Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 36
Текст из файла (страница 36)
На выходе его включают магнитоэлектрический вольтметр, измеряющий постоянную составляющую напряжения между точками а и б. Будем считать, что детекторы идентичны и работают в режиме линейного детектирования, резисторы )т' и Йв, )тз и 1т'а попарно равны, а амплитуды напряжений находятся в соотношении 0 и=2ст' з. НапРЯжение междУ точками а и б Равно разности напряжений ивз и ива (рис. 8.5, а) и характеризуется кривой Уг.
Если амплитуды напряжений поддерживать постоянными, шкалу вольтметра можно проградуировать непосредственно в значениях фазового угла. С помощью фазового детектора получают погрешность измерений около 2 — 3'. Погрешность зависит 165 от выполнения условий, накладываемых на параметры схемы и амплитуды исследуемых напряжений, от стабильности этих величин во времени, чувствительности вольтметра и пр. Фазометр с преобразованием фазового сдвига во временной интервал (рис. 8.6). Исследуемые напряжения и~ и из преобразуют в периодические последовательности коротких импульсов из, не (рис. 8.6, а). Измерение фазового сдвига сводится к измерению интервала времени стг между этими импульсами, так как <р =360'аг/Т.
(8.6) Фазометр (рис. 8.6, б) содержит входные цепи н формирующие устройства, каждое из которых состоит из усилителя-ограничите- ! ~! 1[ Ы ° Рис. 86, Фазометр с преобразованием фазового сдвига во вре- менной интервал: а — графики неприменна: б — Функциональная схема Фааоиегра ля, дифференцирующей цепи и ограничителя, пропускающего импульсы одной полярности, например положительной. С выходов формирующих устройств напряжения поступают на триггер.
В коллекторную цепь одного из транзисторов этой схемы включают магнитоэлектрический миллиамперметр. С выхода формирующего, устройства поступает импульс, который переводит триггер из одного устойчивого состояния в другое. Через измерительный прибор течет ток! . Через интервал времени М приходит импульс с другого формирующего устройства и возвращает триггер в исходное состояние. Ток через прибор прекращается. Этот процесс повторяется во времени.
Период повторения импульсов тока равен периоду исследуемых напряжений. Магнитоэлектрический прибор покажет среднее значение тока: ас У =У с и С учетом (8.6) получаем асср ч = — 360'. (8.7) Так как амплитуда тока 1 постоянна, сила тока асср пропорциональна углу ~р. Миллиамперметр можно проградуировать непосредственно в градусах. а! Рис. 8.7. Измерение фазового сдвига цифровым спосо- бом: а — структурная схема; б — графики напряжений Погрешность измерения фазового сдвига рассматриваемым фазометром определяется следующими факторами: погрешностью измерения среднего значения тока; нестабильностью напряжения питания триггера, случайными погрешностями при измерениях.
$8.4. Цифровые фазометры Цифровой способ измерения фазового сдвига включает две основные операции: 1) преобразование фазового сдвига в интервал времени; 2) измерение интервала времени методом дискретного счета. Поэтому цифровые фазометры близки с цифровым измерителям интервалов времени. 167 Структурная схема простейшего цифрового фазометра (рис. 8.7, а) состоит из двух одинаковых формирующих устройств, триггера, времеинбго селектора, генератора счетных импульсов, счетчика импульсов и цифрового отсчетного устройства. Графики напряжений и~ — иг показаны на рис. 8.7, б. Структура формирующих устройств рассмотрена в 9 8А. Временной селектор представляет собой ключевую логическую схему.
Генератор счетных импульсов состоит из схемы формирования импульсов и генератора гармонических колебаний стабильной частоты. Фазометр работает следующим образом. В формирующих устройствах напряжения и~ и и~ преобразуются в прямоугольные импульсы, которые затем дифференцируются и ограничиваются сверху (или снизу). В результате на триггер подаются короткие импульсы, соответствующие началу каждого периода напряжений и~ и и,.
Импульсы, соответствующие напряжению ии включают триггер, а импульсы, соответствующие напряжению иэ, его выключают. На выходе триггера формируются прямоугольные импульсы с длительностью М, пропорциональной измеряемому фазовому сдвигу. Эти импульсы подают на временной селектор, на который поступают также счетные импульсы.
На выход селектора счетные импульсы проходят только в течение времени И. Количество импульсов, поступающих на счетчик за один период исследуемых напряжений, (8.8) где Т, — период счетных импульсов. Для удобства пользования прибором желательно, чтобы число Й соответствовало фазовому сдвигу в градусах (или долях градуса). Рассмотрим условия, при которых это имеет место. Подставим значение интервала времени И из формулы (8.6) в формулу (8.8): (8.9) Для того чтобы число )У соответствовало фазовому сдвигу в градусах (или долях градуса), необходимо выполнить условие Т/Т„=86.10~", (8.10) где А=О, 1,2, .... Выполнить условие (8.10) можно следующими способами: 1) подбирая частоту следования счетных импульсов; 2) преобразуя частоту исследуемых напряжений в фиксированную частоту, отвечающую этому условию. Недостатком первого способа является снижение точности установки периода счетных импульсов Т„ что приводит к дог)олнительиым погрешностям.
