Измерение фазового сдвига по геометрической сумме и разности напряжений

Геометрическая сумма и разность двух равных векторов напряжений зависят от угла между ними, что может быть использовано для измерения этого угла. Пусть , а . Сумма этих напряжений

Амплитуда суммарного колебания является функцией фазового сдвига . Аналогично – амплитуда разности двух гармонических колебаний. Измерив А и В, можно определить фазовый угол по формуле .

Описанное измерение суммы и разности исследуемых напряжений можно объединить, используя схему балансного фазового детектора (рис. 9.8, а). Если диоды идентичны и находятся в режиме линейного детектирования, то постоянная составляющая выпрямленного напряжения между точками а – о пропорциональна сумме напряжений и (на схеме поставлены знаки напряжений для данного момента времени). В этот момент напряжение между точками b-о пропорционально разности напряжения и . Результирующее напряжение между точками а и b пропорционально разности кривых суммы и разности (рис. 9.8, б) и изображается почти линейной зависимостью.

Рис. 9.8. Балансный фазовый детектор

Показания прибора P1 . При показания прибора равны нулю. Если магнитоэлектрический прибор имеет нуль посередине шкалы, можно получить фазометр, дающий возможность определить и знак, и величину фазового сдвига. Аналогично для определения фазового сдвига может быть использована схема с кольцевым фазовым модулятором.

Погрешность измерения этим методом определяется неравенством величин напряжений и , несимметричностью напряжения и погрешностями определения величины напряжения детекторным вольтметром. Фазометр Ф2-1 собранный на подобной схеме, обеспечивает измерение фазового сдвига в диапазоне 20 Гц – 20 кГц с погрешностью не хуже ±2 %.

Фазометр с преобразованием фазового сдвига во временной интервал

Фазометр с преобразованием фазового сдвига во временной интервал представляет собой дальнейшее развитие рассмотренного фазометра. Прямоугольное напряжение после ограничительно-формирующего устройства каждого из каналов подвергается дифференцированию (рис. 9.9, а и б). В результате этого в каждом канале получаются короткие импульсы, соответствующие моментам переходов исследуемых синусоидальных напряжений через нуль. После выпрямления импульсы смещаются на интервал , связанный с измеряемым фазовым сдвигом соотношением .

Эти смещенные во времени импульсы каналов воздействуют на триггер. Длительность выходных импульсов триггера будет равна , причем их амплитуда для данного типа триггера постоянна. Поэтому показания магнитоэлектрического прибора РА1 будут , т. е. шкала микроамперметра может быть градуирована непосредственно в градусах фазового сдвига. Показания не будут зависеть от частоты и уровней измеряемых сигналов. Погрешность измерения фазового сдвига рассмотренным методом определяется погрешностью преобразования его во временной интервал, нестабильностью выходного тока триггера и погрешностью прибора РА1. Для повышения точности измерения в схему вводят автоматическую регулировку симметрии ограничения, применяют более сложную

Рис. 9.9. Преобразование фазового сдвига во временной интервал

триггерную систему, стабилизируют амплитуду выходного напряжения, как это сделано в фазометре Ф2-13. Его основные технические данные: измеряемый угол фазового сдвига 0...±180 на четырех поддиапазонах; диапазон частот 20 Гц – 1 МГц; погрешность измерения = ±(0,015 + 0,5)° на частотах до 200 кГц и = ±(0,02 + 1,0)° на более высоких частотах.