Измерение угла сдвига фаз и частоты.

Для измерения угла сдвига фаз между током и напряжением, а также коэффициента мощности в однофазной цепи переменного тока можно воспользоваться косвенным методом и определить значения этих величин по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра. Недостатком этого метода является необходимость одновременного отсчета показаний трех приборов и вычисления значения искомой величины, что снижает точность измерений.

Специальные приборы, предназначенные для непосредственного измерения угла сдвига фаз и коэффициента мощности, называются фазометрами. Промышленностью выпускается большое число разнообразных типов фазометров, в которых используются электромеханические измерительные механизмы. Наиболее часто при этом используются электродинамические логометры. На рис. 3.24, а показана схема электродинамического фазометра с логометрическим измерительным механизмом. Если параметры параллельной цепи подобрать так, чтобы I₁ = I₂,, угол  был равен углу разворота подвижных катушек , то угол отклонения стрелки прибора  будет равен углу .

Таким образом, угол поворота подвижной части логометра определяется только углом φ. Шкала фазометра может быть отградуирована в значениях угла  или cos .

Данный фазометр обладает рядом недостатков. В частности, параллельная цепь такого прибора может быть рассчитана только на одно значение напряжения, так как при изменении сопротивления добавочного резистора изменится и характеристика шкалы.

Рис. 3.24. Схема электродинамического однофазного фазометра (а) и векторная диаграмма (б)

Рассмотренный принцип положен в основу работы переносных однофазных фазометров класса 0,5 - 0,2. Диапазон измерения угла  составляет 0 - 90° или 0 - 360°, cos  составляет –1 - 0 - +1 (для индуктивной или емкостной нагрузки).

Электромагнитные частотомеры

Электромагнитные частотомеры выполняются по схеме рис. 3.25. При изменении частоты токи I₁ и I₂ будут изменяться неодинаково, так как характер сопротивлений цепей этих токов различен. Так, например, с увеличением частоты ток I₁ будет уменьшаться, а ток I₂ увеличиваться. Таким образом, отношение этих токов, а, следовательно, и показания прибора будут зависеть от частоты.

Р ис. 3.25. Схема электромагнитного частотомера

Частотомеры этого типа выпускаются на различные диапазоны частот- • 45—55 Гц, 180—220 и 450—550 Гц, и часто снабжаются устройством для сигнализации и регулирования.

Электронные частотомеры и фазометры.

Для измерения частоты и фазы при высоких частотах (звуковые и радиочастоты) используются электронные частотомеры и фазометры. Такие приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с преобразователями, осуществляющими преобразование измеряемого параметра (частоты или фазы) в постоянный ток. В качестве преобразователей в схемах указанных приборов могут быть использованы фазо- или частотно- зависимые выпрямители, а также управляемые электронные ключи. Последняя разновидность преобразователей наиболее распространена на практике.

Рис. 3.26. Схема, поясняющая принцип действия конденсаторного частотомера

Рассмотрим работу электронного частотомера на примере прибора конденсаторного типа, принцип действия которого поясняется схемой рис. 3.26. В положении 1 переключателя В конденсатор С заряжается до напряжения U источника, приобретая заряд Q = CU. В положении 2 переключателя конденсатор разряжается через магнитоэлектрический измерительный механизм. Если положение переключателя менять с частотой, равной измеряемой частоте fx, то среднее значение тока в измерительном механизме будет Iср ~ Qf = CUfx.

Р ис. 3.27. Упрощенная функциональная схема конденсаторного частотомера

Очевидно, что градуировка частотомера может быть произведена только при условии постоянства значений величин С и U. Постоянная времени цепей заряда и разряда конденсатора должна быть подобрана так, чтобы при самой высокой из измеряемых частот конденсатор успевал бы практически полностью зарядиться и разрядиться.

В реальных схемах электронных частотомеров функции переключателя В выполняют транзисторные ключи, управляемые напряжением измеряемой частоты fx.

В электронном частотомере (рис. 3.27) с помощью формирующего устройства ФУ входное напряжение неизвестной частоты fx преобразуется в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, следующие с такой же частотой. Пока импульс существует, конденсатор заряжается через диод Д₁, а в промежутке между импульсами разряжается через диод Д₂ и измерительный механизм. Отклонение указателя измерительного механизма ( == S_I I_ср) будет пропорционально измеряемой частоте.

Электронные фазометры такого же принципа действия применяются для измерения угла сдвига фаз от 0 до 180 (360) и имеют класс точности 1 - 1,5 в диапазоне частот от 20 Гц до 200 Кгц.