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

где tx - длительность импульсов в первый полупериод коммутации, или в первую половину цикла;

где tx - длительность импульсов во второй полупериод коммутации, или во вторую половину цикла;

: = &(+А).

Импульсное напряжение с выхода триггера Т поступает на ключ SWI, на второй вход которого подаются квантующие импульсы с периодом повторения То от генератора квантующих импульсов. Пачки импульсов частоты этого генератора с выхода ключа SWI подаются на вход реверсивного счетчика РСИ. Счетчик реверсируется генератором импульсов управления синхронно с переключениями коммутатора.

В первый полупериод коммутации счетчик работает на сложение и насчитывает следующее количество импульсов:

N = (TJ2Tx) {tx/To) = Гц (ф, + А)/4яТо,

где Тх - период входных напряжений.

В следующий полупериод коммутации счетчик работает на вычитание и сосчитывает N" импульсов:

N" {TJ2Tx) (tx IT о) = Гц (+А)/4яГо. Числовой результат измерения за цикл

N = N - N" = Гцф4лГо = Щх-

Таким образом, результат измерения пропорционален измеряемому сдвигу фаз фл: независимо от неидентичности характеристик каналов фазометра И изменения частоты исследуемых напряжений.

Вследствие значительной погрешности обычных цифровых фазометров от влияния высших гармоник применять их при повышенных требованиях к точности измерения рекомендуется только для исследования напряжений с малым содержанием высших гармоник (не свыше 0,3 %). Отечественный цифровой фазометр типа Ф2-4предна-значен для измерения сдвига фаз при значительных искажениях формы кривой напряжения.

. По мере совершенствования интегральных токовых ключей и генераторов тока и снижения основной погрешности цифровых вольтметров до 0,01 % и ниже становится конкурентоспособным более широкополосный метод измерительного преобразования фазы фаза - время - напряжение. Погрешность такого преобразования снижена до 0,3° в диапазоне частот 20 Гц...500 кГц. На основе этого преобразования созданы широкополосные цифровые фазометры без переключения пределов по частоте с погрешностью менее 0,5°. Структурные схемы таких фазометров, отличаются меньшей сложностью (рис. 8.11,г), примером фазометра такого типа может служить отечественный цифровой фазометр Ф2-16 (табл. 35).



Цифровые фазометры с преобразованием частоты. На частотах свыше 200...300 кГц цифровые фазометры, измеряющие средний сдвиг фаз за п периодов, как и фазометры, измеряющие сдвиг фаз за один период, не обеспечивают необходимую точность при частоте квантования /о, ограниченной скоростью счета .счетчиков импульсов. Поэтому цифровые фазометры на частоты свыше 200...300 кГц выполняются с преобразованием частоты в основном в двух вариантах: со сжатием спектра при помощи смесителей и перестраиваемого гетеродина или методом стробирования.

В цифровых фазометрах с переносом частоты при помощи гетеродина измеряемый сдвиг фаз переносится на низкую фиксированную частоту fa = fx-fr- Ввиду изменения частоты сигнала fx в широких пределах необходимо частоту гетеродина fr перестраивать в широких пределах. Значения фиксированной частоты выбирают так, чтобы числовой результат квантования промежутков времени, пропорциональных фазовым сдвигам при заданном Го = 1 о, был численно равен значению искомого сдвига фаз в градусах.

Низкую фиксированную частоту f находят из уравнения:

Y Чх ,

- 360/„Г„ ~ • •

при Го = 10"" с, тогда /„ = 2,7 кГц.

С выходов смесителей получают два сигнала на частоте

C/i sin [2п -/г) + (pi - фг + fi(Pi]; f/a sin [2п - /г) + - фг + бфа].

Эти сигналы после формирователей управляют ключом, время открытия которого

4>х = ф1-ф2+бф1-бф2-

Фазовая погрешность бфз= бф1- бфа- от неидентичности каналов и смесителей должна быть сведена к минимуму. Кроме того возникает фазовая погрешность от нестабильрюсти частоты гетеродина. Так, при fx= 50 кГц и /н= 2,7 кГц при допустимой погрешрюсти Д фд= Г нестабильность гетеродина не должна превышать 10". При перестройке гетеродина в широкой полосе частот это требование трудновыполнимо.

Более высокую степень автоматизации при переносе сдвига фаз можно обеспечить при стробоскопическом преобразовании сигналов. В этом случае осуществляется перенос на низкую фиксированную частоту fx - rt/cr = /н. При этом и частота fa генератора стробирую-щих импульсов и п автоматически изменяются. Стробоскопическое преобразование используется в цифровом фазометре типа Ф2-12 и цифровом фазометре Ф5126, который разработан ПО «Точэлектроприбор» совместно с Киевским политехническим институтом.



8.3. ИНТЕГРИРУЮЩИЕ ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ С ИЗМЕРИТЕЛЫШМИ ЧАСТОТНЫМИ И ВРЕМЕННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Показывающие приборы и аналоговые АИП имеют высокую помехозащищенность, так как их звенья обладают определенной инерционностью и поэтому осредняют наводки промышленной частоты и случайные выбросы измеряемой величины.

Многие цифровые приборы, например цифровые приборы поразрядного уравновешивания, измеряют мгновенные значения величин:

Хс = X Алпом,

где АлГпом - мгновенное значение помехи.

При повышении чувствительности ЦИП, т. е. при увеличении отношения Ад;пом/л;н, влияние помех на показания таких приборов резко снижает их точность. Это большое препятствие при создании цифровых вольтметров, обладающих одновременно и высокой чувствительностью, и высокой точностью. Для защиты от помех на входе ЦИП, измеряющих мгновенные значения, включают фильтры, однако при этом значительно снижается быстродействие и увеличиваются габариты приборов. В цифровых интегрирующих вольтметрах циклически измеряются средние значения измеряемого напряжения Ux„ за постоянный промежуток времени Гц.

ЦИП с частотными преобразователями, в которых X преобразуется в / и интегрируется счетчиком импульсов за время измерения, а также ЦИП с интегрирующими временными преобразователями,

• i*

например с преобразователями UxdtTx обладают высокой защи-

щенностью против помехи, имеющей определенную частоту.

Высокочувствительные и высокоточные быстродействующие цифровые приборы для измерения малых токов и напряжений облегчают автоматизацию многих научных исследований, в которых используются различные преобразователи с малыми значениями выходных токов и напряжений. Такие приборы могут быть использованы при дифференциальном методе измерения для точных измерений больших по значению напряжений. Высокой точности более чувствительных приборов всегда труднее достигнуть. Высокочувствительные цифровые приборы создаются на базе предвключенных усилителей к ЦИП, на базе ЦИП с частотными и временными преобразователями, обладающими и высокой чувствительностью, и высокой помехозащищенностью.

В цифровых приборах сопоставления с ИЧП измеряемая аналоговая величина X превращается в частоту следования импульсов /;„ которая затем измеряется. Схема цифрового прибора с ИЧП разомкнута, к точности и стабильности частотного преобразователя предъявляются высокие требования.

Цифровые вольтметры с ИЧП измеряют интегральное значение напряжения за время цикла, поэтому такие приборы называют интегрирующими. Интегральное значение напряжения в течение заданного времени определяется подсчетом числа импульсов счетчиком на-





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