5.2.Измерение разности фаз - классификация,погрешности.Фазометры:Электроизмерительные,Аналоговые и цифровые.Измерение разности фаз методом сравнения и компенсационным методом.

Классификация методов измерения  разности фаз представлена на схеме:

Компенсационный метод.

Идею данного метода поясняет структурная схема:

ФЧД – фазо-чувствительный детектор;

ФВ – фазовращатель.

Суть работы: одно из двух синусоидальных напряжений, разность фаз между которыми измеряется, подаётся через ФВ, управляемый кодомК от УУ. Фазовый сдвиг – U₃ относительно U₂ изменяется до тех пор пока U₁ и U₃ не будут синфазными. В процессе уравновешивания знак фазового сдвига между U₁ и U₃ определяется с помощью фазочувствительного детектора ФЧД, входной сигнал которого поступает на УУ. Алгоритм уравновешивания соответствует кодоимпульсному методу. По окончании уравновешивания код на входе ФВ выражает фазовый сдвиг между U₁ и U₃, а значит и между U₁ и U₂.

Компенсационные цифровые фазометры обеспечивают высокую точность, однако, уступают по быстродействию.Фазометры прямого преобразования.Фазометры с преобразованием за 1 период.Структурная схема и временная диаграмма сигналов имеет вид:

Входные синусоидальные напряжения U₁ и U_2­ с помощью формирователей F₁иF_2­ преобразуются в прямоугольные импульсы (например, с помощью триггера Шмидта). После И₁ образуются прямоугольные импульсы длительностью

Импульсы опорной частоты f₀ от G проходят через Т на Ст в течение интервала времени Δt. В таком случае количество импульсов:

.

Код числа N поступает на ЦОУ. Сброс показаний Ст происходит через период.

Из полученных выше формул получим значение числа N, выраженное в радианах:

            (1)

            (2)

Выражения (1) и (2) выявляют существенные недостатки фазометров по приведённой схеме. Связь между Nи φ зависит от частоты f. Это означает, что либо такой фазометр можно применять при фиксированной частоте f, либо измерение φ должно сопровождаться измерением частоты или периода Т.

Пусть, например, будет измеряться период Т. В таком случае, при измерении Δt получим число импульсов:

.

При измерении Т получим число

По такому принципу были построены первые цифровые фазометры, которые актуальны и сегодня в связи с внедрением микропроцессорной техники.

фазометр

Основное предназначение фазометра — измерение углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями. Фазометры зачастую используются для определения коэффициента реактивной мощности в электроустановках. Также они находят применение при эксплуатации, регулировке и разработке электронных и электротехнических аппаратов и устройств. Принцип работы фазометра следующий: с помощью звукового генератора и регулируемого фазовращателя (рис. 1) получают пару синусоидальных напряжений, которые сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°. Они подаются соответственно на вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа. Одно из этих напряжений одновременно подается на вход исследуемого четырехполюсника, к выходу которого подключено электронное реле. На экране трубки образуется метка за счет моделирования электронного луча осциллографа дифференцированными выходными импульсами электронного реле. Ее положение зависит от фазового сдвига, вносимого четырехполюсником.

Фазометры - электроизмерительные приборы – приборы для определения параметров электрической сети.

В основе работы цифровых фазометров всех систем лежит принцип преобразования измеряемого угла сдвига фазово-временной интервал, длительность которого пропорциональна значению измеряемой величины. Длительность временного интервала определяется при этом методом дискретного счета непосредственно, или с промежуточным преобразованием длительности временного интервала в пропорциональное ему значение величины напряжения постоянного тока.

Электронные аналоговые фазометры используют принцип преобразования фазового сдвига во временной интервал. Этот временной интервал формируется в приборе так, что его длительность оказывается пропорциональна значению измеряемого угла сдвига фаз. В течение этого временного интервала через магнитоэлектрический измерительный механизм (ИМ) прибора протекает постоянный ток фиксированного значения, в результате показания ИМ оказываются пропорциональными значению измеряемой величины. Электронные аналоговые фазометры могут использоваться в различных цепях и позволяют измерять угол сдвига фаз в диапазоне частот от десятков герц до единиц мегагерц. Относительная погрешность таких фазометров составляет 1 – 2%, разрешающая способность примерно , им присущи общие для аналоговых приборов недостатки.

Щитовые электроизмерительные приборы( фазометры) представлены – аналоговыми (стрелочными) и цифровыми приборами. Аналоговыми считаются измерительные приборы, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровыми называются измерительные приборы, показания которых выражены  в цифровой форме.

Преимущества стрелочных/аналоговых приборов - дешевизна и возможность быстрой оценки измеряемой величины по положению стрелки.

Цифровые  обеспечивают более высокую точность измерений, что особенно важно для предприятий производящих и распределяющих электроэнергию (электросетевые и энергогенерирующие) Цифровые приборы, имеющие класс точности  0.5 и обеспечивающие цифровое отображение повышают точность отсчетов, объективность и удобство мониторинга показаний.

