Способ измерения углов сдвига фаз Советский патент 1935 года по МПК G01R25/00 

Предлагаемое изобретение касается способа измерения углов сдвига фаз в широком дианазоне частот.

На чертеже фиг. 2, 3 и 5 изображают различные схемы соединения для измерения по предлагаемому способу; фиг. 1 и 4-векторные диаграммы, поясняющие его сущность.

Если мы имеем некоторую электродвижущую силу е, представленную на фиг. 1 в виде вектора ОА, сдвинутую по фазе относительно другой э.д.с. Е, представленной в виде вектора ОБ, на некоторый угол ср, то разность этих э.д.с. изобразится в виде вектора АВ, замыкающего концы векторов ОА и ОВ.

Если мы будем изменять по величине, один из векторов, например ОВ, не изменяя его по фазе, то конец его будет перемещаться из точки В в точки и т. д.; при этом разность векторов АВ, АВ-, АВ, АВ и т. д., изменяясь по своей величине и направлению, будет иметь минимум тогда, когда этот вектор окажется перпендикулярным к вектору ОВ. Величина его АВ будет равна величине вектора ОВ, помноженного на тангенс угла сдвига между векторами. Величина же вектора ОА будет равна величине вектора ОВ, деленной на контангенс угла сдвига между векторами. Таким образом, если мы соединим последовательно источники э.д.с. е и Е

1281)

так, чтобы последние вычитались, и будем изменять величину одной из слагаемых Е, например, при помощи потенциометра, как это показано на фиг. 2, то, отметив на приборе Я, измеряющем разность э.д.с., минимальное показание и измерив величину одной из э.д.с., мы можем определить величину и фазу дпугой э.д.с. Чтобы уменьшить влияние неточности измерительного прибора /7, которое будет особенно сильно сказываться при измерении малых углов сдвига фаз, можно несколько изменить предлагаемый способ; для этого, отметив минимальное показание прибора Я, измеряющего разность э.д.с., и соответствующее ему положение движка потенциометра . выключим источник э.д.с. е так, что прибор Я будет измерять величину только одной включенной при номощи потенциометра э.д.с. Е, после чего изменим эту э.д.с перемещая движок потенциометра до тех пор, пока показание прибора Я не сравнится с полученным ранее минимальным показанием. Отношение длины участка потенциометра до нового положения движка потенциометра D к длине участка потенциометра между его началом и прежним положением движка и будет,

очевидно.равно,отношению векторовЛ5о и OSo, т. е. тангенсу угла сдвига фаз.

Можно воспользоваться также и нулевым методом. Для этого надо включить обе э.д.с. при помощи потенциометров по схеме фиг. 3. Соответствующая этому случаю векторная диаграмма представлена на фиг. 4. Изменяя величину э.д.с. е и передвигая движок d до тех пор, пока прибор /7, измеряющий разность э.д.с., не покажет минимума, мы получим э.д.с., изображенную на фиг. 4 вектором OAf. Изменяя затем э.д.с. Д передвигая движок D до тех пор, пока прибор П снова не покажет минимума, мы получим э.д.с., изображенную вектором Отношение разности векторов ОВ и OS,, к вектору OS, равное отношению разности показаний D и DO к показанию D движка потенциометра будет, как легко показать, равно квадрату синуса угла сдвига фаз.

Предлагаемый способ может быть применен к измерению углов сдвига фаз не только между двумя напряжениями, но и между напряжением и током или двумя токами, для чего необходимо измерять углы сдвига фаз между падениями напряжений, создаваемых на омических сопротивлениях соответствующими токами.

Этот же способ может быть применен для измерения углов сдвига фаз создаваемых усилителями и различными передающими устройствами, для чего может быть применена схема, изображенная на фиг. 5.

Как видно из схемы, задача сводится к измерению угла сдвига фаз между напряжением на выходе усилителя и падением напряжения на некотором омическом сопротивлении, включенном последовательно с сопротивлением на входе усилителя, со стороны его нулевой точки так, что через них проходит один и тот же ток. При таком включении устраняется обратная связь, которая могла бы иметь место при непосредственном измерении сдвига фаз между входом и выходом усилителя благодаря конечной величине сопротивления прибора П. Число ламп в усилителе при этом включении должно быть нечетным. Для больщей точности измерения измерительный прибор /7 должен быть во всех описанных случаях возможно большего сопротивления и возможно большей чувствительности. Лучше всего этому условию удовлетворяет ламповый вольтметр с предварительным усилени-ем. В этом случае величины сопротивлений, входящих в измерительную схему (потенциометры), могут быть сделаны весьма малыми, что дает возможность измерять углы сдвига фазы в очень широком диапазоне частот, так как постоянные времени этих сопротивлений, шунтированные паразитными емкостями, будут также весьма малы. Главным источником ошибок при этом методе будут гармоники измеряемых токов и напряжений, которые поэтому должны быть по возможности уменьшены. По этой же причине при измерении углов сдвига фаз усилителя необходимо заботиться об его линейности.

Предмет изобретения.

1.Способ измерения углов сдвига фаз электродвижущих сил, отличающийся тем, что, соединив последовательно источники э.д.с., сдвиг фазы между которыми измеряется таким образом, чтобы эти э.д.с. вычитались, изменяют одну из слагаемых э.д.с. до тех пор, пока прибор, измеряющий их разность, не покажет минимума, после чего по найденному минимальному значению и по величине одной из слагаемых э.д.с. определяют величину второй э.д.с. и сдвиг фаз между ними.

2.Прием осуществления способа по п. 1, отличающийся тем, что по достижении минимального значения разности э.д.с. выключают вторую из них, а затем меняют при помощи потенциометра величину первой э.д.с. до получения первоначального минимального отклонения прибора, после чего величину тангенса угла сдвига фаз определяют как отношения длины участков потенциометра при обоих измерениях.

3.Видоизменение способа по п. 1, отличающееся тем, что при помощи потенциометров поочередно меняют величины обоих включенных навстречу друг другу э.д.с. до достижения в каждом случае минимального отклонения измеряющего их разность прибора, после чего сдвиг фазы определяют по отношению разности начального и последующего показаний одного из градуированных потенциометров к начальному его показанию, равному квадрату синуса угла сдвига фаз между э.д.с.

4. Прием осуществления способа по пп. 1-3 для определения углов сдвига фаз в целях усилителей и различных передающих устройств, отличающийся тем, что измеряют сдвиг фаз между напряжением на выходе усилительного или другого передающего устройства и падением напряжения на некотором активном сопротивлении, включенном последовательно с сопротивлением на входе усилителя или другого передающего устройства, со стороны нулевой точки этого устройства таким образом, чтобы через них проходил один и тот же ток.