Объяснить сущность измерение угла сдвига фаз с помощью аналогового электронного фазометра. Нарисовать его схему, объяснить принцип работы. Каковы погрешности прибора.
При изготовлении и исследовании различных электрических устройств часто возникает потребность в определении угла сдвига фаз между отдельными токами или между током и напряжением. В устройствах, работающих на промышленной и повышенной частотах, обычно измеряют угол сдвига фаз φ между током и напряжением или косинус этого угла соs φ, который характеризует значение активной мощности при определенных значениях тока и напряжения.
Недостатком этого метода является необходимость одновременного отсчета показаний трех приборов и вычисления значения искомой величины, что снижает точность измерений.
Специальные приборы, предназначенные для непосредственного измерения угла сдвига фаз φ и коэффициента мощности соs φ, называются фазометрами.
Шкала такого прибора может быть также проградуирована в значениях угла φ или соs φ. Существенным недостатком фазометра является зависимость его показаний от частоты.
Объяснить осциллографический метод измерения частоты и угла сдвига фаз. Нарисовать соответствующие развертки и записать соответствующие соотношения.
Осциллографические методы измерения разового угла относятся к простейшим, обеспечивающим погрешность измерения в пределах 2... 5°. Фазовый сдвиг определяют по характеру и форме осциллограмм. К числу осциллографических методов относят метод линейной развертки, метод эллипса, метод круговой развертки и метод яркостных меток.
При методе линейной развертки на экране двухлучевого или двухканального осциллографа, наблюдают оба напряжения U1 и U2. Измеряя отрезки ab и ad на осциллограмме, определяют фазовый сдвиг по формуле:
При использовании метода эллипса на входы Х и У электронного осциллографа подают исследуемые напряжения:
и
на экране осциллографа появляется изображение эллипса, уравнение которого имеет вид:
где
А и В размеры эллипса по осям X и Y.
К недостаткам метода эллипса относится сложность установления знака угла сдвига фаз. Установить знак фазового угла можно, если учесть, что при положительных углах луч, описывающий эллипс, вращается в одну сторону, а при отрицательных в другую.
Нарисовать структуру микропроцессорного фазометра. Объяснить его назначение и принцип работы.
Структурная схема микропроцессорного фазометра:
Принцип измерения фазового сдвига между двумя синусоидальными сигналами u1 и u2 за один выбранный период Т их следования поясняется временными диаграммами.
Существенное расширение функциональных возможностей, повышение надежности и некоторых других характеристик фазометров обеспечиваются при их построении на основе микропроцессорной системы, работающей совместно с измерительными преобразователями.
Такие фазометры позволяют измерять фазовый сдвиг между двумя периодическими сигналами за любой выбранный период, наблюдать флюктуации подобных сдвигов и оценивать их статистические характеристики: математическое ожидание, дисперсию, среднеквадратическое отклонение.
Такой цифровой фазометр, помимо общих преимуществ по сравнению с приборами, выполненными по схемам с жесткой логикой работы, обладает еще рядом специфически «фазометрических» достоинств. Одно из них заключается в том, что прибор позволяет измерять фазовые сдвиги за один период исследуемого напряжения.