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

и на вход счетчика импульсов СТ Начинают поступать импульсы формирователя F2. Выходной короткий импульс формирователя F2, соответствующий моменту нулевого перехода второго сравниваемого напряжения и сдвинутый по времени относительно ранее рассмотренного импульса F\ на tx = фх/2"/х. возвращает в исходное положение Т2. При этом запускается второй генератор импульсов. Если частоты генераторов импульсов соответственно равны /j и /а и нх первые импульсы сдвинуты на временной интервал tx, то их совпадение произойдет по истечении временного интервала Т (рис. 8.12,е).

При совпадении импульсов обоих генераторов в момент t, т. е. по истечении времени Т, срабатывает схема И, ГЗ возвращается в исходное состояние, ключ SW запирается И и подача импульсов на счетчик прекращается.

Значение интервала Т можно определить методом нониуса, т. е. методов совпадения (п. 1.3). В начальный момент интервала tx запускается генератор импульсов с частотой f, т. е. с периодом повторения Г, (рис. 8.12,е), в конечный момент /а интервала Т запускается генератор импульсов с частотой /а, т. е. с периодом повторения Т. Интервал времени Т от момента t до момента совпадения импульсов, если номер совпавшего импульса равен пх, определяют из уравнения

Т = пТх.

Номер совпавшего импульса находят из следующего уравнения:

tx-nT,=nT, "х =х/1 -"а

Тогда Т - интервал времени, в течение которого открыт путь к счетчику импульсов с периодом повторения Тх = i/fx> составит

Т = пТх = tTjT, - Га = txh/f - /1

Отсчет счетчика импульсов Лх

х = Tf = ф/,/2я (/а - fi)- (8.14)

Следовательно, показания цифрового фазометра не зависят от частоты fx. Недостатком цифрового фазометра данного типа является увеличение времени измерения в fjf-fi раз по сравнению с обьмным цифровым фазометром, измеряющим мгновенный сдвиг фаз.

Цифровые фазометры среднего сдвига фаз

В цифровых фазометрах для измерения среднего сдвига фаз или цифровых фазометрах с постоянным временем измерения время tj ~ Фд. измеряется не за один период исследуемых напряжений, а за несколько в течение постоянного времени измерения Гц. В схеме прибора, показанной на рис. 8.11, в, ключ SW1 открывается на время /д., пропорциональное измеряемому сдвигу фаз ф, а ключ SW2~Ha время Гц. Число импульсов подсчитывается не за один



промежуток времени t, пропорциональный ф, а за п промежутков времени t. Причем

где Тх - период изменения напряжений, сдвиг фаз ф у между которыми измеряется.

В некоторых типах цифровых фазометров время измерения изменяется ступенями, например 0,1; 1; 10 с. Первая часть схемы прибора до ключа SW2 (см. рис. 8.11, в) является цифровым фазометром для измерения мгновенного значения сдвига фаз ф у. Число импульсов Ni, проходящих через ключ SW1 за время t-, равно числу импульсов, проходящих к счетчику в цифровом фазометре для измерения мгновенного значения сдвига фаз,

Ni = ф,/2я/Го.

Число импульсов N, проходящих к счетчику в данной схеме, будет в п раз больше N-i.

= nNi = xT4l2nfxTo. (8.15)

Промежуток времени Тц устанавливается от генератора квантующих импульсов делителем частоты с коэффициентом деления п, следовательно

Тц = пТ„.

Тогда после подстановки в (8.15) значения Тц получим

N = nj(/2n. (8.16)

Показание счетчика N пропорционально числовому значению угла сдвига фаз ф и не зависит от частоты генератора импульсов fo, а при большом числе промежутков п = TjTx и от частоты исследуемых напряжений Это важные преимущества цифрового фазометра, измеряющего среднее значение сдвига фаз. Однако они получены в результате снижения быстродействия прибора и усложнения его схемы.

Погрешность от квантования в этом приборе в общем случае может возникать дважды: при квантовании каждого из промежутков времени

квантующими импульсами и квантовании T„ периодами Тх. При каждом измерении времени возникает погрешность от квантования. Среднее квадратическое отклонение этой погрешности (п. 6.3) at = ~ То/Кб. Среднее квадратическое отклонение результата измерения jcp -Фл:ср т. е. среднего из п измерений, в результате осреднения при некогерентности сигналов уменьшается до

а,р = otiYn - lolV.

Чем больше число измерений п, тем меньше среднее квадратическое отклонение результата измерения.

12 5-1498 345




Определим среднее квадратическое отклонение погрешности от квантования в долях градуса при измерении угла = 180°

0к/18О = otJb,bTx -

= Го/0,5 КЩГТх.

Рнс. 8.13. Временная диаграмма биополярного фазометра.

откуда

Ок = 180Го/0,5]/бТцТГ. Если Го = 10-" с, Гц = 1 с, Тх = 10-6 с, то а, = 0,1°. В данном примере на каждый полупериод 0,5Гх приходится небольшое число квантующих импульсов. Несмотря на это, при равномерном распределении импульсов Го в интервалах и при очень большом количестве измерений можно измерить с высокой точностью фазовые сдвиги и на частоте 100 кГц.

Следовательно, верхний частотный диапазон цифровых фазометров, измеряющих средний сдвиг фаз благодаря осреднению за время измерения значительно расширяется и определяется значением Го, заданным значением СКО погрешность от квантования и временем измерения Гц.

В общем случае положение старт- и стоп-импульсов, ограничивающих Гц, случайно по отношению к пачкам импульсов Го. При подсчете за время Гц числа импульсов в пачках возникает погрешность от квантования из-за случайного расположения старт- и стоп-импульсов, ограничивающих Гц, по отношению к пачкам импульсов Го.

В неблагоприятном случае при ф = 180° а tx = 0,5Гх, эта погрешность равна половине числа импульсов в пачке, т. е. Гх/4Го. Эту погрешность в единицах угла определяют из следующего уравнения:

ААшах/180 = Гх/2Гц

и, следовательно,

ААп,ак = 90/Гц/.

Погрешность Amax увеличивается при снижении частоты. Если Aft max и Гц заданы, то нижний предел по частоте

/-т1п=90/ГцА*

при Aw = 0.1°; Тц = 1 с /х„,„ = 900 Гц.

Для повышения быстродействия и точности цифровых фазометров рекомендуют использовать схему биполярного фазометра. В этом фазометре интервал tx определяется по четырем моментам перехода через нулевые значения в обоих направлениях а, а; б, (рис. 8.13) [6]. При таком способе определения tx устраняется погрешность от дрейфа нуля усилительных каскадов, и в четыре раза уменьшается погрешность от квантования, обусловленная случайным расположением пачек импульсов, тогда





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