reference MV sprejme signal s trajanjem (T/2+ΔT), in na izhodu meritve MW–(T/2-ΔT).

Merilni mikroampermeter, povezan z razliko impulzov izhoda MV, kaže povprečno vrednost tokovne razlike:

Icp=(2ΔT/T)Im;

Če v ta izraz nadomestimo formule ψ=ωΔТ, ω=2π/Т, dobimo:

ψ=360ºΔT/T=(180ºIcp)/Im;

Lestvica ampermetra je kalibrirana v enotah kota faznega premika. Napaka pri uporabi te metode je odvisna od razreda natančnosti instrumenta.

Digitalni merilniki faz. Načelo delovanja teh digitalnih naprav temelji na odvisnosti ψ=360ºΔT/T, ampak namesto množitelja ΔT/T formula vključuje vrednost števila vzorčnih impulzov N. Delovanje digitalnega merilnika faz je prikazano na sliki 2.

Odprt čas izbirnika časa je odvisen od merjenega obdobja T. V tem časovnem obdobju gre signal referenčne frekvence skozi izbirnik časa fo in zgledno trajanje To, ki ga izda generator časovnih žigov. Število impulzov N za obdobje T bo:

N=T/do;

Vhodni signali U1 in U2 s pomočjo oblikovalnika stroboskopskih impulzov se pretvorijo v serijo impulzov, zamaknjenih v času ΔT, sorazmerno s faznim zamikom signalov. Čas odprtega stanja časovnega izbirnika je enak ΔT in število zgrešenih impulzov referenčne frekvence je:

n=ΔT/To;

Potem pa odvisnost ψ o frekvenci in številu impulzov referenčne frekvence bo zapisano takole:

ψ=360ºn/N oz ψ=360º(fo/f)n;

Takšni frekvenčni števci se uporabljajo pod pogojem, da je referenčna frekvenca več kot 1000-kratna frekvenca signala.

Za merjenje povprečne vrednosti faznega zamika se v vezje digitalnega faznega merilnika doda še en časovni izbirnik, ki ga krmili napetostni delilnik. V tem primeru bo več skupin impulzov prešlo skozi dva serijsko povezana časovna izbirnika, sorazmerna po velikosti s kotom premika.

Primerjalna meritev. Za določitev faznega premika s primerjavo se uporablja elektronski osciloskop. Fazni premik ψ najdemo glede na parametre slik, prikazanih na zaslonu osciloskopa, ki deluje v linearnem ali krožnem načinu.

Pri uporabi dvožarkovnega osciloskopa se na navpični odklonski plošči uporabita dva signala enake frekvence, med katerima se meri fazni premik. Ko sta vodoravni črti obeh signalov poravnani, se na zaslonu osciloskopa prikaže diagram na sliki 3. Glede na segmente, izmerjene na lestvici ab in ac določiti:

ψ=360ºΔТ/Т=360º.

Napaka te metode je v netočnosti pri določanju segmentov ab in ac, nenatančna poravnava konturnih linij in debelina svetlobnega snopa na zaslonu.

Pri merjenju ψ po Lissajousovih slikah se izmerjene napetosti nanašajo na vodoravni in navpični vhod osciloskopa. Na zaslonu se prikaže elipsa.

Središče elipse je poravnano s središčem koordinatnega sistema. Z merjenjem velikosti segmentov na zaslonu AMPAK in AT, fazni premik najdemo po formuli:

ψ=arctg(A/B);

Napaka pri merjenju ψ Metoda Lissajousove številke je 5-10%. Druga pomanjkljivost metode je merjenje faznega premika brez določanja predznaka.

Ta pomanjkljivost se rešuje na naslednji način: napetost u2 se hkrati dovaja na vodoravne plošče in na modulator katodne cevi s faznim zamikom 90°. Hkrati pa v območju pozitivnih vrednosti ψ - zgornji del elipse sveti svetleje, z negativnim pa spodnji del.

Najbolj natančne definicije ψ izvedeno s kompenzacijsko metodo. Če želite to narediti, uporabite vzorčni fazni preklopnik (RC-veriga, most ali transformatorsko vezje), vključen v vezje ene od napetosti. Fazni premik uvede fazni premik, ki je enak izmerjenemu, vendar nasproten od njega ψ .

Ko strižejo ψ na zaslonu osciloskopa bo nagnjena črta odmaknjena desno od navpičnice. Če je črta nagnjena v levo, je premik (180º-ψ).

Enote faznega premika so radiani in stopinje:

1° = π/180 rad.

