Устройство для измерения угла сдвига фаз Советский патент 1934 года по МПК G01R25/04 

Предлагаемый ламповый фазометр служит для измерения угла сдвига фаз между двумя переменными напряжениями.

Принцип работы прибора заключается в том, что исследуемые напряжения подаются на сетки двух катодных ламп, -оединенных последовательно друг с другом таким образом, что общее их сопротивление постоянному току, а вместе с ним и ток в анодной цепи зависят от сдвига фаз испытуемых напряжений, имея минимум при угле сдвига фаз, равном 180. Отсчет измеряемого угла сдвига фаз производится с помощью фазо-вращательной схемы, которой производится вращение вектора одного из исследуемых напряжений.

На чертеже изображено описываемое устройство, примененное для измерения сдвига фаз между током и напряжением. Зажимы /-/ присоединены к генератору переменного напряжения, Z-нагрузка. Напряжение сети подается при помощи трансформатора 2 на конденсатор 3 и сопротивление 4, выбранные

так, что R -, где со-частота исследуемых напряжений. При этом условии переменное напряжение, подаваемое на сетку лампы 5, будет сдвинуто на 90 по отношению к напряжению сети. На сетку второй лампы б подается напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора тока 7.

,432}

Для того, чтобы между токами в первичной и вторичной обмотках трансформатора 7 не было сдвига фаз, параллельно его первичной обмотке включено сопротивление 8.

При помощи конденсатора 9 и переменного сопротивления fO напряжение, подаваемое на сетку второй лампы, может быть сдвинуто относительно тока, текущего через нагрузку Z, на угол в пределах от О до 180°.

Батареями // и /2 на сетки ламп предварительно задан такой отрицательный потенциал, что рабочая гочка находится в самом низу характеристики, т. е. при отсутствии переменного напряжения на сетках анодный ток равен нулю.

На аноды ламп 5 и 6 задано напряжение при помощи источника постоянного тока /J.

При подаче переменного напряжения на сетки ламп анодный ток должен итти в течение положительных полупериодов, но так как лампы включены последовательно, ток через измерительный прибор 4 будет итти только тогда, когда положительный потенциал будет на сетках обеих ламп одновременно, т. е. в течение того времени, когда кривые Vgi и Vffo перекрываются (фиг. 2).

Таким образом методика измерений сводится к тому, чтобы добиться минимума тока через прибор М, что будет определять сдвиг фаз между напряжениями обеих сеток равный 180°. Угол сдвига

фаз между током и напряжением можно при этом вычислить по формуле cs 90®- -2 arc ctg rCjOi, где г и С2-величины сопротивления 10 и емкости конденсатора 9.

Шкала ручки переменного сопротивления может быть проградуирована в значениях ср или cos ср.

Теоретическое обоснование работы схемы можно привести следующее.

При включении двух катодных ламп последовательно, согласно схеме на фиг. 1, при задании отрицательного потенциала на сетки обеих ламп, анодный ток через такую систему можно определить графически, построив характеристики обеих ламп, в координатной системе / V,.

На фиг. 3 отрезок Е изображает величину напряжения анодной батареи 13. Очевидно, что если отсчитывать напряжение на аноде лампы 5 от начала указанного отрезка, то оставшаяся часть последнего представляет собою напряжение на аноде лампы 6. На основании вышеуказанного, характеристики ламп, при отсутствии переменного напряжения на сетках и при каком-либо напряжении смещения и V,) будут занимать положения, указанные на фиг. 2 линиями /5 и 16. Анодный ток будет определяться ординатой точки пересечения указанных характеристик. Напряжения и могут быть подобраны так, что характеристики пересекутся почти у самого основания, т. е. анодный ток будет близок к нулю.

Когда на сетки ламп 5 и (5 поданы переменные напряжения, то кривые /5 и 76 начнут перемещаться, в некоторые моменты времени положения, указанные пунктиром, при этом будет изменять свое положение и точка их пересечения, а следовательно, и величина i анодного тока.

Если предположить, что проницаемость D и крутизна S обеих ламп равны, то мгновенное значение i может быть написано на основании формулы Валлаури следующим образом:

i. - S{DV, + V,, 4- V, sin ( г) /,, .,+ /„,+ /, sin ().

Сложив приведенные выражения и приняв во внимание, что У V, можно написать:

21 + V,, -f- + Уг sin -|- V2sin()

Отклонения прибора в анодной цепи соответствуют среднему значению анодного тока, т. е.

У, i/ia«Jf

Если величина DE-}-Vgi-}-Vg взята такою, что она при любых значениях t всегда больще Л sin -f- Va sin (wi -4- ), TO среднее значение анодного тока / будет оставаться постоянным независимо от фазы и амплитуды переменных сеточных напряжений.

Если же величина Vgi Vg-2 будет взята достаточно малой или, что лучше всего, равной нулю, то среднее значение анодного тока будет равно « Г/Т + + + + -|- /2 Sin(tu -|-i)

dt.

Легко убедиться, что минимум этого-интеграла будет при 0 180°.

Предмет изобретения.

1.Устройство для измерения угла сдвига фаз, в котором исследуемые напряжения подаются на сетки двух катодных ламп, отличающееся тем, что лампы включены последовательно друг с другом таким образом, что общее их сопротивление имеет максимум при угле сдвига фаз между напряжениями, равном 180°.

2.Применение в устройстве по п. 1 програцуированной фазовращательной схемы, с помощью которой осуществляется вращение вектора одного из исследуемых напряжений и производится отсчет измеряемого угла сдвига фаз. (

, 1 ,./I

1 ,л

1

-H ||l|i lsi;| | jliljll l r фиг§f