Мостовые методы измерения параметров двухполюсников

Измерение параметров цепей

Осциллографические методы измерения фазовых сдвигов.

Измереное фазы, сдвига фаз

Напомним, что понятие «фаза» характеризует гармоническое (синусоидальное) колебание в любой конкретный момент времени. Для гармонического колебания u ₁(t) = U _m1sin (ω t + φ₁) с амплитудой U _m1 и круговой частотой ω текущая (мгновенная) фаза в любой момент времени t равна φ(t) = ω t + φ₁, где φ₁ – начальная фаза.

Фазовым сдвигом Δφ двух гармонических колебаний одинаковой частоты u ₁(t) = U _m1sin (ω t + φ₁) и u ₂(t) = U _m2sin (ω t + φ₂) называется модуль разности их начальных фаз:

Δφ = |φ₁ – φ₂|. (13.1)

Величина φ₁ – φ₂ называется разностью фаз сигналов.

Чтобы измерить фазовый сдвиг, применяют различные методы и приемы измерений: осциллографические, компенсационный, преобразования фазового сдвига во временной интервал, цифровой (дискретного счета), по геометрической сумму и разности напряжений, а также с преобразованием частоты.

При осциллографических измерениях сдвиг фаз измеряют методом эллипса (способ синусоидальной развертки) или по осциллограммам исследуемых напряжений (способ линейной развертки).

В первом случае напряжения исследуемых сигналов U_у и U_х (например, входное и выходное напряжения четырехполюсника) подаются в каналы вертикального и горизонтального отклонения; генератор развертки выключен; усиления по Y и Х регулируются так, чтобы выполнялось равенство полных отклонений луча по осям Y_m и Х_m.

Тогда на экране будет получено изображение эллипса, по размерам Х и Х_m (рис.7.10) которого можно определить: φ= arcsin X / X_m

Х Х_m

Рис.7.10. Измерение фазового сдвига методом эллипса

При измерении фазового сдвига способом линейной развёртки используется двухлучевой или двухканальный осциллограф. Напряжения исследуемых сигналов U₁ и U₂ подают в каналы вертикального отклонения; генератор развёртки осциллографа включён. После уравнивания амплитуд обоих напряжений осциллограмма будет иметь вид, представленный на рис.7.11.

l L

Рис. 7.11. Измерение фазового сдвига по осциллограммам напряжений

Если измерить в одинаковых единицах длины l и L, соответствующие в временам t и Т, то фазовый сдвиг φ_x можно определить из пропорции:

φ_x / 360˚ = t_φ / T = l / L, φ_x = 360l / L.

Для измерения параметров элементов электрических цепей широко применяют мосты. Мостовые схемы обладают высокой чувствительностью, большой точностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров элементов. На основе мостовых методов строятся средства измерения, предназначенные как для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные аналоговые и цифровые приборы.

Классическая схема измерительного моста переменного тока состоит из четырех комплексных сопротивлений Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, соединенных в виде кольца (рис. 7.12). Элементы Z₁ … Z₄ – называют плечами моста. Цепь А-С, к которой подводится напряжение источника питания, называется диагональю питания, а цепь В -D – измерительной диагональю.

7.12. Схема четырехплечего измерительного моста

Процесс измерения с помощью мостовых схем основан на соблюдении определенного соотношения между сопротивлениями плеч, называемого условием равновесия или баланса, которое характеризуется отсутствием напряжения и тока в диагонали индикатора между точками В и D при наличии напряжения питания в точках А-С.

Если представить комплексные сопротивления Z_i в показательной форме Z_i = | Z_i | e ^jφi, где | Z_i | – модули полных сопротивлений плеч, а φ_i – фазовые сдвиги между током и напряжением в соответствующих плечах, то уравнение баланса четырехплечих мостов переменного тока примет вид:

| Z1 | · | Z3 | · e ^j^(^φ^1^+^φ^3^) = | Z2 | · | Z4 | · e ^j^(^φ^2^+^φ^4^).

Для соблюдения этого равенства требуется, чтобы

| Z1 | | Z3 |= | Z2 | | Z4 |; φ1 + φ3 = φ2 + φ4,

7.1

т.е. произведение модулей сопротивлений и сумма величин фазовых сдвигов противоположных плеч были равны.

Если мост включен в сеть постоянного тока, то выполняется только первое соотношение формулы 7.1.

Погрешность измерений моста переменного тока определяется погрешностями значений элементов образующих мост, переходных сопротивлений контактов, чувствительностью схемы и индикатора. Уравновешенные мосты переменного тока обеспечивают погрешность измерения от 0,5 до 5 %.

Дата добавления: 2014-01-05