Тема 13 : Вимірювання фаз частоти та зсуву фаз.

Вимірювання частоти

Вимірювання частоти є однією з найважливіших задач вимірювальної техніки. З цією метою використовують методи безпосередньої оцінки та порівняння.

В діапазоні низьких частот (до 2 кГц) для вимірювання частоти використовують ' електромеханічні частоміри: електромагнітні типу Э393 та електродинамічні типу Д506. Для вимірювання високих частот використовують електронні аналогові та цифрові частоміри.

Частоту не рідко вимірюють осцилографом за фігурами Ліссажу. Для цього на один із входів осцилографа (наприклад, вхід X) подається напруга вимірювальної частоти f_x, на другу – напруга відомої частоти f_y= f₀ . Електронний промінь під дією двох, взаємно перпендикулярних та змінюваних гармонійно відповідно з частотами f_x і f_y, напруг викреслює на екрані деяку складну криву. Якщо відношення частот виражається цілим числом, то крива (фігура Ліссажу) нерухома (рис.21,а). Для знаходження співвідношення частот необхідно підрахувати число точок перетину вертикальною N_y та горизонтальною N_x прямими фігури спостереження.

ПРИКЛАД:

Для фігури,зображеної на (рис.21,a) N_y =2, N_x=6 і тому f_x =f_y(N_y/N_x)= f_y2/6 = f_y/3.

Знаючи частотуf₀ зразкового генератора, можна визначити невідому частину f_x. Похибка вимірювання f_x визначається стабільністю f₀.

Рисунок 21

Тема 14: Вимірювання зсуву фаз

Зсув фаз між двома напругами знаходиться методами безпосередньої

оцінки та порівняння при дослідженні різного роду чотириполюсників (трансформаторів, фільтрів, підсилювачів та інше) в заданому діапазоні частот, а також залежності зсуву фаз від частоти. Зсув фаз виражається в радіанах або градусах.

Найбільш розповсюджені для вимірювання зсуву фаз електродинамічний

(на низьких частотах), електронний, цифровий фазометри та осцилограф (на високих частотах).

Промисловістю виготовляються електродинамічні фазометри типу Д578, зведена похибка яких знаходиться на рівні ±0,5%.

Спосіб оцінки зсуву фаз між двох напруг за допомогою електрично – променевого осцилографа методом еліпса показано на (рис. 21, б). Одну з дослідних напруг u₁ = U_1m * sin ωt подають на вхід вертикального, а другу u₂ = U_2m * sin (ωt – φ) – на вхід горизонтального каналу електронно–променевого осцилографа. На екрані з'явиться фігура – еліпс (рис.21, б). Центр еліпса суміщається з початком координат. Знаходяться точки перетину еліпса з віссями и визначається максимальна абсциса (ордината). При t = 0та t=2π/ω напруга u₁=0, а напруга u₂ = ± U_2m sin φ. Відрізок ab еліпса пропорційний 2 * U_2m * sin φ, а відрізок сd, який відповідає максимальному відхиленню променя по горизонталі, пропорційний 2 U_2m. В цьому випадку

φ = arcsin [ab / cd].

Можна обчислити зсув фази по відношенню великої В і малої А осей еліпса:

φ = 2 arctg В / А

Похибка вимірювання зсуву фаз осцилографом складає 5 ÷ 10 % і зумовлена неточністю відліку довжин відрізків, деформацією еліпса за рахунок вищих гармонік у напругах, які досліджуються, присутності власного зсуву фаз в каналах приладу.