35) Аналоговый и цифровой фазометры:

П ринцип действия аналогового фазометра основан на преобразовании фазового сдвига в импульсы тока. Структурная схема фазометра и временные диаграммы, поясняющие его работу, приведены на рис. 2.46.

Рис. 2.46. Аналоговый фазометр: а – структурная схема; б – временные диаграммы.

С

а

инусоидальные сигналы и₁ и и₂, отличающиеся фазовым сдвигом , подаются на формирователи Ф1 и Ф2, преобразующие их в последовательности коротких импульсов и₃ и и₄ (см. рис. 2.46,б). Импульсы и₃ устанавливают, а импульсы и₄ сбрасывают триггер (Т). В результате на выходе триггера формируется периодическая последовательность импульсов напряжения длительностью t, равной сдвигу сигналов и₁ и и₂ во времени. Данные импульсы преобразуются в импульсы тока, протекающего через резистор R и измерительный прибор. В качестве измерительного прибора используется магнитоэлектрический микроамперметр, реагирующий на среднее значение тока. Если S_I – чувствительность прибора, а I_ср – среднее значение протекающего через него тока, тогда угол отклонения стрелки определяется по формуле или ,где  – искомый фазовый сдвиг. Так как чувствительность S_I и амплитуда тока I_m постоянны, то шкалу микроамперметра можно проградуировать непосредственно в градусах.

Диапазон рабочих частот фазометра ограничен снизу инерционного магнитоэлектрического прибора, а сверху – частотными свойствами формирователей и триггера. Погрешность фазометра составляет 1,5 … 3

В цифровых фазометрах фазовый сдвиг преобразуется в интервал времени, который измеряется методом дискретного счета. Структурная схема и временные диаграммы цифрового фазометра приведены на рис. 2.47.

В состав фазометра входят преобразователь фазового сдвига  в интервал времени t, ключ (Кл), генератор счетных импульсов (ГИ), счетчик импульсов (СИ) и цифровое отсчетное устройство (ЦОУ).

Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобразователь   t из подаваемых на его входы синусоидальных сигналов и₁ и и₂, имеющих фазовый сдвиг , формирует последовательность прямоугольных импульсов и₃ (рис. 2.47,б), имеющих длительность t, равный сдвигу сигналов во времени. Ключ открывается на время t, пропуская импульсы и₄ от ГИ. На счетчик поступает число импульсов , где Т₀ – период следования счетных импульсов.

Кодовый сигнал со счетчика пропорциональный фазовому сдвигу  = N 360 Т₀ / Т, подается на ЦОУ, отображающее  в градусах. Погрешность цифрового фазометра определяется погрешностью дискретности и нестабильностью преобразователя   t.

а

б

Рис. 2.47. Цифровой фазометр: а – структурная схема; б – временные диаграммы

36) Измерение электрической мощности.

Электрическая мощность определяется работой, совершаемой источником в единицу времени. Единицей измерения мощности является Ватт = Джоуль/с. Мощность измеряют во всем частотном диапазоне от постоянного тока до сверхвысоких частот.

Для измерения мощности постоянного тока и на низких частотах можно применять как прямые, так и косвенные методы. Косвенный метод предполагает измерение напряжения и тока с последующим вычислением мощности по формулам: на постоянном токе и для переменного тока .

Для прямых измерений мощности необходимо использовать устройство, реализующее операцию умножения. Таким устройством может быть электродинамический измерительный механизм, осуществляющий прямое перемножение двух токов. В устройствах косвенного перемножения произведение двух величин находят путем использования других математических операций.

Ваттметр с использованием аналогового перемножителя сигналов.

Аналоговый перемножитель сигналов реализует функцию P_вых = k u₁ u₂, где k – масштабный коэффициент; u₁ и u₂ – аналоговые сигналы.

Структурная схема аналогового перемножителя двух напряжений, использующего четырехквадрантный метод перемножения аналоговых сигналов, приведена на рис. 2.48. Схема содержит сумматор (+), вычитающее устройство (–), устройство возведения в квадрат (Кв), делитель напряжения на четыре (:4).

Рис. 2.48. Структурная схема аналогового перемножителя сигналов

Схема реализует преобразование

(и₁ + и₂)² – (и₁ – и₂)² = .

Если ; , то сигнал на выходе Р_вых = = 

Приняв для простоты k = 1 и R = 1,0 Ом и учитывая формулу произведения двух косинусов, получим

Р_вых = 

Если на выходе схемы поставить фильтр нижних частот, то выделенная им постоянная составляющая Р₀ = 0,5 U_m I_m cos, пропорциональна измеряемой мощности.

Измерение мощности СВЧ-колебаний

При измерении мощности СВЧ-колебаний косвенные методы, связанные и измерением напряжения и тока, не могут быть применены, так как токи и напряжения в разных сечениях линии передачи различны, а подключение измерительного прибора изменяет режим работы линии. Поэтому в СВЧ-диапазоне электромагнитная энергия преобразуется в другие виды, более удобные для измерений, чаще всего в тепловую энергию.

Различают два основных метода измерения мощности СВЧ-колебаний. В первом случае измеряется мощность, отдаваемая генератором в согласованную нагрузку. Роль нагрузки выполняет ваттметр; измеряемая мощность рассеивается на некотором измерительном эквиваленте нагрузки с последующим измерением мощности теплового потока. Такие измерители мощности называются ваттметрами поглощающего типа.

Во втором случае измеряется мощность, выделяемая в реальной нагрузке. Между генератором и нагрузкой включается устройство, преобразующее в другую форму лишь незначительную часть передаваемой по линии энергии и не нарушающее процесса передачи.

Ваттметры проходящей мощности измеряют разность мощностей падающей и отраженной электромагнитных волн, используя направленные ответвители [ ]. В качестве преобразователей тепловой энергии в электрический сигнал могут использоваться терморезисторы, болометры и термопары.