Цифровые частотомеры.
Структурная схема частотомера
Здесь: УО – усилитель–ограничитель , К – ключ, ДИВ – датчик интервала времени , СИ – счетчик импульсов, ЦИО – цифровое отсчетное устройство.
УО преобразует входной переменный сигнал в импульсный
На время
открывается ключ и время
заполняется импульсами с периодом Tx,
количество импульсов зависит от частоты
fx
, а так как
то
.
Можно измерять не только частоту сигнала, и отношение частот двух сигналов fx1/fx2.
Если
,
в этом случае сигнал с частотой
подается на вход УО, а с частотой
используется для
управления ключом К (в качестве ДИВ),
тогда
.
Современный частотомер, например, EFC – 320A:
- диапазон от 5 Гц до 100 МГц; чувствительность 10 мВ; входная емкость С=40 пФ; сопротивление R=1МОм; базовая погрешность 0,001 %.
Фазометр.
Здесь: Ф1, Ф2 –
формирователи, вырабатывающие импульсы
в момент перехода Ux1
и Ux2
через ноль, БВВИ – блок выделения
временного интервала
,
БИВИ – блок измерения временного
интервала, ГИСЧ – генератор импульсов
стабильной частоты f0
с периодом
T0.
T0
и
-
период и частота
ГИСЧ.
где
- фазовый сдвиг.
Известно, что
периоды и частоты
и
напряжений Ux1
и Ux2
равны.
Оба напряжения подаются на Ф, Ф1 и Ф2 формируют импульсы при прохождении через ноль. Фазовый сдвиг преобразуется в , причем если сдвиг равен 0, то =0, импульсы совпадут.
Определив
найдем связь
с
,
.
Недостаток: необходимо знать , т.е. частоту напряжений Ux1 и Ux2.
Этот недостаток
устраняется в схемах, значительно более
сложных чем рассматриваемая выше. В них
код определяется как
,
т.е. пропорционален сдвигу фаз.
Методы электрических измерений Измерение постоянного тока и напряжения
Постоянный ток и напряжение измеряются наиболее часто магнитоэлектрическими амперметрами и вольтметрами с пределами измерений от 0,1 мкА до 6 кА и от 0,3 мВ до 1,5 кВ.
Кроме того, используются аналоговые электромагнитные, электродинамические, ферродинамические и электростатические приборы. Широко применяются также цифровые приборы и компенсаторы постоянного тока.
Для измерения малых количеств электричества при исследовании быстродействующих процессов применяются баллистические гальванометры (он имеет магнитоэлектрический измерительный механизм и специальные измерительные цепи). Выбор средства измерения определяется потребляемой мощностью объекта измерения и требуемой точностью измерения.
Необходимо для уменьшения методической погрешности при измерении тока, иметь амперметр с малым сопротивлением.
Амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы имеют одинаковый измерительный механизм, отличие только в измерительной цепи. В амперметре измерительный механизм подключается с помощью шунта, а в вольтметре с помощью добавочного резистора.
Так как в процессе измерения элементы измерительного механизма (обмотка) нагреваются , в приборах имеются специальные средства для термокомпенсации.
При измерении очень малых токов и напряжений используются гальванометры магнитоэлектрической системы с диапазоном от 0,1 нА и т.д. и от 0,1 нВ и т.д.
Цифровые приборы для измерения малых токов называются пикоамперметрами от 1 нА, а микровольтметры и нановольтметры с пределом измерения от 1 мкВ.
При измерении больших постоянных токов (более 10 кА) наиболее широко применяются шунты. Также применяются приборы на основе гальваномагнитных преобразователей (чувствительным элементом является датчик Холла).
При измерении высоких напряжений значений 1,5 кВ используются магнитоэлектрические вольтметры, а при более высоких напряжениях до (100 кВ) – электростатические вольтметры, а также обычные вольтметры, включенные через трансформатор напряжения.