35. Измерение мощности методом вольтметра.

Метод вольтметра, относится к электронным методам измерения . Общим для электронных методов является преобразование измеряемой мощности в пропорциональное ей напряжение постоянного или переменного тока и последующее измерение этого напряжения. Основным достоинством электронных методов является их малая инерционность, благодаря чему они используются для прямого измерения и .

Метод вольтметра заключается в измерении с помощью вольтметра напряжения на резисторе, который включается в качестве нагрузки на конце линии передачи. Так как нагрузка должна быть согласована с линией передачи, имеющей характеристическое волновое сопротивление W, то измеряемое значение может быть определено по показанию вольтметра с помощью формул:

, (3.5) при измерении среднего значения мощности , или

(3.6) при измерении импульсной мощности .

Детекторы соответственно должны быть среднеквадратического и амплитудного значений.

При практической реализации этого метода в ваттметрах основные трудности связаны с изготовлением и согласованием нагрузки и детектора вольтметра. Для расширения частотного диапазона детектор конструктивно объединяют с нагрузкой. При этом напряжение снимают либо со всего резистора (а), либо с его части (б), как показано на рисунке 3.5 а, б соответственно:

На практике применяют как полупроводниковые, так и вакуумные детекторы. Частотный диапазон преобразователей с вакуумными диодами ограничивается 2 ГГц. Полупроводниковые диоды в сочетании с пленочными ре­зисторами позволяют расширить частотный диапазон до 18 ГГц.

Рисунок 3.5 – Схематическое устр-во нагрузки и детектора элект-го ваттметра

Основными достоинствами метода вольтметра являются простота и высокая надежность ваттметров, а также возможность измерения малых и больших значений и . Недостатки метода: ограниченный частотный диапазон и низкая точность измерений. Погрешность измерения может достигать ±25 %.

36. Метод преобразования фазового сдвига во временной интервал. Неинтегр-ий цифровой фазометр.

Сущность метода заключается в преобразовании фазового сдвига между двумя гармоническими сигналами и , который необходимо измерить в пропорциональный ему интервал времени . Затем измеряется отношение к периоду сигналов . Математически это выглядит так:

и , т.е (5.9)

Суть преобразования наглядно поясняется следующими эпюрами (рис 5.4).

Рисунок 5.4 – Временные диаграммы, поясняющие метод преобразования → и работу фазометров

Если гармонические сигналы и (рисунок 5.4,а) с помощью формирующих устройств (аналогично как в ЦЧ) преобразовать в последовательности коротких импульсов и , соответствующие моментам перехода этих сигналов через ноль (рисунок 5.4,б; в соответственно), то полученный интервал времени между ближайшими импульсами одной полярности будет пропорционален (рисунок 5.4,г).

Как видно из рисунка 5.4,г, отношение может быть определено как постоянная составляющая периодической последовательности прямоугольных импульсов и легко измерена аналоговым или цифровым вольтметром. Если же необходимо преобразовать в цифровой код, то это также легко сделать с помощью селектора, управляемого импульсами . Таким образом во всех фазометрах (аналоговых и цифровых), реализующих этот метод, предусматривается образование из и периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью . Наиболее часто это на практике осуществляется с помощью триггеров и поэтому такие фазометры в технической литературе называют триггерными. На практике существуют и другие типы преобразователей. Более того, в практических схемах фазометров могут фиксироваться моменты переходов и через ноль не только в одном положительном направлении, но и в противоположном отрицательном (как на рисунке 5.4 б и в). Такие фазометры называются двухполупериодными. Это позволяет уменьшить погрешность измерения за счет искажения формы сигналов и .

Современные фазометры, реализующие этот метод преобразования в в подавляющем большинстве являются цифровыми (ЦФ). Все варианты схем ЦФ во многом аналогичны ЦВ, реализующим время-имипульсный метод преобразования. Среди них, как и среди ЦВ и ЦЧ, можно выделить

• неинтегрирующие ЦФ (измеряют мгновенное значение за один );

• интегрирующие ЦФ (измеряют среднее за время значение . Неинтегрирующие ЦФ

Упрощенная структурная схема однополупериодного неинтегрирующего ЦФ, реализующая алгоритм преобразования в в соответствии с выражением (5.9) имеет следующий вид (рисунок 5.5):

Рисунок 5.5 – Структурная схема однополупериодного неинтегрирующего ЦФ

С помощью УУ не только обеспечивается синхронная работа всех узлов, но и ограничивается время измерения значением .

Чтобы получить значение отношения измерение должно проводиться в два этапа: измерение (П в положении 1) и измерение (П в положении 2). При первом измерении на выходе селектора будет пачка импульсов (рисунок 5.4 д). Счетчик зафиксирует число импульсов в пачке с учетом (5.9)

(5.10)

где – период следования импульсов ГСИ.

Как видно из рисунка 5.4, д и полученного выражения (5.10) между и прямо пропорциональная связь и т.к. остальные величины постоянны, то можно получить значение .

(5.11)

Зачем же еще измерять и определять отношение? Это необходимо чтобы исключить зависимость от , так как выражение (5.11) справедливо только для , т.е. измерения можно проводить только на одной фиксированной частоте. При втором измерении

и (5.12)

Для вычисления после подстановки значения из (5.12) в (5.11) получаем окончательно:

(5.13)

Таким образом, рассмотренный ЦФ является фактически комбинированным прибором (фазометр-частотомер) и имеет существенные недостатки. Отметим основные способы устранения этих недостатков, позволяющие создавать прямоотсчетные неинтегрирующие ЦФ.

Первый способ виден из соотношения (5.13) и реализуется с помощью арифметического устройства, осуществляющего операцию деления и последующего умножения на 360°. Этапы измерения и можно совместить во времени за счет усложнения схемы ЦФ.

Второй способ имеет несколько схемных модификаций, но все они направлены на достижение кратности периодов и . Если в формуле (5.12) , где n=1,2,3,…, то получим прямоотсчетный ЦФ. Здесь возможны также два варианта:

• образование счетных импульсов с периодом следования

• образование счетных импульсов с периодом следования при одновременном увеличение времени измерения в раз.

В заключение отметим, что погрешность измерения при наличии помех возрастает, как и у неинтегрирующих ЦВ. Избавиться от этого можно применив интегрирующий ЦФ.