Измерение погрешности электронным фазометром на основе логического элемента
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
), потому на практике учитываются лишь некоторые из возможных факторов, а остальные оцениваются приближённо. Необходимо заметить, что часто ставится задача оптимальности подбора элементов в измерительную цепь. При этом приходится решать, какая точность является первостепенной: точность в значении результатов или актуальность этих результатов (по времени получения). Как покажет дальнейшее исследование, иногда это взаимоисключающие параметры.
2.2 Ошибка запаздывания
Ошибки, связанные с запаздыванием обычно являются динамическими, то есть меняющимися, но часто их можно назвать условно статическими, если запаздывание с небольшой погрешностью является константой, то есть практически постоянным на больших временах использования измерительной системы. Отличие "почти статического" запаздывания от "почти статической" погрешности износа, например, упоминавшейся ранее, в том, что оно практически постоянно на больших временах и не имеет тенденции роста или уменьшения. Именно такое запаздывание можно наблюдать и регистрировать, как будет описано далее. Если время запаздывания может существенно меняться (например, в триггерных схемах сигнал может пойти по разным путям с разными параметрами происхождения) непрерывно или скачкообразно, то возможность его учёта усложняется, хотя остаётся реальной. Выясним, каким бывает запаздывание. Существуют ограничения увеличения быстродействия некоторых процессов, например, переходных в р-n переходе, которые мы не можем ни корить, ни замедлить. Их невозможно регулировать, так как их параметры заложены в конструкции схемы или прибора. Есть процессы, затраты по времени в которых можно существенно сократить, то есть они регулируемые. Это касается, например, переходных процессов во внешней цепи между каскадами в усилительных схемах (путём постановки в цепь разделительного конденсатора проблему можно решить). Таким образом, измерительная система позволяет отрегулировать время задержки, либо учитывать его. B разветвлённых цепях часто встречается ошибка запаздывания, связанная с тем, что некоторая часть сигнала (импульс) может быть потерян из-за помехи.
2.3Электронный фазометр
Фазометр предназначен для измерения сдвига фаз между изменяющимися периодически электрическими колебаниями и может быть применён в радиолюбительской практике, в настоящее время измерение сдвига фаз с помощью электронного фазометра. Предлагаемый электронный фазометр даёт одновременно информацию о знаке и величине угла сдвига фаз, что делает её более наглядной.
В приборе удалось существенно упростить узлы выделения величины и знака угла и совместить
Рис.1 Временная диаграмма функции отдельных элементов.
Входные напряжения Uвх1 и Uвх2 произвольной формы (например, синусоидальных) поступают на вход формирователей DA1 и DA2 (компараторы напряжения) и преобразуются в однополярные прямоугольные импульсы с достаточно крутыми фронтами и спадами. Ширина импульсов соответствует длительности полупериода входного сигнала, что иллюстрируется на рис.1.
Динамический D -триггер выделяет знак угла сдвига фаз, т.е. фиксирует в момент формирование фронта импульса второго измерительного канала, используемого в данной схеме в качестве синхронизирующего, опережающий или отстающий характер сигнала первого измерительного канала, выход формирователя которого соединён с информационным входом D-триггера. При этом синхронизирующий импульс своим фронтом переводит D-триггер в состояние, определяемое уровнем напряжения на его информационном входе в данный момент времени. Поэтому, если входное напряжение Uвх1 опережает по фазе напряжение Uвх2 , то на прямом выходе D-триггера устанавливается напряжение, соответствующее логической единице, а на инверсном входе - логическому нулю.
Измеритель величины угла сдвига фаз реализован на базе элемента совпадения, один из входов которого соединён непосредственно с выходом формирователя DA2, а второй - через инвертор с формирователем измерительного канала. Ширина формируемого импульса на выходе такого элемента пропорциональна углу взаимного перекрытия входных импульсов. Объединение информации о величине и знаке угла в рассматриваемой схеме осуществляется за счёт введение в её состав ещё одного элемента совпадения, выполняющего те же функции измерения величины угла, что и описанный выше.
электронный фазометр погрешность колебание
3. Практическая часть
Для проведения эксперимента была собрана установка, в которой на один вход электронного фазометра подавался сигнал от источника, а на второй вход сигнал, прошедший через RC или LC контура. Далее на фазометре снимались показания: в какую сторону и на сколько отклонялась стрелка. Для объективности эксперимента, показания с фазометра снимались для разных значений R и C для RC-контура и L и C для LC-контура, измерения были сделаны на частотах f=500Гц, f=5КГц, f=50КГц.
График 1. Измеренное значение сдвига фаз и теоретическое для RC-контура.
График 2. Измеренное значение сдвига фаз и теоретическое для LC-контура.
Теперь для тех же значений рассчитаем сдвиг фаз теоретически.
Рассмотрим возникновение такого сдвига фаз на примере цепочки с ёмкостью (сложные схемы содержат наборы индуктивностей и емкостей). Пусть цепь содержит катушку индуктивности, сопротивление и источник: переменного тока.
Напряжение в цепи синусо?/p>