В основе работы цифровых фазометров всех систем лежит принцип преобразования измеряемого угла сдвига фаз во временной интервал, длительность которого пропорциональна значению измеряемой величины. Длительность временного интервала определяется при этом методом дискретного счета непосредственно, или с промежуточным преобразованием длительности временного интервала в пропорциональное ему значение величины напряжения постоянного тока.

Метод сравнения (компенсации) состоит в сравнении измеряемого фазового сдвига на выходе исследуемого четырехполюсника с фазовым сдвигом калиброванного фазовращателя, питаемых от одного источника гармонических колебаний (pис.18).

Рис. 18. Структурная схема измерителя фазового сдвига по методу компенсаций

Напряжение, прошедшее исследуемый четырехполюсник, и такое же напряжение, прошедшее калиброванный фазовращатель и регулятор амплитуды, подаются на компенсационный узел, представляющий собой обычный дифференциальный трансформатор. При равенстве входных напряжений по фазе и амплитуде напряжение на выходе компенсационного узла равно нулю, о чем свидетельствуют нулевые показания индикатора напряжения. Сдвиг фазы определяется по шкале фазовращателя, затухание сигнала в четырехполюснике определяется по шкале регулятора амплитуды.

Компенсационный способ измерения разности фаз случайных сигналов

Способ м. б. использован при обработке радиосигналов, для измерения разности фаз. Технический результат заключается в повышении точности измерения и расширении арсенала действующих способов. С помощью двух синхронно действующих АЦП осуществляется дискретизация зашумленного гауссовым аддитивным шумом аналогового случайного сигнала x(t) и его задержанной на время тау[3] копии y(t)=x(t-тау[3]), оценивается разность фаз оптим. способом и дополнительно по взаимному фазовому спектру, полученному на основе непрерывного вейвлет-преобразования. Окончательно разность фаз между измеряемыми сигналами рассчитывается как среднее арифметическое разностей фаз, полученных оптим. способом и по взаимному фазовому спектру на основе непрерывноговейвлет-преобразования.

6.1.Измерение сопротивлений: омметры,метод вольтметра - амперметра,мостовые схемы,цифровые методы. В омметре в качестве измерительного прибора применяют миллиамперметр магнитоэлектрической системы. Источником тока применяется гальванический сухой элемент. Силу тока в цепи при замкнутых накоротко между собой зажимах определяют по формуле:

I – ток в цепи, А, 

U – напряжение источника тока, В; 

Rп – сопротивление миллиамперметра, Ом, 

Rд— сопротивление добавочного резистора, Ом. 

При подключении к зажимам проводника, сопротивление которого Rн нужно измерить, ток в цепи определяют по формуле: ; Из вышеприведённой формулы мы видим, что о значении замеряемого сопротивления можно судить по значениям силы тока, показываемого миллиамперметром. У омметра нулевая отметка шкалы находится справа: ведь при наименьшем сопротивлении сила тока будет наибольшей.

Метод амперметра и вольтметра. В цепях постоянного тока изме­рение сопротивления можно производить по схемам, представлен­ным на рис. 240.а. Зная падение напряжения на участке цепи и ток, протекающий по участку, можно вычислить сопротивление этого участка. В схеме на рис. 240.а через амперметр будет протекать сумма токов искомого сопротивления и вольтметра. Сопротивление может быть в этом случае найдено по формуле. ;

Ix и rx- ток и сопр-е вольтметра.

По схеме на рис. 240, б вольтметр покажет падение напряжения в искомом сопротивлении и в обмотке амперметра U=Ux+Ua, Uа- сопр-е обмотки амперметра. Искомое сопротивление находится  по формуле: , ra- падение напряжение в обмотке амперметра.

Первая схема применяется для определения небольших сопротивлений, когда они значительно меньше сопротивления обмотки вольтметра. По второй схеме опреде­ляется величина больших сопротивлений, так как при этом можно пренебречь сопротивлением обмотки амперметра rа.

Мостовой метод. Мостовая схема состоит из реохорда (R), образцового сопротивления () известной вели-чины и измеряемого сопротивления (R_Х). Реохорд — это проволочное сопротивление, у которого имеется средний передвижной контакт 3. Он представляет собой отрезок натянутой проволоки из материала с высоким удельным сопротивлением. Предполагается, что общее сопротивление реохорда (между контактами 1 и 2) известно, а также известны сопротивления между контактом 3 и контактами 1 (R₁) и 2 (R₂) при любом положении контакта 3.

Измерение активного сопротивления обычно производится с использованием постоянного напряжения U следующим образом. Подвижный контакт 3 устанавливают так, чтобы напряжение между точками 3 и С стало равным нулю. В этом случае справедливы следующие отношения между величинами падения напряжения на сопротивлениях R₁ , R₂, R₀ и R_X: (1); (2)

Поделим правые и левые части уравнений (1) и (2) друг на друга: (3)

В силу закона Ома справедливы следующие соотношения: , , , , Где I₁, I₂ — электрические токи в левой и правой частях моста (см. рис. 1).

Подставив эти выражения в соотношение (3), получим или.(4)

Соотношение (4) используется для определения неизвестного сопротивления R_X. Точность измерения R_X определяется точностью, с которой известны значения R₀, R₁, R₂.