СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ 180°-го СДВИГА ФАЗ МЕЖДУ ДВУМЯ ПЕРЕМЕННЫМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ Советский патент 1966 года по МПК G01R25/00 

Известные способы измерения 180°-го сдвига фаз между двумя переменными напряжениями требуют, как правило, предварительного уравнивания амплитуд сравниваемых напряжений (например, способ суммирования противофазных напряжений, осциллографический способ с индикацией по фигурам Лиссажу и различные модификации этих способов). Это приводит к необходимости вводить в измерительную схему уравнивающие делители напряжения или аттенюаторы, в которых вносимые фазовые сдвиги являются функцией коэффициентов деления (ослабления). Поэтому при индикации противофазности между напряжениями разных амплитуд возникает дополнительная фазовая погрешность, равная разности фазовых сдвигов, вносимых делителями напряжения.

Амплитудно-нечувствительные схемы с усилителями-ограничителями не обеспечивают высокой точности измерения из-за иесимметрии уровней ограничения, нестабильности нулевой линии ограничителей и т. п.

Аналогичные недостатки присущи и триггерным схемам.

С целью повышения точности индикации противофазности при наличии неравенства амплитуд, предлагается способ, при котором перемножаемые напряжения дополнительно сдвигают на угол приблизительно равный 90°,

и момент противофазности сравниваемых напряжений обнаруживают по исчезновению переменной составляющей частоты коммутации в напряжении, пропорциональном произведению сравниваемых напрян ений; при этом выходному прибору соответствует нулевое показание.

На чертеже изображена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Блок-схема содержит входные устройства (эмиттерные повторители) / и 2; двухпозиционные переключатели 3 и 4; фазосдвигающую цепочку 6; множительную схему 6 с фильтром 7 на выходе; усилитель 8 коммутационной частоты; фазочувствительный выпрямитель 9, 10, на выходе которого включен фильтр 11 постоянного тока и индикатор 12; коммутирующий мультивибратор 13, управляющий

двухпозиционными переключателями.

Частота переключений выбрана значительно меньшей частоты сравниваемых напряжений. Сравниваемые по фазе напряжения Ui(t) и Uz( поступают на переключатели 3 vi 4. Па

выходе каждого переключателя формируется напряжение, состоящее из пакетов (импульсов) сравниваемых напряжений. Переключение осуществляется таким образом, что в один полупериод коммутации на выход переключаход переключателя 4 - z(i)- В следующий полупериод коммутации - наоборот. После иереключения одно из напряжений при помощи фазосдвигающей цепочки 5 поворачивается па угол . Причем в один полупериод коммутации поворачивается напряжение Ui(t), а в другой полупериод - напряжение Llz(t). Затем пакетные напряжения поступают на множительную схему 6.

В один полупериод коммутации конденсатор фильтра Ci на выходе множительной схемы заряжается до напряжения:

U J i/C2t/-if;2Cos(9 + il))

/Cl/( (6+),

где /Ci - коэффициент передачи фазосдвигающей цепочки с учетом входной цепи множительной схемы; К,2 -коэффициент передачи входной цепи второго входа множительной схемы; Ф 180° ± б - сдвиг -фаз между напряжениямиLl и (/2; б - угловое, отл лонение, дополняющее

сдвиг фаз до 180°;

ф - сдвиг --фаз, вносимый фазосдвигающей цепочкой 5.

В следующий полупериод коммутации напряжение на конденсаторе Ci изменится до значения:

t/ XlK2 lt/2COS(6-г|)).

При непрерывной работе переключателей напряжение на конденсаторе Ci периодически изменяется с частотой коммутации. Через разделительный конденсатор Са проходит переменное напряжение частоты коммутации, амплитуда которого пропорциональна:

и Кз(и- U) KiK,K;UiU, cos (3 -f ) - cos (о - v) KiUiUz sin 0 sin f,

где /(4 .zKz - коэффициент пропорциональности.

При г|; 90° и 6-- О напряжение частоты коммутации равно

и /C4t/iC/26.

Далее напряжение усиливается усилителем 8 частоты коммутации, выпрямляется при помощи фазочувствительного выпрямителя 9, 10 и после сглаживания измеряется индикатором 12.

При наличии противофазности сравниваемых напряжений (б 0) переменное напряжение частоты коммутации исчезает независимо от степени неравенства амплитуды сравниваемых напряжений (t/i U). Этому соответствует нулевое показание выходного прибора. Отличие г|) от 90° не обуславливает погрешность в индикации противофазности при 6 0. Значительные отклонения от квадратуры (до 20-30°) только несколько снижают чувствительность устройства, но не влияют на

точность измерения 180°-го сдвига фаз.

В качестве автоматических переключателей 3 и 4 могут быть использованы как контактные, так и бесконтактные устройства. В качестве множительных схем можно использовать

фазочувствительные схемы на полупроводниковых диодах, элементах Хо,1ла, на смесительных лампах и др.

Таким образом, описанный способ позволяет осуществить индикацию противофазности

двух напряжений с высокой точностью нулевым методом независимо от соотнощения амплитуд сравниваемых напряжений. При частоте коммутации 1-2 гц способ позволяет индицировать противофазность, начиная с 40-

50 гц. Верхний диапазон частот определяется частотными погрешностями множительных схем и составляет примерно 0,5 - i мгц.

Предмет изобретения

Способ измерения 180°-го сдвига фаз между двумя переменными напряжениями, заключающийся в том, что сравниваемые по фазе напряжения переключают в каждый из двух

полупериодов коммутации, периодически захмещают одно другим с частотой коммутации значительно меньщей частоты сравниваемых напряжений на входе, поочередно подают на фазосдвигающую цепь, перемножают между

собой и на фильтре выделяют напряжение с частотой коммутации, которое после усиления, выпрямления и сглаживания пульсаций индицируют на чувствительном приборе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности

индикации противофазности при наличии неравенства амплитуд, перемножаемые напряжения сдвигают на угол приблизительно равный 90°, и момент противофазности сравниваемых напряжений определяют по исчезновению переменной составляющей частоты коммутации в напряжении, пропорциональном произведению сравниваемых напряжений, при этом выходному прибору соответствует нулевое показание.