Цифровые методы измерения фазовых сдвигов: временные диаграммы и упрощенная структурная схема фазометра среднего значения. Показатели точности.

Метод дискретного счета (более точное название — цифровой метод измерения фазового сдвига), используемый в цифровых фазомет-рах, включает две основные операции:

• преобразование фазового сдвига в соответствующий интервал вре- мени;

• измерение интервала времени методом дискретного счета. Рассмотрим реализацию метода дискретного счета в простейшем

цифровом фазометре (рис. 8.8, а), в состав которого входят преобразователь Δφ→Δt искомого фазового сдвига Δφ в интервал времени Δt, временной селектор ВС1, генератор счетных импульсов ГИ, счетчик СЧ и цифровое отсчетное устройство ЦОУ.

Устройство и принцип действия преобразователя Δφ→Δt рассмотрены в разделе 8.4. Временной селектор представляет собой ключевую логическую схему. Генератор счетных импульсов состоит из кварцевого генератора гармонических колебаний стабильной частоты и схемы формирования

импульсов.

Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобразователь Δφ→Δt из подаваемых на его входы синусоидальных сигналов u1 и u2, имеющих фазовый сдвиг Δφ, формирует последовательность прямо- угольных импульсов u3 (рис. 8.8, б), имеющих длительность Δt и период повторения Т, равные соответственно сдвигу во времени и периоду сигналов u1 и u2

Импульсы u3, а также счетные импульсы u4, вырабатываемые генератором ГИ, подаются на входы временного селектора ВСІ. Данный селектор открывается на время, равное длительности Δt импульсов u3, и в течение этого времени пропускает на выход импульсы генератора u4. При этом на выходе селектора ВСІ формируются пакеты импульсов u5, следующие с периодом Т.

За один период повторения T сигналов u1 и u2 на счетчик СЧ с выхода селектора поступает количество импульсов, содержащееся в одном паке-те и равное

n= Δt/T0, (8.12)

Подставляя в (8.12) соотношение для Δt, из (8.3) находим выражение для измеряемого фазового сдвига сигналов u1 и u2:

(8.13)

Δφ = n360°·T0/T.

К одовый сигнал со счетчика, пропорциональный фазовому сдвигу Δφ, подается на цифровое отсчетное устройство, показания которого выдаются в градусах.

Погрешность данного цифрового фазометра определяется пог-решностью дискретности и аппаратурной погрешностью.

Структурная схема цифрового фазометра среднего значения представлена вместе с поясняющими эпюрами на рис. 8.9. Она отличается от схемы (см. рис. 8.8, а) рассмотренного выше фазометра наличием второго временного селектора ВС2 и формирователя импульсов ФИ.

Принцип работы фазометра удобно анализировать, выделяя в нем функционально законченные устройства, из которых два первых рас- смотрены выше.

В фазометре (рис. 8.9, а) генератор ГИ и исследуемые сигналы u1 и u2 не имеют взаимной синхронизации. Поэтому возможно изменение номинального числа счетных импульсов n в одном пакете на ±1 импульс (погрешность дискретности), а также потеря части пакета в пределах интервала времени Тк, что и является причинами погрешности фазометра. Анализ этой погрешности показывает, что ее максимальная величина равна 90°/(/Тк), где f - частота исследуемых сигналов. Следовательно, если f — минимальная частота сигналов u1 и u2, то погрешность фазометра можно уменьшить за счет увеличения времени измерения Tк.

Наряду с указанными причинами на погрешность показаний фазометра влияет неточность фиксации формирователями Ф1 и Ф2 моментов перехода сигналов u1 и u2 через нулевой уровень, отличие этих сигналов от синусоидальной формы, а также влияние шумовых помех на преобразование фазового сдвига в интервал времени. Однако погрешности от этих причин снижаются путем усреднения результата измере-ния за интервал времени Тк, значительно больший периода исследуемых сигналов Т.

Погрешность измерения цифрового фазометра указывается в его паспорте.

Частота резонансного контура определялась косвенным методом, по известной емкости и индуктивности: индуктивность 50мкГн, ее погрешность 10пФ. Определить относительную и абсолютную погрешность в определении частоты.

19)

Классы точности измерительных приборов. Определение максимально возможной абсолютной погрешности прибора в любой точке шкалы прибора по указанному в документации классу прибора. Необходимо отметить, что в ГОСТе дается следующее определе­ние класса точности: «Класс точности средства измерения — обоб­щенная характеристика СИ, определяемая пределами допускаемых основных и дополнительных погрешностей, а также другими свойст­вами СИ, влияющими на точность, значения которых устанавливают в стандартах на отдельные виды средств измерений». Есть в данном документе и такое примечание: «Класс точности средств измерений характеризует их свойства в отношении точности, но не является не­посредственным показателем точности измерений, выполненных с помощью этих средств». Классы точности измерительных приборов, пределы допускаемой основной погрешности которых принято выражать по формуле (2.81) (т.е. в виде дольного значения предела допускаемой основной погрешности), обозначают числами с и d (в процентах), разделяя их косой чертой (например, 0,05/0,02).

При нормировании допускаемой абсолютной основной погреш­ности классы точности обозначают прописными буквами латинского алфавита или римскими цифрами. При этом более высоким классам точности соответствуют начальные буквы алфавита или меньшие числа.

П равила и примеры обозначения классов точности измерительных приборов приведены в табл.

Для разных способов нормирования погрешностей средств измере­ний вычисления погрешностей различны. Рассмотрим характерные слу­чаи и примеры к ним.

1. Класс точности прибора указан буквой р. Тогда согласно (2.82) аб­ солютная погрешность результата измерения Δ = ±рхк/100. Пусть класс точности используемого вольтметра 1,0. Проводилось измерение напря­ жения в точке х = 1 В на пределе измерения хх = 10 В. Тогда относитель­ ная погрешность результата измерения

Класс точности используемого вольтметра указан как c/d. В этом случае удобнее вычислить относительную погрешность результата изме­рения по формуле, а затем найти абсолют­ную погрешность как Δ = δnp x/100. а.