5.2. Устройства сравнения

В

качестве устройств сравнения в измерениях фазового сдвига применяют: при автоматическом уравновешивании - фазовый детектор; при неавтоматическом (ручном) уравновешивании - любое отсчетное устройство, показания которого функционально связаны с изменением разности фаз двух сигналов, т.е. измеритель разности фаз. Фазовый детектор (рис.5.6,а) представляет собой измерительный преобразователь, на входы которого подаются два переменных напряжения одной частоты, а на выходе появляется постоянная составляющая напряжения, функционально связанная с разностью фаз Δφ. Напряжениеu₁ подводится к первичной обмотке трансформатора Т1; во вторичной обмотке составляющие этого напряжения и имеют одинаковые амплитуды и и противоположные фазы. Напряжение u₂ поступает в одинаковой фазе через трансформатор Т2 на входы детекторов Д1 и Д2. С учетом того, что на входах детекторов будут действовать напряжения ,, амплитуды результирующих напряжений на входах детекторовU_mд1 и U_mд2 можно определить из векторной диаграммы (рис. 5.6,б)

(5.5)

.

Здесь учтено, что . В результате преобразования напряжения на нагрузках детекторов будут составлять

, , (5.6)

где K_д - коэффициент преобразования детектора.

Выходное напряжение фазового детектора после преобразований может быть приближенно представлено формулой

. (5.7)

Если <<, то.

При φ = 90˚ U_вых = 0. В этом состоит удобство индикации разности фаз. Таким образом, фазовый детектор может быть использован как устройство сравнения в сложных автоматических фазометрах и системах автоматической подстройки частоты.

5.3. Осциллографические измерения фазового сдвига

Два колебания можно наблюдать одновременно на экране двухлуче­вого осциллографа или однолучевого, на входе которого включен элект­ронный коммутатор. На изображении (рис. 5.7а) измеряют отрезки ab и ac, а фазовый сдвиг определяют по формуле

. (5.8)

Точность этого способа невысока. Фазовый сдвиг в этом случае определяют по отсчетному устройству - ЭЛТ, устройство сравнения - оператор. Более точным является способ синусоидальной развертки. Напряжение подают на Y-вход, а напряжение на X - вход осциллографа. Мгновенные отклоне­ния луча на экране по осям X и Y равны

, ,

где , - амплитуды отклонений.

На экране появится эллипс (рис. 5.7,б). Будем считать, что h_x = h_y. Это условие легко выполнить, уравняв между собой предварительно коэффициенты преобразования каналов X и Y. Если h_x = h_y, то изме­ряемый фазовый сдвиг связан с размерами эллипса соотношением

, (5.9)

где А и В - малая и большая полуоси эллипса.

Понятно, что такой измеритель фазового сдвига может быть использован и в качестве устройства сравнения при ручном уравновеши­вании, например, в компенсационном методе.

5.4. Компенсационный метод измерения фазового сдвига

Сущность компенсационного метода заключается в сравнении измеряемого фазового сдвига с фазовым сдвигом, создаваемым откалиброванным фазовращателем, используемым в качестве меры x_д. Обобщенная структурная схема измерителя простейшая (рис. 5.8,а) и не содержит преобразователей x_изм и x_д, а сводится к одному устройству сравнения.

Измерительная схема приведена на рис. 5.8,б. Сигнал посту­пает на измерительный фазовращатель, а затем на индикатор равенства фаз, выполняющий функции устройства сравнения. В качестве индикатора используют осциллограф или фазовый детектор.

П

огрешность измерения фазового сдвига компенсационным методом определяется в основном погрешностью градуировки фазовращателя, случайной погрешностью и порогом чувствительности индикатора разности фаз. Если фазовращатель управляется сигналом, вырабатываемым фазовым детектором, то измерения фазового сдвига поддаются автоматизации по схеме уравновешивающего преобразования.