Способ определения и устранения погрешности измерения, вносимой не идентичностью измерительных каналов Советский патент 1961 года по МПК G01R25/04 

Одним ИЗ ОСНОВНЫХ элементов устройства для измерения разности фаз периодических сигналов компенсационным (нулевым) методом являются калибровочные фазовращатели, питаемые двумя переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе одно относительно другого на 90°. Точность измерения сдвига фаз компенсационным методом обусловливается точностью показаний фазовращателей, т. е. зависит от соблюдения величины фазового сдвига между указанными напряжениями.

В связи с этим возникает необходимость контролировать и подстраивать величину фазового сдвига между напряжениями, питающими фазовращатель, причем неидентичность измерительных каналов в устройствах для контроля сдвига фаз на 90° неизбежно приводит к погрешностям при измерениях.

Известны способы для определения и устранения этих погрешностей с помощью сравнения взаимного расположения изображений импульсов напряжения на экранах осциллографа. Недостаток эти.х способов состоит в неточности индикации фазового сдвига.

Отличие предлагаемого способа от известных заключается в том, что смещение изображений импульсов на экране осциллографа определяют путем изменения порядка подачи сравниваемых напряжений к измерительным каналам, что делается с помощью переключателя, установленного на входе схемы, и затем по взаимному смещению импульсов на экране до и после переключения устанавливают неидентичность измерительных каналов.

№ 137581- 2 Для устранения погрешности, создаваемой неидентичностью каналов, предлагается переключать каналы несколько раз и при каждом переключении производить компенсацию смещения импульсов с помощью фазовращателя, введенного в один из каналов. Такое переключение каналов продолжается до тех пор, пока получающаяс;. осциллограмма импульсов становится зеркальным отображением относителыш оси развертки осциллограммы импульсов до переключения.

На фиг. 1 изображена блок-схема ко.мпенсационного индикатора фазового сдвига на 90°, при помощи которого осуществляется предлагаемый способ; на фиг. 2 - эпюры напряжений в различных точках схемы при сдвиге фаз сравниваемых напряжений точно на 90° при полной взаимной компенсации фазовых сдвигов, вызываемых неидентичностью измерительных каналов; на фиг. 3, 3с и 36-то же, при отсутствии полной взаимной компенсации фазовых сдвигов и соответствующие осциллограммы -импульсов; на фиг. 4, 4а, 46 - то же, при отсутствии полной взаимной компенсации фазовых сдвигов и неравенстве 90° сдвига фаз сравниваемых напряжений.

Индикация сдвига фаз на 90° при условии, что фазовые сдвиги, вносимые в отдельности каждым из каналов А к Б, одинаковы, осуществляется следующим образом.

Напряжение, изменяющееся по закону f/ 6т sinoii (кривая а на фиг. 2), подается на горизонтальный усилитель-ограничитель /, на выходе которого получается напряжение, близкое по форме к прямоугольному (кривая б на фиг. 2). Это напряжение после дифференцирования в дифференцирующем устройстве 2 (кривая в на фиг. 2) используется для синхронизации генератора 3 треугольной развертки. Каждый положительный импульс запускает генератор в прямом направлении, что соответствует движению луча по экрану электронно-лучевой трубки 4 по линейному закону (например, слева направо), а каждый отрицательный импульс запускает генератор в обратном направлении, причем луч совершает обратное движение также по линейному закону с такой же скоростью, что и при ходе вперед (кривая г на фиг. 2). С выхода генератора треугольной развертки напряжение подается через горизонтальный усилитель 5 на горизонтальные отклоняющие пластины X трубки 4. Таким образом, развертка производится с одинаковой скоростью как при прямом, так и при обратном движениях луча по экрану индикатора.

Напряжение, изменяющееся по закону f/ f/n,sin(co/- -) (кривая д на фиг. 2) через фазовращатель 6 настройки индикатора подается на вертикальный усилитель-ограничитель 7 и далее на дифференцирующее устройство 8, с помощью которых из него формируются импульсы, соответствующие моментам максимальной скорости изменения синусоидального сигнала, достигаемой при прохождении синусоиды через нуль (кривые е и ж: на фиг. 2). Эти импульсы подаются на вертикальные пластины у электронно-лучевой трубки 4 и на экране трубки наблюдается осциллограмма, показанная на фиг. .

Индикация сдвига фаз на 90° осуществляется по совпадению передних фронтов разнополярных импульсов, появляющихся на экране в течение одного цикла развертки. Точность индикации можеТ быть повыщена увеличением коэффициента усиления горизонтального усилителя-ограничителя /, вследствие чего увеличивается крутизна напряжения, подаваемого на горизонтальные пластины X, и становятся заметными даже самые незначительные отклонения сдвига фаз от 90°. При этом в работе устройства эффективно участвует

часть развертки вблизи точек пересечения пилообразной кривой с осью .времени /, вследствие чего горизонтальный усилитель 1 можно стацить в режим ог;ра-аичения, увеличивая ;К0,э.ффици:ент усиления. Таким образом получаются очень большие .скорости раавертки. и тем :самым уточняется индиК;ация, так .как искажения .пр.оиоходят за пределами экрана трубки -4, т. ,е. ,в .нерабочей части развертки.

