1.3. Похибка від наявності у вхідному сигналі вищих гармонік
Як правило порівнювані сигнали містять у своєму складі вищі гармоніки. Їх наявність веде до появи ще однієї складової похибки фазових вимірювань – похибки від вищих гармонік.
З’ясуємо механізм утворення цієї похибки. Наявність в сигналі вищих гармонік спотворює його форму, отже зміщує в часі нульові переходи сигналу відносно нуль-переходів першої гармоніки. Викладене ілюструє рис. 12.3, на якому зображено першу і третю гармоніки та сумарний сигнал.
Рис. 12.3
Фазова
похибка від вищих гармонік
.
Визначимо
спочатку значення
,
викликану дією однієї і-тої
гармоніки. Момент нульового переходу
суміші першої та і-тої
гармонік визначається з рівняння
.
Отож зсув в часі нульового переходу суміші відносно першої гармоніки становить
.
(12.5)
Максимальне значення зсуву, враховуючи дію всіх наявних в сигналі вищих гармонік становить
,
(12.6)
де
– коефіцієнт гармонік.
При
наявності вищих гармонік в обох вхідних
сигналах значення
в (12.6) подвоюється.
1.4. Амплітудно-фазова похибка
Ця складова фазової похибки обумовлена зміною співвідношення амплітуд порівнюваних гармонічних напруг. Вона найбільш суттєво впливає на результат вимірювання фазометрів, що реалізують перетворення “фазовий зсув – часовий інтервал”. Механізм дії ціїє похибки ілюстровано рис. 12.4.
Формувачі
сигналів в схемі рис.11.6а зпрацьовують
по певному рівню напруги
.
Момент спрацювання формувача визначається
з рівняння
,
звідки
.
Зміна амплітуди сигналу до значення
приводить до зміни моменту перетину
сигналом
рівня
(той же ефект має місце при дрейфі
впродовж поцесу вимірювання). Цей новий
момент перетину визначається формулою
.
При
маємо
.
Рис. 12.4
Таким
чином, внаслідок зміни амплітуди
сигналу виникає затримка
спрацювання формувача, якій відповідає
фазова похибка
.
(12.7)
1.5. Похибка від неідентичності фазо-частотних характеристик каналів фазометра
Вузли,
що входять до складу каналів обробки
сигналів фазометра характеризуються
своїми комплексними коефіцієнтами
передачі. До таких вузлів належать
вхідні пристрої, фільтри, підсилювачі,
системи автоматичного регулювання
підсилення тощо. На рис. 12.5 канали обробки
сигналів представлені узагальненими
блоками з коефіцієнтами передачі
та
.
На рисунку позначено І – індикатор, ФВП
– фазовимірювальний перетворювач.
Рис. 12.5
Отже на вході ФВП присутні сигнали, які в комлексній формі можно представити виразами
(158)
Фазовий
зсув між сигналами на вході ФВП становить
.
На одній робочій частоті
додатковий фазовий зсув
і його можна легко урахувати шляхом
калібровки фазометра (встановивши
нульове показання І при подачі на входи
фазометра синфазних сигналів). Калібровку
значно складніше виконати при роботі
фазометра в певному діапазоні частот.
Тому при проектуванні фазометрів
прагнуть досягнути ідентичності ФЧХ,
або застосовують спеціальні перетворення
(гетеродинне, стробоскопічне), які
дозволяють перенести вимірювання
фазових зсувів з певного діаназону
частот на фіксовану частоту.
2. Вимірювачі часових інтервалів
Час є однією з шести основних одиниць системи СІ і присутній в багатьох фізичних законах, що становлять фундаментальну основу для вимірювань електричних та неелектричних фізичних величин. Крім того, всі досліджувані процеси природного чи штучного походження – фізичні, хімічні, біологічні, астрономічні, технологічні і т.і., розвиваються в часі. Тому високоточне вимірювання часу в широкому діапазоні значень (від долей наносекунд до суток і більше) є актуальною задачею вимірювальної техніки.
В
наш час відносну похибку вимірювання
часу зменшено до
.
Отже час може бути виміряний з найвищою
точністю. Проте в більшості вимірювальних
задач достатньою є відносна похибка
порядка
,
яка може бути досягнута і в аналогових
вимірювачах.
Як відомо, основною одиницею вимірювання часу є секунда. Визначення секунди змінювалось на кожному новому етапі розвитку науки та техніки. З 1987 р. діє таке визначення секунди:
секунда дорівнює 9 192 631 770 періодам випромінювання, що відповідає переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезія-137.
За таким визначенням одиниця часу називається атомним часом (AT – atomic time).
Поряд з основною одиницею часу ГОСТ дозволяє застосовувати внесистемі одиниці часу: хвилину, яка дорівнює 60 секундам, годину, яка дорівнює 3600 секундам та сутки, що дорівнюють 86 400 секундам.
Часовий інтервал, як вимірювана величина, найбільш зручний для цифрового вимірювання. Тому на практиці аналогові методи вимірювання часу майже не вживаються. Чи не єдиним прикладом аналогового вимірювання часу лишається оцінка часових інтервалів за допомогою осцилографа. В осцилографах застосовується калібрована розгортка електронного променя вздовж екрана осцилографа. Тому певному горизонтальному відхиленню променя відповідає певний часовий інтервал. Швидкість розгортки задається в [мкс/ділення]. Тому визначивши по екрану відстань між характерними точками процесу в діленнях можна перерахувати результат в одиниці вимірювання часу. При такому способі вимірювання основними складовими похибки є похибкак від нелінійності розгортки та похибка від нестабіль6ности крутизни напруги розгортки (її відхилення від номінального значення). Загальна похибка вимірювання може сягати ~1-3%.