V kataloški klasifikaciji so elektronski merilniki za fazno razliko in skupinsko zakasnitev označeni takole: F1 - referenčni instrumenti, F2 - fazni merilniki, FZ - merilni fazni prestavniki, F4 - merilniki skupinskih zakasnitev, F5 - korelacijski merilniki.

Elektromehanski fazomeri na sprednji plošči imajo znak ∆φ.

Faza označuje stanje harmonskega procesa v določenem času:

u(t) = Um greh (ωt+ φ).

Faza je celoten argument sinusne funkcije ( ωt+ φ). Običajno se ∆φ meri za nihanja enake frekvence:

u 1(t) =hm greh ( ωt+ φ 1);

u 2(t) =hm greh ( ωt+ φ 2).

V tem primeru je fazni premik

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

Zaradi preprostosti se začetna faza enega nihanja vzame kot nič (na primer φ 2 = 0), nato ∆φ = φ 1.

Zgornji koncept faznega premika velja samo za harmonične signale. Za neharmonične (impulzne) signale se uporablja koncept časovnega premika (čas zakasnitve t3), katerih diagrami so prikazani na sl. 5.6.

riž. 5.6. Stresni diagrami s časovnim zamikom

Merjenje faznega premika se široko uporablja pri industrijskih in mikrovalovnih frekvencah, t.j. v celotnem frekvenčnem območju.

Fazni premik se pojavi na primer med vhodno in izhodno napetostjo kvadripola, pa tudi v napajalnih tokokrogih izmeničnega toka med tokom in napetostjo ter določa faktor moči (cos φ) in s tem moč v preučevanem vezju.

Za merjenje faznega premika pri industrijskih frekvencah se široko uporabljajo elektromehanski fazni merilniki elektrodinamičnih in ferodinamičnih sistemov. Pomanjkljivosti takšnih faznih merilnikov so razmeroma velika poraba energije iz vira signala in odvisnost odčitkov od frekvence. Relativna zmanjšana napaka elektromehanskih faznih merilnikov - ne več kot ±0,5%.

Glede na zahtevano natančnost merjenja faznega zamika in frekvence signala se uporablja ena od naslednjih metod: oscilografska (ena od treh), kompenzacija, elektronska metoda diskretnega štetja, metoda pretvorbe faznega premika v tokovne impulze, metoda merjenja s fazo merilniki, ki temeljijo na mikroprocesorskem sistemu, metoda pretvorbe frekvence signala.

Oscilografske metode, po vrsti so razdeljeni na tri: linearni zamik, sinusni zamik (elipsa) in krožni zamik.

Za izvedbo metoda linearnega pometanja uporabite dvokanalni ali dvožarkovni osciloskop (ali enosnopni osciloskop z elektronskim stikalom). Na zaslonu dobimo sliko sinusnih signalov (slika 5.7).

riž. 5.7. Oscilograma dveh sinusnih signalov pri merjenju faznega premika z metodo linearnega zamaha

Signali u 1(t)in u 2(t) se napajajo na vhoda Y1 in Y2 osciloskopa. Da bi zagotovili nepremičnost oscilogramov, je potrebno sinhronizacijo pometanja z enim od preučevanih signalov.

Po izmerjenih segmentih 0 a in 0 b fazni premik se izračuna iz relacije

(5.11)

Metoda linearnega pometanja vam omogoča, da določite znak faznega premika, pokriva celotno območje njegovega merjenja - 0...360 °. Napaka metode je ± (5...7°) in je določena z nelinearnostjo razvijajoče se napetosti, netočnostjo merjenja linearnih dimenzij segmentov 0 a in 0 b, kakovost ostrenja in svetlost žarka (tj. spretnost operaterja).

Metoda sinusnega pometanja izvedeno z uporabo enega; žarkovni osciloskop. Študiral signale z napetostjo u 1 (t) in u 2 (t) se uporabi na vhodih X in Y osciloskopa, ko je notranji generator linearnega pomika izklopljen. Na zaslonu se bo pojavila figura v obliki elipse (slika 5.8), katere oblika je odvisna od faznega premika med obema napetostma in njunih amplitud. Fazni premik je določen s formulo

(5.12)

riž. 5.8. Nastali oscilogram pri merjenju faznega premika z uporabo sinusne metode

Za zmanjšanje napake se amplitude pred merjenjem izenačijo. X t in Y m njihova gladka regulacija na kanalih Y in X.

Metoda sinusnega pomika vam omogoča merjenje faznega premika v območju od 0 ... 180 ° brez določanja predznaka.

