Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 35
Текст из файла (страница 35)
7.13) обеспечивает временнбе разрешение порядка десятых долей наносекунды. Работу нониусного измерителя поясним на примере измерения интервала 'времени Т„между двумя импульсами (рис. 7.13, б). Под воздействием входных сигналов и~(1) и и»(1) формирующие устройства прибора вырабатывают два импульса (опорный и интервальный), соответствующие началу и концу измеряемого интервала Т . Опорный импульс запускает основной генератор счетных импульсов (период Т») и одновременно через триггер открывает селекторный каскад 1.
С этого момента начинается счет импульсов основного генератора. Соответственно интервальный импульс, воздействуя на триггер, закрывает селекторный каскад 1, фиксируя тем самым целое число Ф„импульсов, поступивших на основной счетчик. Очевидно, что значение измеряемого интервала Т, можно представить в виде Т,=И„Т +И, (7.14) импульсов флуктуируют относительно их средних значений. При большом числе п„это приводит к ложным совпадениям. Аналогичное влияние оказывает нестабильность начальной фазы генератора нониусных импульсов.
Перечисленные факторы ограничивают предельную точность измерений. Глава З ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗОВОГО СДВИГА $8.1. Осциллографические измерения Понятие фазы связано с гармоническими (сннусоидальными) колебаниями; фаза характеризует гармонический процесс в рассматриваемый момент времени. Фазой напряжения и=(У, з(п (аг+~р) является весь аргумент синусоидальной функции; величину ~р называют начальной фазой. Для двух гармонических колебаний с р а з н ы м и частотами а,=и а(п ( ,г + Р,), =-К, з)п ( а1+М разность фаз АР=(, —,) г+ й — 9,- (81) Эта величина является линейной функцией времени. В практике радионзмерений обычно решают задачу измерения разности фаз двух гармонических колебаний с рави ым и частотами. При этом разность фаз равна разности начальных фаз: (8.2) дт=% — Ев.
Модуль этой величины называют ф а з о в ы и с д в и г о м. Для негармонических колебаний понятие фазового сдвига заменяют понятием сдвига во времени. В этом случае измеряют время задержки. Способы измерения фазового сдвига многообразны„некоторые рассматриваются ниже. Широкое распространение получили осциллографические способы, при которых исследуемые колебания подают на электронно-лучевую трубку или осциллограф. Фазовый сдвиг определяют по измеренным параметрам изображения на экране. Рассмотрим некоторые из них.
Измерение по осциллограммам исследуемых напряжений. Два колебания можно наблюдать одновременно на экране двухлучевого осциллографа или однолучевого, на входе которого включен электронный коммутатор. Измеряют отрезки аЬ и ас (рис. 8.1). Фазовый сдвиг рассчитывают по формуле т=' — '360~. (8.3) лс б — 1928 Рнс. 8Л.
Измерение фазового сдвига по оспнллограммам напряжений Рнс. 8.2. Измерение фазового сдвига способзм зллнпса Мгновенные отклонения луча на экране по осям х и у равны л= Ьлпз=Х згп сзг, (8.4) Ц=Ьлпг=)'з(п (мФ+~р), где Х=Ь„(/ з и У=Ьв(/ 1 — амплитуды отклонений. Электронный луч вычертит на экране осциллографа эллипс (рис. 8.2). Будем считать, что Х= У. Это условие легко выполнить. Исследуемые напряжения поочередно подают на входы каналов вертикального и горизонтального отклонений осциллографа.
Регулируя коэффициенты усиления каналов, добиваются равных отклонений луча. Если Х= У, измеряемый фазовый сдвиг связан с размерами эллипса соотношением 18ср/2= А/В, где А — малая,  — большая оси эллипса. Таким образом, необходимо определить размеры А и В; фазовый сдвиг у=2 агс(н(А/В).
(8.5) При измерении фазового сдвига с помощью осциллографа возможны ошибки за счет неодинаковых фазовых характеристик усилителей каналов У и Х. Предварительно следует отрегулировать измерительную схему. Для этого одно из исследуемых напряжений, например иь подают на вход У непосредственно, а на вход Точность этого способа невысока. Погрешность зависит от ряда причин: неточности измерении длин отрезков, ошибки при определении положения оси времени, нелинейности развертки. В целом погрешность измерения составляет обычно ~10'.
Измерение способом эллипса. Пусть измеряется фазовый сдвиг между напряжениями и,=П, 81п (мФ+ср), иа — — Сl„з з(п мр. Напряжение и1 подают на У-вход, а напряжение из — на Х-вход осциллографа (генератор развертки при этом не используют). Х вЂ” через фазовраи(атель — четырехполюсник с регулируемым сдвигом фазы между входным и выходным напряжениями.
