ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

«ВИМІРЮВАННЯ ЗСУВУ ФАЗИ ГАРМОНІЙНИХ КОЛИВАНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ЦИФРОВОГО ФАЗОМЕТРА»

по курсу “АНАЛОГОВІ ТА ЦИФРОВІ ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ”

Мета роботи : ознайомитись з принципом роботи цифрового фазометра та навчитися проводити за його допомогою вимірювання.

1. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Принцип дії цифрових фазометрів засновано на перетворенні різниці фаз двох електричних сигналів однакової частоти у часовий інтервал t_x із наступним його квантуванням імпульсами опорної частоти f₀.

Структурну схему цифрового фазометра миттєвих значень наведено на рис.1.1, часові діаграми його роботи - на рис.1.2.

Рисунок 1.1 - Структурна схема цифрового фазометра миттєвих значень

Рисунок 1.2 - Часові діаграми цифрового фазометра миттєвих значень

Основними елементами фазометра є два формувача F1 і F2, RS - тригери, схема збігу SW, генератор G, двійковий лічильник ЛТ і цифровий показувальний пристрій. Перетворення різниці фаз двох електричних сигналів U1 і U2 з частотою f_x у часовий інтервал t_x здійснюють відповідні формувачі F1, F2 і RS-тригер. Квантування часового інтервалу t_x імпульсами опорної частоти f₀ відбувається за допомогою схемі збігу SW.

У момент переходу напруги U1 через рівень нуля на виході формувача F1 формується короткий імпульс, що встановлює тригер Т в стан логічної одиниці. Цим рівнем відкривається схема збігу SW і імпульси опорної частоти f₀ із виходу генератора G через відкриту SW надходять на вхід лічильника ЛТ. У лічильнику ЛТ відбувається підрахунок імпульсів f₀. Цей процес відбувається, поки напруга U2 не перейде рівень нуля. При переході U2 через нуль на виході формувача F2 формується короткий імпульс, що встановлює тригер Т в стан логічного нуля. Цим рівнем закривається схема SW і припиняється надходження імпульсів з частотою f₀ на вхід лічильника ЛТ. Кількість імпульсів з частотою f₀, що надійшли на лічильник ЛТ за часовий інтервал t_x, визначається виразом

. (1.1)

Оскільки різниця фаз, що вимірюється як різниця їх початкових фаз

, (1.2)

то рівняння перетворення цифрового фазометра миттєвих значень матиме вигляд (статична характеристика наведена на рис.1.3)

. (1.3)

Рисунок 1.3 - Статична характеристика цифрового

фазометра миттєвих значень

Рівняння похибки квантування цифрового фазометра миттєвих значень подається співвідношенням

. (1.4)

Аналіз рівняння похибки квантування (рис.1.4) показує, що результати вимірювань залежать від частоти вхідних сигналів при постійних .

Рисунок 1.4 - Залежність похибки квантування від вимірюваної величини

Для усунення цього недоліку застосовують усереднення вимірюваних інтервалів протягом часу вимірювання .

2. ХІД РОБОТИ

2.1. Увімкнути фазометр і прогріти його на протязі 20-30 хвилин.

2.2. Увімкнути генератор синусоідальних коливань.

2.3. Під’єднати за допомогою з’єднувальних кабелів вихідний сигнал генератора до обох входів цифрового фазометра і натиснути кнопку “”. Виміряна у цей момент різниця фаз, яка дорівнює нулю, буде точкою відліку для подальших вимірювань.

2.4. Встановити вказану викладачем частоту і амплітуду вихідного сигналу генератора.

2.5. Подати вихідний сигнал генератора безпосередньо на перший вхід фазометра, на інший вхід фазометра подати сигнал через фазозсуваюче RC –коло, принципова електрична схема якого наведена на рис.3.1. Для проведення вимірювань натиснути кнопку “”

Рисунок 3.1. Фазозсуваюче RC –коло.

2.6. На заданій викладачем частоті вихідного сигналу генератора зняти та побудувати залежність зсуву фази від постійної часу RC –кола. Постійна часу визначається за виразом .

2.7. При заданій викладачем постійній часу і частотному діапазоні зняти та побудувати фазо-частотну характеристику RC –кола.

2.8. У заданому частотному діапазоні розрахувати теоретичну фазо частотну характеристику RC –кола за виразом

. (2.1)

2.9. Порівняти теоретично розраховану характеристику з тією, що отримана експериментальним шляхом.

2.10. Зробити висновки по роботі.

3. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

3.1. Структурна схема і принцип дії цифрового фазометра

3.2. Статична характеристика цифрового фазометра

3.3. Похибка квантування цифрового фазометра

3.4. Вивести рівняння фазо-частотної характеристики RC –кола.

ЛІТЕРАТУРА

1. Вимірювання і комп'ютерно-вимірювальна техніка: Навч. посібник / В.О. Поджаренко, В.В.Кухарчук. - К.: УМК ВО, 1991. - 240 с.

2. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники. - К.: Вища шк., 1983. - 454 с.

3. Орнатский П.П. Особенности методологии измерения. -Измерительная техника, 1988, с.3-4.

4. Маликов В.Т., Поджаренко В.А. Современные методы и средства измерительной техники. Уч. пос. - К.: УМК В, 1988. - 188 с.