Merilna napaka ∆φ po metodi sinusnega zamaha (metoda elipse) je odvisna od natančnosti merjenja segmentov, vključenih v enačbo (5.12), od kakovosti fokusiranja in svetlosti žarka na CRT zaslonu. Ti vzroki imajo opazen učinek pri faznem zamiku blizu nič in 90°.

Obe obravnavani metodi sta posredni in precej naporni.

Metoda krožnega pometanja - najbolj priročna metoda osciloskopa za merjenje faznega premika. V tem primeru se predznak faznega premika določi v celotnem območju merjenja kota (0...360°). Merilna napaka je konstantna v celotnem območju.

Blok diagram osciloskopa pri merjenju faznega premika po metodi krožnega pometa je prikazan na sl. 5.9, a.

riž. 5.9. Strukturni diagram izvedbe metode krožnega pometanja (a) odčitavanje kota (b) in diagrami sinusnih signalov (v) pri merjenju faznega premika

Vhoda X in Y osciloskopa sta sinusna signala z napetostjo U 1 in U 3, premaknjeni drug glede na drugega za 90 ° z uporabo faznega premikalnika, sestavljenega iz upora in kondenzatorja. Če so upori krakov napetostnih amplitud enaki U 1 in U 3 so prav tako enaki in na zaslonu bo opazen oscilogram v obliki kroga (slika 5.9, b).

Primerjani signali u 1 (t) in u 2 (t) se napajajo na vhoda dveh enakih oblikovalcev, ki pretvarjata sinusoidne napetosti v zaporedje kratkih unipolarnih impulzov z napetostjo U 4 in U 5(slika 5.9 , v) s strmimi frontami. Začetek impulzov sovpada s trenutkom prehoda sinusoidov skozi časovno os, ko naraščajo. Napetostni signali U 4 in U 5 vstopite v logično vezje ALI, kjer se seštejejo in na izhodu se prikaže zaporedje impulzov z napetostjo U 6, ki se napajajo na krmilno elektrodo (modulator) cevi, ki uravnava svetlost žarka v točkah 1 in 2, točke povečane svetlosti pa opazimo na krogu v točkah 1 in 2.

Fazni premik med signali se pojavi na naslednji način (glej sliko 5.9, b). Pri merjenju je središče prosojnega kotomera poravnano s središčem kroga, katerega skupni obseg ustreza 360°. Za obdobje T preučevali signale z napetostjo U 1 in U 2 elektronski žarek opisuje krog. Lok med točkama 1 in 2, katerega dolžina je enaka določenemu kotu α, opisuje žarek v času zakasnitve teh signalov: ∆ t =∆φ T/ 360°, od koder α= ∆φ.

Absolutna merilna napaka po metodi krožnega skeniranja doseže 2...5° in je odvisna od natančnosti določanja središča kroga, natančnosti merjenja faznega premika s kotomerjem in od stopnje istovetnosti praga odziva. obeh oblikovalcev.

Metoda kompenzacije(metoda prekrivanja) se izvaja z osciloskopom. Shema metode je prikazana na sl. 5.10, a.

riž. 5.10. Shema izvedbe kompenzacijske metode ( a) in valovno obliko (6) pri merjenju faznega premika

Napetostni signali U 1 in U 2 se napajajo na vhoda Y in X osciloskopa, vhod Y pa se napaja skozi graduirani fazni premik, vhod X pa se napaja neposredno.

Fazni premik med preiskovanimi napetostmi U 1 in U 2 določeno s spreminjanjem faze signala z napetostjo U 3 fazni premik, dokler se na zaslonu ne pojavi ravna poševna črta (slika 5.10, b) kar kaže na enakost faz obeh signalov. Ugotovljeni fazni premik ∆φ se šteje na lestvici faznega premikalnika glede na primarni položaj, ki ustreza rotaciji faze za 180°. Za zmanjšanje merilne napake je treba popraviti fazne premike, ki jih ustvarjajo ojačevalniki navpičnih in vodoravnih odklonskih kanalov žarka osciloskopa. Ta postopek se izvaja v enakem zaporedju kot pri merjenju faznega premika s sinusno metodo (glej sliko 5.8). Kot ničelni indikator se lahko uporablja elektronski voltmeter.

Merilna napaka s kompenzacijsko metodo je majhna (0,2 ... 0,5 °) in je odvisna predvsem od kakovosti kalibracije faznega premikalnika.