С помощью фазовращателя компенсируют дополнительный фазовый сдвиг. При этом на экране осциллографа будет наклонная прямая линия. При измерениях настройку фазовращателя не меняют, Измерение способом полуокружности. Этот способ позволяет измерять фазовый угол в пределах -+.180' с указанием знака (рис. 8.3). 1) = б б) с)) е) Рис.
8.3. Измерение фазового сдвига способом полуонружностн: о — скема измерительное устаневкиз б — ссцилле~рамма без нанрлыении нт;.а — е — ссцил- легранмы при разлнанык Еазевык снвнгак Измерительная схема показана на рис. 8.3, а. Напряжение из подают на вход У осциллографа через однополупериодный выпрямитель, а на вход Х вЂ” через 90-градусный фазовращатель. Регулировкой усиления в каналах Х и У добиваются равных отклонений луча по осям у и х. Напряжение ин подают на вход У осциллографа. При отсутствии модуляции яркости (из=0) на экране электронно-лучевой трубки будет изображение полуокружностн (рис. 8.3, б).
При модуляции яркости напряжением из осциллограмма имеет следующий вид: 1) при ср=О видна дуга полуокружности (рис. 8.3, в); 2) при положительном фазовом сдвиге видна левая часть полуокружности (рис. 8.3, г); при отрицательном фазовом сдвиге осциллограмма имеет вид, показанный на рис. 8.3, д; 3) при )р=~180' виден диаметр, дуга полуокружности затемнена (рис. 8.3, в). При измерении фазового сдвига данным способом удобно использовать прозрачный транспортир, помещенный перед экраном осциллографа.
Измеряемый фазовый угол отсчитывают по делениям транспортира. Способом полуокружности можно достигнуть . более высокой точности, чем способом эллипса. Кроме того, полу- чают, прямой отсчет фазового угла с указанием знака. 5 8.2.
Компенсационные измерения Рассмотрим один из способов, реализующий компенсационный (нулевой) метод измерений, являющийся разновидностью метода сравнения (см. гл. г). Сущность его заключается в сравнении измеряемого фазового сдвига с фазовым сдвигом, создаваемым измерительным фазовращателем. Структурная схема измерительной установки приведена на рис. 8.4, а. С помощью фазоврагцателя изменяют фазу одного из исследуемых напряжений, например иь так, чтобы фазовый сдвиг между напряжениями иа' и из па входах индикатора равенства фаз был равен нулю. При этом фазовый сдвиг между напряжениями и1 и их равен фазовому сдвигу, создаваемому измерительным фазовращателем: ~р=срф.
гг а) зм Рнс. 8.4. Измерение фазового сдввта: а — структурная схема измерительной устаноакн: Š— схемы фазоарансателей В качестве индикатора равенства фаз удобно использовать осциллограф. В случае однолучевого осциллографа напряжения иа' и из подают на У- и Х-входы; на экране осциллографа появляется эллипс. Изменяя фазовый сдвиг срйм преобразуют эллипс в прямую линию с углом наклона а<90'. В соответствии с формулой (8.5) фазовый сдвиг между напряжениями и~' и ий при этом равен нулю. До начала измерений необходимо устранить неодинаковость фазовых сдвигов в каналах У и Х осциллографа. Для этого используют дополнительный (не градуированный) фазовращатель, включенный в один из каналов.
Настройку измерительной схемы производит способом, описанным в 8 8.2. Погрешность измерения фазового сдвига компенсационным методом определяется в основном погрешностью градуировки измерительного фазовращателя. В качестве простейших фазовращателей используют различные варианты мостовых схем (рис. 8.4, б). Для Т-моста при С|=Са=С фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями <рт=агс(81/(ат1тС). В случае четырехплечего моста с Лт=тта=гтз и Ст=Св=С фазовый сдвиг <р = =2 агс1я го)т'С. Недостатком большинства фазовращателей (в том числе приведенных схем) является сильная зависимость фазового сдвига от частоты.
Градуировку их выполняют на заданной частоте; погрешность градуировки лежит в пределах от десятых долей до нескольких градусов. Рис. 8.5, Измерение фазового сдвига с помощью фазового детектора: а — схема фазового детевтора; 6 — зависимости иаприжеииа от фазОвого сдвига Процесс измерения фазового сдвига данным способом поддается автоматизацви; объектом ее является измерительный фазовращатель. Соответствующие фазометры называют а в т о к о м и е нсационным и.
$ 8.3. Фазометры с преобразованием фазового сдвига Приборы для фазовых измерений могут содержать преобразователи — схемы, вырабатывающие электрические сигналы, параметры которых функционально связаны с измеряемым фазовым сдвигом. Рассмотрим устройство таких фазометров. Фазометр с фазовым детектором (рис. 8.5). Одна из схем фазового детектора приведена на рис. 8.5, а. Напряжения из и ив, между которыми измеряют фазовый сдвиг гр, преобразуют фазовым детектором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
