50. Сущность метода измерений фазового сдвига путём преобразования фазового сдвига во временной интервал.
Фазовый сдвиг — это модуль разности начальных фаз двух гармонических сигналов одинаковой частоты.
Наиболее известны следующие методы измерения этого параметра:
преобразования фазового сдвига в интервал времени;
преобразования в напряжение;
осциллографические;
нулевой.
Приборы, измеряющие фазовые сдвиги, называют фазометрами или измерителями фазовых сдвигов. Они относятся к виду Ф2.
СУЩНОСТЬ МЕТОДА. Оба синусоидальных напряжения преобразуют в две периодические последовательности коротких импульсов, соответствующих моментам переходов напряжений через нуль с производными одинакового знака. Интервалы времени ΔТ между ближайшими импульсами пропорциональны определяемому фазовому сдвигу.
Временной сдвиг между импульсами
После преобразования измеряется относительная величина интервала времени ΔТ (по отношению к периоду Т).
Следует подчеркнуть, что преобразование фазового сдвига в интервал времени сопровождается случайной погрешностью, обусловленной действием шумовых помех. Среднеквадратичная оценка подобной погрешности как функция отношения сигнал/помеха при измерении периода гармонического напряжения.
По изложенному методу построены различные фазометры, отличающиеся друг от друга главным образом способом измерения относительно интервала времени.
ФАЗОМЕТР С МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ИЗМЕРИТЕЛЕМ. Двухканальный формирователь преобразует гармонические напряжения в серии коротких импульсов положительной полярности с крутыми фронтами.
Схема фазометра с магнитоэлектрическим измерителем
Из
соседних пар импульсов с помощью триггера
формируются прямоугольные импульсы
тока амплитудой Iм
и длительностью ΔТ.
Магнитоэлектрический прибор показывает
среднее за период значение тока Iо
= IмΔT/T.
Так как зависимость между φ° и Iо линейна, то шкала прибора проградуирована непосредственно в градусах.
Изложенный способ позволяет измерять только средний (за время измерения) фазовый сдвиг. Общая приведенная погрешность фазометра 1—3%.
ЭЛЕКТРОННО-СЧЕТНЫЙ ФАЗОМЕТР. Принцип измерения фазового сдвига за один период (мгновенного фазового сдвига) сводится к следующему. Измеряют период исследуемого синусоидального напряжения, формируя временные ворота, которые заполняются счетными импульсами, следующими с частотой Fсч (рис. а и б). Число импульсов, сосчитанных счетчиком за период Т, N =FсчТ.
Косвенное измерение фазового сдвига методом дискретного счета
Синусоидальные
напряжения
u1
и u2
(рис.
в
и
г)
преобразуются в пары коротких однополярных
импульсов. Из пары импульсов формируются
временные ворота, равные ΔТ.
Счетчик считает импульсы, следующие с
той же частотой Fсч
(рис.
д).
Число их n
= FсчΔТ.
Описанный способ (без интерполяции) позволяет получить высокую точность на низких частотах. При измерении малых фазовых сдвигов или при высокой частоте исследуемых синусоидальных напряжений требуются кварцевый генератор счетных импульсов, частота следования которых намного превышает частоту исследуемых напряжений, а также счетчик, обладающий большой емкостью и очень высокой скоростью счета.
Рассмотренная методика — методика косвенных измерений, предполагающих вычислительные операции. При определении средних фазовых сдвигов можно осуществить прямые измерения методом дискретного счета. На рисунке приведена схема прямопоказывающего электронно-счетного фазометра с автоматической коррекцией аппаратурной погрешности φап, обусловленной неидентичностью каналов фазометра.