5. Цифровые фазометры

Компенсационные фазометры

Принцип работы: одно из двух синусоидальных напряжений, в данном случае U₂, поступает на фазовращатель ФВ, управляемый кодом с УУ. Фазовый сдвиг напряжения U₃ относительно U₂ изменяется до тех пор, пока U₁ и U₃ не будут синфазны. В процессе уравновешивания в знак фазового сдвига между U₁ и U₃ определяется с помощью фазочувствительного детектора ФЧД, выходной сигнал которого поступает на устройство управления УУ. Алгоритм уравновешивания соответствует кодоимпульсному методу. По окончанию уравновешивания код на входе ФВ выражает фазовый сдвиг между U₁ и U₃ и, соответственно, U₁ и U₂.

Компенсационный метод обладает высокой точностью, но реализуется в ручном режиме.

Применяются для измерения фазового сдвига.

Методы измерения фазы классифицируются:

Измерение фазы за один период

Принцип работы: входные синусоидальные напряжения преобразуются с помощью формирователей F₁ и F₂ в прямоугольные импульсы. После элемента И₁ образуются прямоугольные импульсы длительностью

Дt=ц/щ=ц/(2р*f)

Импульсы опорной частоты f₀ от генератора G проходят через элемент И₂ на счетчик СТ в течение интервала времени Дt, тогда количество импульсов

N= Дt/T= Дt*f₀

Код числа N поступает на ЦОУ. Сброс счетчика происходит через период. Из полученных выше формул получим:

в радианах

N= f0* ц/(2р*f) (1);

в угловых градусах

N= f₀* ц/(360⁰*f) (2).

Выражение (1) и (2) выявляют существенный недостаток фазометра по приведенной выше схеме. Недостатком является связь между N и ц, зависящая от частоты измерения. Это означает, что либо такой фазометр можно применять при фиксированной частоте f, либо измерение ц должно сопровождается измерением частоты или периода.

Пусть например будет измеряться период Т. При измерении Дt (временной интервал) получим число

N_Дt= Дt*f₀= ц*f₀/(360*f)

При измерении Т получим число импульсов

N_Т=Т*f₀=T/T₀;

ц=360* N_Дt /N_T.

Как видим в данном случае результат измерения не зависит от f и f₀.

Измерение фазы за много периодов

По сравнению с первой схемой здесь введен делитель частоты и логический элемент И₃. Теперь на счетчик поступают пачки импульсов, причем количество импульсов в каждой пачке определяется выражением

N=ц*f₀/(2р*f)=ц*f₀*f/360⁰.

Пачки проходят в течении интервала времени Дt_у, который задается генератором G и делителем частоты:

FR, т.е. Дt_у=k*T₀/2=k/(2*f₀),

где k - коэффициент деления частоты. В таком случае количество пачек импульсов будет равно:

m= Дt_у/T= Дt_у*f=k*f/(2*f₀).

Если m>>1, то можно пренебречь тем, что на границах Дt_у могут оказаться неполные пачки и считать, что общее количество импульсов, прошедших на счетчик, будет равно N_у=m*N

Так как m= k*f/(2*f₀),

то N=f₀*ц/(360⁰*f),

тогда N_у=k*ц/720⁰

- это выражение определяет результат измерения фазового сдвига.

Выбор значений k из условия k=720⁰*10^а обеспечивает соотношение

N_у=10^а*ц, т.е. ц=N_у*10^-а=g*N_у,

где а может принимать значения 0; 1; 2 и т.д.