22. Цифровий фазометр. Поясніть принцип дії та блок-схему.

Кут фазового зсуву між синусоїдними напругами та легко перетворити в часовий інтервал t_x (рис.12) за допомогою формувачів імпульсів Ф₁ і Ф₂, використовуючи моменти переходів цих сигналів через вісь часу. В момент t₁ при >0 формувач імпульсів Ф₁ посилає сигнал, що відповідає логічній “1” до тригера Т, який відкриває логічний ключ ЛК. Від генератора імпульсів опорної частоти ГІОЧ через ключ проходять імпульси на лічильник. В момент t₂ при >0 формувач імпульсів Ф₂ посилає до тригера сигнал, який знову змінює потенціал на виході тригера, логічний ключ ЛК закривається.

Кількість імпульсів N, що прийшли на лічильник від моменту t₁ до t₂ визначають інтервал часу t_x

, або . Тут T_0, f₀ період та частота імпульсів генератора.

Відомо, що , , , де f – частота напруги вхідних сигналів. Таким чином кут зсуву фаз пропорційний кількості імпульсів N. Частота мережі f, де виконуються вимірювання, повинна бути відома. Такі фазометри застосовують в мережах з частотою до (20…20·10⁶) кГц. При цьому частота імпульсів опорного генератора Гц. Для отримання результатів вимірювання в радіанах чи градусах необхідно задати відповідне значення зразкової частоти.

Рис. 12.

Спрощена структурна схема та часові діаграми напруг цифрового фазометра Ф2-16

(град.) або (радіан). (16)

Похибки фазометрів визначаються по двочленній формулі. Для фазометра Ф2-16 , град.

Для вимірювання кута зсуву на високих частотах застосовуються цифрові фазометри з усередненням часових інтервалів. В основі таких фазометрів застосований метод підрахунку кількості імпульсів, що залежить від кута зсуву фаз між синусоїдними напругами за декілька періодів частоти мережі. Такі фазометри вимірюють середнє значення зсуву фаз, результат вимірювання не залежить від частоти мережі. Наприклад, фазометр Ф 5126 працює на частотах (1…150) МГц з абсолютною похибкою  0,3^.

23. Цифрові ватметри з двотактним інтегруванням.

Миттєве значення потужності – це добуток миттєвих значень струму та напруги . Метод подвійного інтегрування, що застосовується в цифрових ватметрах, дозволяє одержати такий добуток. АЦП такого ватметра відрізняється від АЦП, що використовуються в цифрових вольтметрах, наявністю другого інтегратора (для струму), другої схеми вибірки миттєвих значень та запам’ятовування.

Принцип дії ватметра (рис.11) полягає в тому, що на вхід першого інтегратора з першої схеми вибірки подається напруга j-ї вибірки u(t_j ) і відбувається вподовж відомого інтервалу часу Т₁ перший етап інтегрування “вгору”. В кінці інтервалу Т₁ на вхід першого інтегратора подається зразкова напруга U₀ (обов’язково протилежна за знаком u(t_j )) і на протязі деякого часу здійснюється інтегрування першим інтегратором “вниз” до U₁=0. Враховуючи (9),

,

тоді . (11)

Рис. 11.

Часові діаграми роботи цифрового двохтактного ватметра

В момент Т₁ на вхід другого інтегратора подається струм i(t_j ) і виконується на протязі інтервалу Δt₂ інтегрування “вгору”.

При вхід другого інтегратора вмикається до джерела зразкового струму і відбувається інтегрування “вниз” до напруги U₂=0.

Інтервал часу , необхідний для повернення другого інтегратора в початковий стан, пропорційний потужності р(t_j ). Визначення цього інтервалу виконується при допомозі лічильних імпульсів генератора опорної частоти , де –період імпульсів ГОЧ. Опосередкування чисел N_j дає значення середньої потужності.

Точність вимірювання залежить від точності, з якою задаються інтервал T₁, опорні значення напруги u₀ та струму i₀. Сучасні вимірювальні засоби дають змогу відтворити інтервал часу з ,, а напругу з ,, тому розглянутий вище метод вимірювання потужності має високу точність.

Позитивною властивістю даного вимірювання є високий ступінь захисту від завад промислової частоти та наводок, оскільки в інтервал часу перетворюються не миттєві, а середні значення вхідних сигналів.

З іншого боку, перетворення в інтервал часу середнього значення потужності призводить до динамічної похибки перетворення, оскільки за період перетворення сигнал на вході може змінитися.