Метод преобразования фазового сдвига в импульсы тока

Сущность метода состоит в том, что фазовый сдвиг между двумя исследуемыми напряжениями преобразуется в прямоугольные импульсы тока, длительность которых пропорциональна измеряемому фазовому сдвигу.

Функциональная схема фазометра и временные диаграммы его работы приведены на

рис.49. Напряжение прямоугольной формы, полученное с помощью формирующих устройств ФУ каждого из каналов, дифференцируется с помощью соответствующих дифференцирующих цепочек ДЦ. В результате этого в каждом канале получаются короткие импульсы, соответствующие моментам переходов исследуемых синусоидальных сигналов через ноль.

После выпрямления эти сигналы подаются на управляющие входы D и R триггера Т. Длительность выходных импульсов DТ триггера будет пропорциональна фазовому сдвигу, а амплитуда постоянна. Показания магнитоэлектрического индикатора И, осуществляющего эффект усреднения, будут равны

,

где - коэффициент пропорциональности. Из формулы видно, что показания фазометра не зависят от амплитуды и частоты входных сигналов

Шкала индикатора может быть градуирована непосредственно в градусах фазового сдвига. Погрешность измерения зависит от погрешности ФУ и индикатора, нестабильности триггера и составляет 1-3⁰.

Метод дискретного счета

Как было показано выше, фазовый сдвиг легко преобразуется во временной интервал. Метод дискретного счета предполагает заполнение этого временного интервала счётными импульсами и подсчет их количества. Если частота следования счетных импульсов , то в интервале их будет . Тогда фазовый сдвиг

. (12)

Измерив и с помощью цифрового измерителя временных интервалов или цифровым частотомером (см. п.3.6 и 8.4) можно косвенным методом по приведенной формуле рассчитать величину фазового сдвига.

Более удобным является использование цифрового фазометра. Чаще всего они строятся по схеме интегрирующего фазометра (рис.50), когда результат измерений представляет собой среднее значение фазового сдвига за большое число периодов входного напряжения. Этим достигается повышение точности и помехозащищенности.

Измеряемый фазовый сдвиг, так же как в аналоговом фазометре (рис.49), преобразуется во временной интервал DТ, заполняемый счетными импульсами частотой f_о с генератора ГСИ. Число импульсов в одной пачке согласно (12)

.

Эти пачки импульсов поступают на второй временной селектор ВС2, открываемый на время Т_уср, формируемое из импульсов ГСИ с помощью делителя частоты ДЧ. Число пачек, попавших в счетчик СТ , где - коэффициент деления счетчика СТ.

Общее число импульсов, поступивших на счётчик . Откуда получим

,

т.е. число импульсов не зависит от частоты входных сигналов и частоты ГСИ. Подобрав необходимое значение коэффициента пропорциональности (коэффициент деления ), можно получить отсчет

в градусах и минутах фазового сдвига.

Погрешность цифровых фазометров определяется погрешностью формирования интервала DТ и погрешностью дискретности при подсчете числа импульсов n и N. Поэтому фазометры используются для измерения относительно высокочастотных сигналов и обеспечивают погрешность порядка 0,1^о. Эту погрешность можно уменьшить, увеличивая Т_уср.