Metoda kompenzacije se uporablja tudi v mikrovalovnem območju pri merjenju faznega zamika, ki ga vnese nek element, ki je dodatno vključen v mikrovalovno pot (filter, valovodni segment). 5.11.

riž. 5.11. Strukturni diagram merjenja faznega premika v mikrovalovnem območju s kompenzacijsko metodo

Postopek merjenja poteka v naslednjem vrstnem redu. Ko je preiskovani element Z izklopljen, se mikrovalovna pot na izhodu faznega prestavljalnika sklene z vtičem. Ko je generator vklopljen, se na poti vzpostavi stoječi val. Ker je minimum stoječega vala izrazitejši od maksimuma, se s prilagajanjem faznega premika vozlišče stoječega vala premakne glede na prečno ravnino lokacije sonde, tako da usmerniška naprava (miliampermeter) pokaže minimum, in odčitki φ 1, se zabeleži fazni premik. Nato se med faznim preklopnikom in vtičem vklopi preiskovani element Z, ki ustvari premik napetostnega vozlišča stoječega vala, in ponovno fazni premik doseže minimalni odčitek indikatorja, ki bo pri štetju φ 2 lestvica faznega premika.

Fazni premik, ki ga preiskovani element Z vnese v mikrovalovno pot, je določen s formulo

Namesto faznega premikalnika in sonde v obravnavanem vezju se lahko uporabi merilni vod. Opisani način kompenzacije je posreden.

Dvokanalni fazni merilnik vam omogoča neposredno merjenje faznega zamika. Načelo delovanja dvokanalnega faznega merilnika temelji na pretvorbi faznega premika v pravokotne impulze. Strukturni diagram dvokanalnega faznega merilnika, časovni diagrami signalov, ki pojasnjujejo njegovo delovanje, in graf odvisnosti odčitkov relativnega indikatorja ∆φ so prikazani na sl. 5.12.

riž. 5.12. Strukturni diagram dvokanalnega faznega merilnika ( a), časovni diagrami signala, ki pojasnjujejo njegovo delovanje (6) in graf odvisnosti odčitkov indikatorja glede na ∆φ ( v)

Fazometer je sestavljen iz pretvornika ∆φ v časovni premik ∆ t, enak želenemu faznemu zamiku ∆φ in merilnemu indikatorju. Pretvornik je sestavljen iz dveh enakih kondicionirnikov signala in seštevalnika, ki je sprožilec.

Študiral signale z napetostjo U 1 in U 2 s faznim zamikom ∆φ se napajajo na vhode dveh enakih oblikovalcev, ki prejete sinusne signale pretvorita v zaporedje kratkih impulzov z napetostjo U 3 in U 4 . impulzi z napetostjo U 3 zaženite sprožilec in impulze z napetostjo U 4 ga postavite v prvotni položaj. Posledično se na izhodu oblikuje periodično zaporedje impulzov, katerih obdobje ponovitve in trajanje sta enaka obdobju ponovitve T in časovni premik ∆ t preučenih signalov z amplitudo Sem .

Kot merilni indikator se najpogosteje uporablja mikroampermeter magnetoelektričnega sistema, katerega odčitki so sorazmerni povprečni vrednosti tokovne jakosti v obdobju ponovitve signala. T.

Kot lahko vidite iz časovnega diagrama I = f(t)( glej sl. 5.12, b) v vezju merilne naprave pravokotni impulzi s trajanjem ∆ t. Zato je povprečna vrednost toka, ki teče skozi naprave v določenem obdobju, sorazmerna z dvakratnim relativnim časovnim intervalom:

Iz grafa (glej sliko 5.12, b) iz tega sledi, da je fazni premik med preučevanimi signali z napetostjo U 1 in U 2 ustreza časovnemu zamiku ∆ t in se lahko izrazi s formulo

iz katerega sledi, da je fazni kot linearno odvisen od razmerja ∆ t/T:

Če v izraz (5.14) nadomestimo enačbo (5.15), dobimo

(5.16)

Pri konstantni vrednosti amplitude izhodnih impulzov se lestvica indikatorja, ki meri povprečno vrednost toka jaz 0, graduiran v vrednostih ∆φ. V tem primeru bo lestvica indikatorja faznega merilnika linearna. Prednost dvokanalnega faznega merilnika je neposredno merjenje ∆φ v območju ±180°.

Elektronska metoda diskretnega štetja je osnova za delovanje digitalnega merilnika faz in je sestavljen iz dveh glavnih stopenj: transformacije faznega premika v ustrezen časovni interval in merjenja tega časovnega intervala z metodo diskretnega štetja.

