6.5.1. Цифровые фазометры.

Цифровые фазометры применяются для исследования импульсных устройств, точных измерений малых углов поворота, снятия фазочастотных характеристик различных звеньев. ЦФ можно разделить на две группы: для измерения мгновенного значения сдвига фаз (ЦФМ) и для измерения среднего значения сдвига фаз (ЦФС).

Принцип действия ЦФМ заключается в преобразовании измеряемого сдвига между двумя синусоидальными или импульсными напряжениями во временной интервал и в измерении последнего цифровым способом. Фазовый сдвиг гармонических колебаний:

где период колебаний;  временной сдвиг между колебаниями. Структурная схема изображена на рисунке:

Исследуемые сигналы поступают на формирователии, которые вырабатывают импульсыи, соответствующие моментам перехода сигналов через нуль. Эти импульсы перебрасывают триггерТг, на выходе которого образуется импульс , длительностью, открывающий ключК на интервал времени , определяемый фазовым сдвигом. Количество импульсов сигнала, опорной частотыс генератора импульсовГИ, поступившее за это время на счетчик Сч:

, откуда: (6.16)

Из (6.16) видно, что при измерении фазового сигнала необходимо: или обеспечить постоянство частоты , т.е использовать фазометр на фиксированной частоте; или обеспечить постоянство отношения частот; или измерять значение частоты (периода)с последующим вычислением.

Имеется большое число схем ЦФ, обеспечивающих все три указанных принципа. Максимальная погрешность квантования при измерении фазы

пропорциональна частоте исследуемого сигнала. Основным недостатком ЦФМ фазовых сдвигов является ограниченность частотного диапазона со стороны верхних частот.

Для измерения параметров высокочастотных сигналов применяются ЦФС сдвига фаз. Временной интервал , соответствующий измеряемому сдвигу, усредняется фазометром не за один период исследуемых сигналов, а заn периодов в течение заданного времени. Такие ЦФ называются суммирующими или интегрирующими. ЦФС имеют частотный диапазон от сотен герц до сотен килогерц и погрешность измерения порядка 0.01%.

Все ЦИП, рассмотренные в 6.5, содержат одинаковые узлы: генератор образцовой частоты, формирователи, счетчик, ЦСОИ. Поэтому они часто строятся в виде универсального прибора, называемого электронно-счетный частотомер (ЭСЧ). Переключая элементы структурной схемы ЭСЧ, можно переводить его из одного режима измерения в другой. ЭСЧ делятся на низкочастотные и высокочастотные (до 10МГц), (до 150МГц).

6.6. Цифровые измерительные приборы для измерения постоянных напряжений и токов.

Для передачи измерительной информации на небольшие расстояния при дистанционных измерениях широко используются унифицированные сигналы в виде постоянного тока или напряжения. Многие физические величины преобразуются в постоянные напряжения и токи с высокой точностью и небольшими аппаратными затратами. В большинстве случаев передача измерительной информации постоянным током обеспечивает более высокую помехоустойчивость и меньшую зависимость от параметров линии связи, чем передача постоянным напряжением.

Используя ЦИП, осуществляют в основном непосредственное измерение постоянного напряжения. Измерение тока производится косвенным способом.

Такой преобразователь тока в напряжение очень прост. но имеет один существенный недостаток. Прибор для измерения тока должен иметь малое входное сопротивление, т.е должно быть малым сопротивление образцового резистора, что приводит к малым значениям напряжения . Для устранения этого недостатка используется схема преобразователя тока на основе операционного усилителяОУ. При достаточно большом коэффициенте усиленияОУ входное сопротивление преобразователя близко к нулевому значению, а выходное напряжение.

Цифровые вольтметры и АЦП в зависимости от способа преобразования напряжения в код делятся на приборы прямого и уравновешивающего преобразования. В свою очередь ЦВ прямого преобразования можно разделить на вольтметры временного, частотного и непосредственного преобразования напряжения в код.