При втором способе схему дополняют двумя преобразователями частоты, включенными на входе формирующих устройств. Преобразователи должны иметь общий гетеродин. В этом случае фазовые соотношения при преобразовании частоты не нарушаются. В обоих случаях схему на рис. 8.7, а необходимо дополнить устройством, контролирующим выполнение условия (8.10). Таким устройством может быть цифровой частотомер, с помощью которого измеряют частоту исследуемых напряжений и частоту следования счетных импульсов. ит и~ Рнс. 8.8. Цифровой фанометр е усреднением а — структурная схема; б — гра$ики напряжений Погрешность рассмотренного фазометра определяется погреш.
постыл дискретности и аппаратурной погрешностью. Погрешность дискретности появляется в связи с тем, что интервал времени М можно измерить с точностью до одного периода счетных импульсов. Поэтому относительная погрешность дискретности ач,~т=+ т,!<ит,)=+ Чк. Аппаратурися погрешность определяется нестабильностью времени срабатывания триггера, различными уровнями срабатывания схем формирования и др.
Снизить погрешности можно путем усреднения результатов отдельных измерений за промежуток времени, достаточно большой по сРавнению с периедом исследуемых колебаний. для этой цели используют фазометры среднего значения. Рассмотрим структурные схемы таких фазометров. 169 Структурная схема фазометра с усреднением показана на рис.
8.8. Она отличается от структурной схемы на рис. 8.7, а тем, что в нее введены делитель частоты и второй временной селектор. Графики напряжений и,— иа для различных точек схемы показаны на рис. 8.8, б. С помощью делителя частоты формируют импульс цикла измерения 1н=И То где йн — коэффициент деления частоты. Поступающие с делителя частоты на второй временной селектор импульсы длительностью 1„открывают его для Иумераигаьнагн ааааа и, Рис. 8.9. Цифровой фаао- метр е коммутацией: а — струнтурна» схема; б— грае™нхн непременна прохождения счетных импульсов в течение цикла. За это время на счетчик поступит Мм ЦТ групп импульсов.
Общее число подсчитанных импульсов составит Мгг', где Ф вЂ” среднее число импульсов в группе: — — =й, =гр — -" . анаха г аа ар «аеа (8.11) т т„~~ т 360' Из соотношения (8.11) следует, что при коэффициенте деления й„=36 10н счетчик показывает фазовый сдвиг в градусах илн десятичных долях градуса, причем результат измерения не зависит от частоты исследуемых напряжений. Случайная погрешность при измерении фазового сдвига по схеме на рис.
8.8, а уменьшается. Это связано с тем, что результат измерений находят как среднеарифметическое из М отдельных измерений. Структурная схема фазометра с коммутацией приведена на рис. 8.9, а. Она позволяет устранить погрешность за счет не- идентичности порога срабатывания формирующих устройств. Схе- ма на рис. 8.9, а состоит из двух каналов: иамерительного и опорного. Измерительный содержит электронный коммутатор, к которому подводят исследуемые напряжения, и цепь, обеспечивающую сдвиг фазы на некоторый угол а. Счетчик импульсов реверсивного типа может производить как сложение, так и вычитание импульсов. Рассмотрим работу фазометра при условии, что формирующие устройства идентичны и не вносят погрешности.
Измерение происходит в течение двух полуциклов, длительность которых много больше периода исследуемых напряжений. Во время первого полуцикла электронный коммутатор подключает к измерительному каналу напряжение иь Это напряжение сдвигается по фазе на угол а и преобразуется в короткие однополяриые импульсы с периодом Т. Напряжение и2 подается на формирующее устройство опорного канала и также преобразуется в короткие импульсы с периодом Т. С помо1цью триггера формируются прямоугольные импульсы с длительностью Ыь пропорциональной сумме фазовых сдвигов, измеряемого ~р и дополнительного сс д(,= .
И+а). Т. 360'. (8.12) В течение второго полуцикла в измерительный канал поступает напряжение и2, которое также получает фазовый сдвиг на угол а. Триггер формирует прямоугольные импульсы, длительность которых пропорциональна углу гп Т Мз = — а. 360' (8.18) 171 Интервалы времени М и Л12 заполняются импульсами, поступающими'от генератора счетных импульсов.. В данном фазометре используют р евер си иный счетчик импульсов. В первом полуцикле счетчик суммирует импульсы, которые на него поступают.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
