Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [ 111 ] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

рения для цифровых измерительных преобразователей fx и Тх автоматических измерительных систем и автономных универсальных цифровых измерителей fx и Тх с микропроцессорами является обязательным .

Автоматизация выбора предела измерения fx и Тх, разбитого на поддиапазоны, решается:

при измерении fx определением числа периодов неизвестной частоты N за заданный интервал времени Тз и сравнением с предельными заданными числами /V,- для каждого из поддиапазонов, а затем определяется искомый диапазон, для - которого удовлетворяются следующие условия:

Ni - N<:0 и Ni - N = min,

N = fxTs-,

при измерении Тх определением числа периодов N сигнала с заданной частотой /з за интервал Тх и сравнением N с предельными числами Nt для каждого из поддиапазонов. Затем определяется искомый диапазон, для которого удовлетворяются следующие условия

N{ - N:> HNi - N = min,

N = Txfs.

Описанный способ автоматического выбора предела измерения требует затраты определенного времени и неудобен в том случае, если fx или Тх быстро изменяются. В этих случаях применяют схемы, одновременного с измерением выбора предела измерения [14].

Цифровые фазометры сопоставления

Основная погрешность аналоговых электронных фазометров обычно не меньше Г, а время измерения составляет 3...4 секунды. В связи с широким развитием фазовых методов исследований особенно при повышенных и высоких частотах, была поставлена задача повышения точности фазовых измерений. Эта задача решена с помощью цифровых фазометров.

Цифровые фазометры применяются для измерения мгновенного или среднего сдвига фаз между двумя синусоидальными напряжениями или между двумя последовательностями электрических импульсов с одинаковой частотой следования. Такие приборы используются для определения фазовых соотношений в различных четырехполюсниках, снятия фазочастотных характеристик в широком диапазоне, исследования различных импульсных приборов и устройств, для измерения выходных величин различных измерительных преобразователей с фазовым выходом и устройств с фазовой модуляцией. Такие устройства применяются для измерения расстояний, малых углов поворота, разностей электрических потенциалов и других величин.

Цифровые фазометры сопоставления измеряют мгновенный или средний за время Т сдвиг фаз по значению промежутка времени между



моментами прохождения соответствующих фронтов синусоид или импульсов через нулевые значения, в них используется преобразование фазы в напряжение или интервал времени.

В цифровых фазометрах с преобразованием фазы в напряжение импульсы в моменты п перехода входных напряжений через нулевые значения направляются из общих входных каналов в триггер, который формирует импульс с длительностью tx, пропорциональной сдвигу фаз фх. Амплитуды этих импульсов ограничиваются в ограничителе до заданного постоянного уровня (рис. 8.11, г). Тогда на выходе фильтра низких частот получают постоянное напряжение

пропорциональное измеряемому сдвигу фаз. Напряжение Ывих преобразуется в код, числовое значение которого равно измеряемому сдвигу фаз.

В цифровых фазометрах с преобразованием фаза-время число преобразований меньше и возможно достижение более высокой точности. Поэтому в дальнейшем подробнее рассмотрим цифровые фазометры с преобразованием фаза-время.

При искаженной форме кривых исследуемых напряжений временные промежутки между моментами перехода через нулевые значения могут не соответствовать измеряемому сдвигу фаз между первыми гармониками. В этом случае в показаниях цифровых фазометров возникают значительные погрешности.

Влияние высших гармоник на изменение tx, интервала времени между моментами перехода через нуль первых гармоник сигнала зависит от амплитуды и номеров высших гармоник.

Погрешности от высших гармоник Афв и Дфв из-за сдвига моментов перехода через нулевые значения положительных полуволн сигналов Wj и 2 однополупериодном фазометре могут быть определены из следующих соотношений:

ui sin {Ш + ДфО = Ц Uj.sin [i (со + Аф) + ф/]; (8.10)

sin (со + А/в) = S ш sin [i(&t + Дф) -f- if/]. 1=1

Суммарная погрешность

А/е = А/в-А/в.

В биполярном фазометре интервалы tx за период определяются дважды и выходным информативным параметром является их полусумма

хс х\ + ж/-

В этом случае погрешности от влияния четных гармоник и постоянной составляющей взаимно компенсируются. Обычно амплитуды и фазы высших гармоник неизвестны, а искажения сигнала высшими гармониками оцениваются коэффициентами нелинейных искажений



ita.H- Максимальное значение погрешности А/в max (вероятность появления которой очень мала) можно определить, в предположении равенства всех амплитуд высших гармоник, по значению по следующей формуле:

А/в max = н. и - 1.

где п - число высших гармоник.

Амплитуды и фаза высших гармоник являются случайными величинами, поэтому выражение (8.10) рассматривается как сумма случайных величин, каждая из которых распределена по следующему закону:

р{щ) = lV\ +(u,/u,nY.

В [36] приведены законы распределения суммарной погрешности от влияния одной, двух и трех высших гармоник. При увеличении числа гармоник увеличивается максимальное значение суммарной погрешности и уменьшается вероятность появления больших погрешностей.

При необходимости из.мерения сдвига фаз между двумя сигналами с искаженной формой в полосе частот и нецелесообразности применения аналоговых фильтров, применяются корреляционныефазометры с замкнутой и разомкнутой схемами, а также фазометры с ортогональной обработкой сигнала [361. Основной функцией таких устройств является операция перемножения входных сигналов, либо на гармонический сигнал с последующей обработкой результата.При этом все операции могут быть выполнены как"в аналоговой, так и в цифровой форме.

Цифровые фазометры мгновенного сдвига фаз

В этих приборах (рис. 8.11,с) мгновенные значения сдвига фаз определяются по промежутку времени между моментами прохождения передних или задних фронтов синусоид через нулевое значение в пределах одного периода. Формирователи управляющих импульсов Fi а в моменты прохождения мгновенных значений напряжений через нулевые значения формируют управляющие импульсы, которые открывают ключ SW на время zx, пропорциональное измеряемому сдвигу фаз фх. Этот промежуток времени измеряется заполнением tx квантующими импульсами, количество которых подсчитывается счетчиком. Число импульсов N, подсчитанное счетчиком

N=yTo (8.11).

Принимая во внимание, что получим

= Ч>х1Мх (8-12)

где / = \/Тх - частота исследуемых напряжений «, и «д.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [ 111 ] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166