Poenostavljen blokovni diagram digitalnega merilnika faz in časovni diagrami, ki pojasnjujejo njegovo delovanje, so prikazani na sl. 5.13.

riž. 5.13. Strukturni diagram faznega merilnika pri merjenju faznega premika z metodo diskretnega štetja (a) in časovni diagrami signalov, ki pojasnjujejo njegovo delovanje (b)

Sinusoidni signal, ki ga generira kvarčni oscilator, se dovaja na enoto za tvorbo, na izhodu katere se oblikujejo štetni impulzi, ki se napajajo na en vhod časovnega izbirnika. Njegov drugi vhod sprejme pretvorjeno zaporedje impulzov s trajanjem ∆ t s ponavljalnim obdobjem proučevanih signalov T. Izbirnik se odpre samo za čas, ki je enak trajanju ∆ t impulzi z napetostjo U 3 in prenaša impulze z napetostjo na števec U 4 iz generatorja. Izbirnik časa generira impulzne pakete z napetostjo U 5 ( brez spreminjanja obdobja T), pridejo na pult v enem paketu.

kje T0- obdobje ponovitve štetnih impulzov kvarčnega oscilatorja.

V formulo (5.17) nadomestimo razmerje za ∆ t iz formule (5.16) določimo ∆φ za signale z napetostjo U 1 in U 2

(5.18)

Skupna merilna napaka pri tej metodi je odvisna od diskretne napake, ki je posledica dejstva, da je interval ∆ t merjeno z natančnostjo ene periode T 0 , in od nestabilnosti odzivnega časa pretvornika.

Fazomeri z vgrajenim mikroprocesorjem imajo velik potencial, ki lahko meri fazni premik med dvema periodičnima signaloma za katero koli izbrano obdobje.

Slika 5.14 prikazuje blokovni diagram faznega merilnika z vgrajenim mikroprocesorjem in časovne diagrame signala, ki pojasnjujejo njegovo delovanje.

Po vhodni napravi sinusoidni signali z napetostjo U 1 in U 2 prispejo na vhode impulznega pretvornika, v katerem se z napetostjo pretvorijo v kratke impulze U"1 in U"2 S pomočjo prvega para teh impulzov oblikovalnik 1 generira impulz z napetostjo U 3 trajanje ∆ t, kar je enako časovnemu zamiku signalov z napetostjo U 1 in U 2. Ta impulz odpre izbirnik časa 1 in med njegovim delovanjem štetje impulzov s časovno ponovitvijo preide na vhod števca 1 T 0 , ki jih proizvaja mikroprocesor. Na vhod števca se prenese 1 paket impulzov z napetostjo U 4 prikazano na sl. 5.14, b.Število impulzov v paketu je izraženo s formulo

Hkrati oblikovalnik 2 generira impulze z napetostjo U 5, s trajanjem, enakim obdobju ponovitve preučenih signalov z napetostjo U 1 in U 2. Ta impulz odpre izbirnik 2 (za čas delovanja) in preide od mikroprocesorja do števca 2 paket impulzov z napetostjo U 6 in s piko T0, katerih število je v paketu

riž. 5.14. Strukturni diagram faznega merilnika z vgrajenim mikroprocesorjem ( a) in časovni diagrami signala, ki pojasnjujejo njegovo delovanje (b)

Za določitev želene vrednosti faznega premika ∆φ za izbrano obdobje ponovitve signala T treba je najti razmerje količin (5.19) in (5.20) enako

potem ob upoštevanju osnovne formule ∆φ = 360° ∆ t/T pomnožite to razmerje za 360°:

(5.21)

Ta izračun izvede mikroprocesor, na katerega se prenašajo kode, ki jih generirata števec 1 in 2. P in N. Z ustreznim programom mikroprocesorja se na zaslonu prikaže vrednost faznega zamika ∆φ za poljubno izbrano obdobje T. S primerjavo takšnih premikov v različnih obdobjih je mogoče opazovati nihanja ∆φ in ovrednotiti njihove statične parametre, ki vključujejo matematično pričakovanje, varianco, standardni odklon in izmerjeno povprečno vrednost faznega premika.

Pri merjenju s faznim merilnikom z vgrajenim mikroprocesorjem se povprečna vrednost faznega premika ∆φ za dano količino Za obdobja Tštevca 1 in 2 zbirata kode za število impulzov, prejetih na svojih vhodih za Za obdobja, t.j. številčne kode osebni računalnik in NK oziroma prenese na mikroprocesor.

Majhno merilno napako ∆φ s tem faznim merilnikom je mogoče dobiti le pri dovolj nizki frekvenci preučevanih signalov. Razširitev frekvenčnega območja omogoča predhodno (heterodinsko) pretvorbo signalov.

Glavne meroslovne značilnosti faznih merilnikov, ki jih morate vedeti pri izbiri naprave, vključujejo naslednje:

Namen naprave

· merilno območje faznega premika;

· Frekvenčni razpon;

· Dovoljena merilna napaka.