Однако в силу того, -что излюрительные каналы имеют сущестшенн.о различную структуру, а регулировка усиления горизонтального усилителя приводит к изменению в некоторых пределах фазового сдвига при регул.ировке чувствительности индикатора, фазовые сдвиги, вносимые измерительными каналами, отличаются друг от друга. Кроме того, .ф.ааавы.е .сдвиги .будут .р.азличными .при .измерениях на различных частотах. Поэтому при точном сдвиге на 90° фаз .сравниваемых напряжений, подаваем.ых на индикатор, передние фронты .импульсов па ;Эк.р;ане трубки не совпадают.

Компенсация .фазовых сдвигов отдельных .каналов в устройстве осуществляется .при .помощи .,фаз.овра,щат.еля .6 настройки индикатора и пер.еключателя Я .входов. Наст.ройка индикатора производится в процессе измерения путем последовательного .приближения к пол.ной компенсации сл,едую:щим .о.б разом.

Предположим, что канал Б вносит дополнительный фазовый сдвиг Дф по сравнению с каналом А. В этом случа.е эпюры напряжений в схеме устройств.а .в.ыр.ажаются кривыми а, -б, .в, .на фиг. 3 и на экране трубки 4 получается осциллограмма, пока.занная на фиг. За. При этом при точном сдвиге .фаз .входных нанряжений на 90° создается впечатление, что эти нацряжения сдвинуты на угол, больший 90°.

Для того чтобы .выяснить, обусло.вливается ли такое показание .индикатора действительным отклонением фазового сдвига сравниваемых напряжений или леидентичностью .каналов индикатора, переключатель Я переключается в верхнее (по схеме) положение и .напряжение V Un siUwi подается в капал Б, а папряжение

U и sm( канал А. Эпюры папряжений при этом выражаются кривыми г, д, е на фиг. 3. Если :изо.бражение на экране трубки 4 (фиг. 36) представляет собой точное зеркальное отображение относительно оси t осциллограммы на фиг. За, расхождение передних .фронтов импульсов обусловливается только неидентичностью каналов индикатора. Если же изо.бражения на экране трубки 4 не являются зеркальными отображениями одно другого, это означает, что, кроме неидентичности каналов, имеет место и неравенство сдвига сравниваемых напряжений 90°.

Этот последний случай иллюстрируется фиг. 4. Здесь эпюры напряжений показаны в несколько увеличенном масштабе времени. Второе из сравниваемых напряжений изменяется по закону

U (io ), где Лф-дополнительный сдвиг фазы по.дава.емого напряжения; второй канал вносит дополнительный сдвиг Дф.

.Для того чтобы уравнять расхождения импульсов, нужно несколько изменить фазу одного из сравниваемых напряжений и пе.р.еключить переключатель Я. Если расхождение импульсов при этом увеличивается, фазу напряжения следует изменять в противоположном .направлении до тех пор, пока расхождения между имп ульс:амп ае -.сравняются. После этого регулировкой фазовращателя .6 настройки индикатора добиваются сближения передних фррнт.ав импульсов вплоть до их совпадения, а затем увеличивают коэф.фи:циент усиле.11ИЯ горизонтального усилителя 4, растягивая развертку. -Спо.вл

- 3-ЛЬ 137581

переключая переключатель П, проверяют, скомпенсированы ли сдвиги фаз, вносимые каналами Л и У и т. д. до тех пор, пока фазовый сдвиг между сравниваемыми напряжениями не будет равен 90°.

Предлагаемый индикатор пригоден для работы в весьма широком диапазоне частот: от низких звуковых до радиочастот.

Предмет изобретения

Способ определения и устранения погрешности измерения, иносимой неидентичностью измерительных каналов, в устройстве для контроля сдвига по фазе на 90° между двумя переменными напряжениями по авт. св. № , отличающийся тем, что смещение изображений импульсов на экране осциллографа определяют путем изменения порядка подачи сравниваемых напряжений с помощью переключателя, установленного на входе схемы, и определяют неидентичность измерительных каналов по взаимному смешению импульсов на экране до -и после переключения, а для устранения погрешности, создаваемой неидентичностью каналов, производят несколько переключений каналов и при каждом переключении производят компенсацию смещения импульсов с помощью фазовращателя, введенного в один из каналов до тех пор, пока получающаяся в результате переключения осциллограмма импульсов не будет зеркальным отображением осциллограммы, имевшей место до переключения, относительно оси развертки.

НвналА

П

VmSLn(

N . t

ФагЗи

L.

z.

i

I |ЛУ

k IT

игМ

t