Вимірювання кута фазового зсуву з перетворенням його на струм чи напругу

Перетворення КФЗ на струм ілюструється на прикладі ключових схем фазочутливих випрямлячів – ФЧВ (рис. 4.2, а). Один з сигналів х₁ подається на вхід 1–1, другим сигналом х₂, що його зазвичай називають опорним (ще комутуючим, керуючим), змінюється за допомогою ключа S провідність вимірювального кола від G₀ до 0 (рис. 4.2, б). Залежність вихідного сигналу від часу показано на рис. 4.2, в. При застосуванні згладжувального фільтра постійна складова вихідного сигналу І₀ буде рівною:

І

Рисунок 4.2 - Вимірювання КФЗ шляхом перетворення на напругу чи струм.

₀=CX_1m G₀ cos φ, (4.4)

де С – постійний коефіцієнт; X_1m – амплітуда сигналу х₁. Як бачимо, струмовий вихідний сигнал пропорційний до амплітуди вхідного сигналу х₁, косинусу КФЗ і не залежить від амплітуди опорного сигналу. Тому за опорний сигнал використовують менш стабільний з двох вхідних сигналів за амплітудою сигнал з попереднім підсиленням і обмеженням. Амплідуду іншого вхідного сигналу X_1m слід підтримувати постійною. Чутливість ФЧВ

(4.5)

залежить від КФЗ; вона максиальна при φ=90˚ і наближається до нуля при φ=0 і φ=180˚, тому такий ФЧВ зазвичай використовують в діапазоні 30˚<φ<150˚.

Основними джерелами похибок фазомірів з ключовими ФЧВ є зміна параметрів кола під впливом дестабілізуючих факторів, непостійність амплітуди вхідного сигналу, похибка відлікового пристрою, похибка градуювання і відхилення нуля.

Вимірювання кута фазового зсуву з перетворенням його на код

Ці методи грунтуються на перетворення КФЗ в інтервал часу і заповненні отриманого інтервалу часу імпульсами відомої частоти. Фазометри, побудовані на цьому методі, містять перетворювач КФЗ на інтервал часу (ПФЧ) і автоматичний пристрій перерахунку числа імпульсів в значення КФЗ.

ПФЧ ділять на тригерні і перетворювачі з перекриттям. Обидва типи можуть бути виконані як по однопівперіодній, так і по двохпівперіодній схемах.

В

Рисунок 4.3 - Однопівперіодний тригерний ПФЧ.

найпростішому однопівперіодному пристрої (рис. 4.3) досліджувані напруги u₁ і u₂ подаються на входи формувачів Ф1 та Ф2, які при переході напруги від від’ємної до дотатньої формують імпульси u’₁ і u’₂, що надходять на вхід тригера Т. На вході тригера отримуємо імпульс, тривалість котрого пропорційна до КФЗ:

, (4.6)

де Т – період вхідного сигналу. Недоліком однопівперіодних тригерних перетворювачів є залежність показів прилада від наявності постійної складової вхідного сигналу, наявності парних гармонік та ін.

Н

Рисунок 4.4 - Найпростіший фазометр з перетворенням КФЗ на код.

айпростіший фазометр з перетворенням КФЗ в код за один період досліджуваної напруги (рис. 4.4) складається з перетворювача ПФЧ, схеми співпадіння СС, генератора квантуючих імпульсів Г та лічильника Ліч. КФЗ між напругами u₁ і u₂ перетворюється на сигнал ш₃ тривалістю t_φ, який надходить на схему СС. На виході схеми співпадіння отримуємо імпульси, число N котрих пропорційне до t_φ, тобто КФЗ:

N= t_φ/T₀, (4.7)

де Т₀ – період квантуючих імпульсів. Пам’ятаючи, що , цей вираз можемо переписати у вигляді:

. (4.8)

При номінальному значенні КФЗ φ_ном=360˚ число імпульсів N_ном, підраховане лічильником, визначається виразом

N_ном=Т/Т₀. (4.9)

При φ_ном=360˚ максимальна похибкка від квантування буде рівною

. (4.10)

Нижня робоча частота фазометра необмежена, а верхня обумовлюється похибкою квантування:

. (4.11)

Тут f₀ – частота квантуючих імпульсів. При f₀=100 МГц і δ₀=0,05˚ значення f_max=14 кГц.

Фазометри даного типу мають найвищу швидкодію.