Принцип действия конденсаторного частотомера

При переключении f раз в секунду количество электричества, протекающее через прибор в 1 с, т. е. ток через микроамперметр

f = Qf = CUf.

При условии, что частота переключений f равна измеряемой f_изм, показания прибора пропорциональны f_изм.

Прибор для измерения частоты, основанный на описанном методе, называют конденсаторным частотомером. В этом приборе переключателем служит электронный коммутатор, осуществляющий переключение с частотой  f_изм при подаче на его вход напряжения измеряемой частоты.

Для обеспечения линейной зависимости показаний прибора от частоты в схеме частотомера предусматривается ограничитель, поддерживающий постоянство верхнего U₁ и нижнего U₂ уровней напряжения на обкладках конденсатора во всем рабочем диапазоне частот.

Пределы измеряемых частот (поддиапазоны) регулируются изменением емкости С конденсатора и шунтированием микроамперметра.

49. Общие сведения об измерении фазового сдвига. Классификация методов и средств измерений фазового сдвига.

Общие сведения Фазовым сдвигом φ называется модуль разности аргу­ментов двух гармонических сигналов одинаковой частоты и, т. е. раз­ности начальных фаз:Фазовый сдвиг является постоянной величиной и не за­висит от момента отсчета. Обозначим через ∆T интервал времени между моментами, когда сигналы находятся в оди­наковых фазах, например при переходах через нуль от отри­цательных к положительным значениям. Тогда фазовый сдвигили(1) где Т — период гармонических сигналов. Фазовый сдвиг появляется, когда электрический сигнал проходит через цепь, в которой он задерживается. Коле­бательные контуры, фильтры, фазовращатели и другие четырехполюсники вносят фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями φ = ωt_згде t_з— длительность задержки в секундах. Усилительный каскад обычного типа вносит фазовый сдвиг, равный π. Многие радиотех­нические устройства: радиолокационные, радионавигацион­ные, телевизионные, широкополосные усилители всех на­значений, фильтры — характеризуются наряду с другими параметрами фазочастотной характеристикой φ(ω), т. е. за­висимостью фазового сдвига от частоты. Фазовая модуля­ция и манипуляция широко применяются в аппаратуре телеметрии и связи; измерение фазового сдвига в этих устройствах является определяющим как при настройке, так и в эксплуатации. Если напряжения с одинаковыми частотами имеютнесинусоидальную форму, то фазовый сдвиг рассматривается между ихпервыми гармониками; при измерении напряже­ние высших гармоник отфильтровывается с помощью фильтров нижних частот. Можно такие напряжения ха­рактеризовать временным интервалом ∆T. Для измерения фазового сдвига применяют следующие методы: осциллографический, компенсационный, преобра­зования фазового сдвига в импульсы тока, метод дискрет­ного счета и др. Все эти методы будут рассмотрены ниже. Сна­чала ознакомимся с фазовращателями.

Методы измерения угла сдвига фаз. Эти методы зависят от диапазона частот, уровня и формы сигнала, от требуемой точности и Наличия средств измерений. Различают косвенное и прямое изменения угла сдвига фаз. Косвенное измерение. Такое измерение угла сдвига фаз Между напряжением U и током I в нагрузке в однофазных цепях осуществляют с помощью трех приборов — вольтметра, амперметра и ваттметра (рис.5). Угол  определяется расчетным путем из найденного значения cos: Метод используется обычно на промышленной частоте и обеспечивает невысокую точность из-за методической погрешности, вызванной собственным потреблением приборов, достаточно прост, надежен, экономичен. В трехфазной симметричной цепи величина cos может быть определена следующими измерениями:

• мощность, ток и напряжение одной фазы;

• измерение активной мощности методом двух ваттметров;

• измерение реактивной мощности методом двух ваттметров с искусственной нейтральной точкой.

Среди осциллографических методов измерения фазы наибольшее распространение получили методы линейной развертки и эллипса. Осциллографический метод, позволяющий наблюдать и фиксировать исследуемый сигнал в любой момент времени, используется в широком диапазоне частот в маломощных цепях при грубых измерениях (5... 10 %). Метод линейной развертки предполагает применение двухлучевого осциллографа, на горизонтальные пластины которого подают линейное развертывающее напряжение, а на вертикальные пластины — напряжение, между которыми измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных кривых на экране получаем изображение двух напряжений (рис.6, а) и по измеренным отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига между ними где АБ — отрезок между соответствующими точками кривых при переходе их через нуль по осиX; АС — отрезок, соответствующий периоду. Погрешность измерения _х зависит от погрешности отсчета и фазовой погрешности осциллографа.

Рис. 5.

Если вместо линейной развертки использовать синусоидальное развертывающее напряжение, то получаемые на экране фигуры Лиссажу при равных частотах дают на экране осциллографа форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига _x=arcsin(АБ/ВГ). Этот метод позволяет измерять _х в пределах 0 90^о без определения знака фазового угла. Погрешность измерения _х также определяется погрешностью отсчета Рис..6. Кривые, получаемые на экране двухлучевого осциллографа: при линейной(а) и синусоидальной (б) развертке и расхождениями в фазовых сдвигах каналов Х и Y осциллографа. Применение компенсатора переменного тока с калиброванным фазовращателем и электронным осциллографом в качестве индикатора равенства фаз позволяет произвести достаточно точное измерение угла сдвига фаз. Погрешность измерения в этом случае определяется в основном погрешностью используемого фазовращателя. Прямое измерение. Прямое измерение утла сдвига фаз осуществляют с помощью электродинамических, ферродинамических, электромагнитных, электронных и цифровых фазометров. Наиболее часто из электромеханических фазометров используют электродинамические и электромагнитные логометрические фазометры. Шкала у этих приборов линейная. Используются на диапазоне частот от 50 Гц до 6... 8 кГц. Классы точности — 0,2; 0,5. Для них характерна большая потребляемая мощность 1(5...10 Вт). В трехфазной симметричной цепи измерение угла сдвига фаз  или cos осуществляется однофазным или трехфазным фазометрами. Цифровые фазометры используются в маломощных цепях в диапазоне частот от единиц Гц до 150 МГц, классы точности — 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных цифровых фазометрах сдвиг по фазе между двумя напряжениями преобразуется во временной интервал, заполняемый импульсами стабильной частоты с определенным периодом, которые под-считываются электронным счетчиком импульсов. Составляющие погрешности этих приборов: погрешность дискретности, погрешность генератора стабильной частоты, погрешность, зависящая от точности формирования и передачи временного интервала.