Измерение сдвига фаз с преобразованием синусоиды с элт.

И мпульсные преобразования на которых основаны рассмотрены фазометры могут быть использованы для измерения с помощью ЭЛТ. Короткие импульсы поступающие с двух каналов преобразования могут быть рассмотрены при помощи осциллографа с линейной разверткой.

.

П ри малых сдвигах для повышения точности может быть использованы ждущая развертка, в этом случае расстояние а можно развернуть на весь экран и угол сдвига фаз может быть найден если известен период развертки Т1(время прохождения луча вдоль отрезка В). Т – период.

.

Длину развертки можно увеличить, применяя круговую развертку, и схема имеет следующий вид:

Рис. 1

U1 и U2 – подаются на преобразователи Пр1 и Пр2 на выходе которых получаем короткие импульсы. Эти импульсы поступают на модулятор М вызывая в соответствующие моменты увеличение яркости луча. Одно из синусоидальных напряжений (U1) поступает на ВО пластины и одновременно поступает на фазовращатель, сдвигающий напряжение на 90˚. Это напряжение подается на ГО пластины, в результате на ЭЛТ получается окружность и образует круговую развертку. В момент поступления импульсов на М яркость луча увеличивается и на экране ЭЛТ образуется две светящейся точки, поскольку период развертки равен периоду исследуемых напряжений то угол между точками равен сдвигу фаз.

Такой метод позволяет измерять с погрешностью 1-2˚.

Двухтактные и однотактные фазометры на спусковых схемах.

Под преобразованием сигнала следует понимать изменение формы сигнала или его частоты.

Фазометры со спусковой схемой (с формированием коротких импульсов (однотактные)).

Рассмотрим блок схему такого фазометра:

Рис. 2

О – ограничители;

ДЦ – дифференцирующая цепь.

Измеряемое напряжение U1 и опорное U2 при своем преобразовании проходят 2 совершенно одинаковых канала, состоящие из У1,У2, О1,О2, ДЦ1, ДЦ2. В этом методе фазовый сдвиг определяется по сдвигу между переходами синусоид сигналов через нуль. Поэтому переход синусоиды через нуль надо строго фиксировать. Использование синусоиды непосредственно для измерения затруднено в следствии наличия зоны нечувствительности или порогом срабатывания триггера. Чем больше крутизна перехода через нуль, тем точнее работает триггер, поэтому необходимо усиление сигнала, потом сигнал ограничивается по амплитуде т.к. нас интересует только зона перехода через нуль. Потом сигнал преобразуется в прямоугольные импульсы. Дифференциальные цепочки вырабатывают короткие импульсы как раз в момент перехода через ноль. Полученные однополярные импульсы управляют триггером, в одном из состояний триггер подключает к источнику питания измерительный прибор mA.

Среднее значение тока, проходящее через ИП, пропорционально углу сдвига фаз. Основным минусом такого фазометра является не высокий диапазон частот (до 100 КГц), а значительная погрешность при малых Rвх, так как при усилении слабого сигнала происходит фазовое искажение; необходимость стабилизации питания триггера.

Двухтактные фазометры на спусковых схемах.

Одной из основных причин возникновения погрешности в электр. фазометрах является наличие ассиметрии ограничения сигналов и как следствие изменение крутизны фронтов запускающих импульсов. Для устранения указанного явления в фазометрах целесообразнее в качестве индикаторного устройства использовать не триггер, а двухтактную спусковую схему выполненную на базе двух мультивибраторов.

Принцип действия такого из рассмотрения функциональной схемы и его временных диаграмм.

В этой схеме УО1 и УО2 – усилители и ограничители сигналов опорного и разделяемого каналов. М1 и М2 – мультивибраторы двухтактной схемы. U1 и U2 после усиления и ограничения дифференцируются и подаются на индикаторные устройства.

Индикаторное устройство работает следующим образом: пусть в результате не симметричности ограничения в каналах формирования измеряемого и опорного напряжения произошло удлинение положительных импульсов и укорочение отрицательных импульсов соответственно на величины 2∙φ1 и 2∙φ2 (диаграммы а) и б)). На диаграмме φ₀ – начальная фаза входного сигнала, φ – истинный угол сдвига фаз. После дифференцирования будут получены короткие импульсы А и Б с выхода УО1, и В и Г с выхода УО2. Схема построена так что на вход М1 поступают положительные импульсы А с выхода УО1 и отрицательные Г с выхода УО2. Аналогично на вход М2 подаются положительные импульсы В с выхода УО2 и отрицательных Б с выхода УО1. Импульсы дифференцируются в следующих входных RC цепочках мультивибраторов. А и Г проходят по цепям C1, VD1, R1, R2, VD3, C3 и на землю; C3, VD2, R1,R2,VD5,C2 соответственно. На вход М1 поступает падение напряжения с сопротивлений R2(от импульса А) и R1 (от импульса Г). Аналогично на М2 поступает падение напряжения с сопротивлений R3 и R4. Б и В проходят по цепям соответственно: земля, C3, VD7, R4, R3, VD4, C1, и C2, VD8, R4, R3, VD6, C3, земля.

Д) –диаграмма. Положительный импульс появляется в момент появления импульса А и заканчивается в момент прихода импульса Г. Аналогично начало и конец импульса Um2 (диаграмма – е)) определяются импульсами Б и В. Напряжение поступающие на ИП пропорционально разности напряжений Um1 и Um2 и его среднее значение равно:

.

Таким образом, использование индикаторного устройства, построенного по двухтактной спусковой схеме, позволяет исключить влияние ассиметрии ограничения и получить отклонение выходного прибора пропорционально фазовому углу φ.

Рис. 3

Рис. 4. Диаграммы.

Лекция 17

Аналоговые измерительные устройства уравновешивающего преобразования. Принципы построения, способы регистрации.