Приборы для измерения фазы

Проблема измерения фазы возникает в промышленных установках, как между двумя когерентными напряжениями, так и между напряжением с током в одной цепи.

Рис.. Когерентные напряжения.

Когерентные U₁ и U₂ – сигналы, полученные от первого источника. Необходимость в анализе сдвига по фазе между двумя напряжениями возникает для анализа равномерности двух линий. Для определения сдвига по фазе необходимо оценить величину ∆t – временной интервалом между однотипными точками двух напряжений.

Поскольку ∆t – временной интервал, то для измерения сдвига по фазе между двумя напряжениями можно использовать электронный осциллограф, а лучше электронный частотомер, у которого имеется два входа для U₁, U₂.

Аналогично первому измерению (U₁ - U₂) можно определить U₁ (на измеренном резисторе) и U₂ (на нагрузке).

Рис.. Схема измерения сдвига по фазе с

использованием электронного осциллографа.

Метод Эллипса.

Исследуемое напряжение подается на пластины Х и У осциллографа и в случае разности по фазе на экране наблюдается эллипс, наклон которого и фазовый сдвиг.

Рис.. Схема измерения сдвига по фазе с

использованием метода Эллипса.

Вычисляют наибольшую высоту и ширину сигнала, эллипс может иметь различный наклон, поэтому знак разности не определяется. Интервал от 0 до 180 о амплитуда сигнала U1 и U2 различны. (Если они одинаковы, то получим круг). Осциллографические методы используются для оценки фазового сдвига (точность не выше 5-10 %).

Цифровой метод.

Цифровой фазометр использует принцип временного интервала между двумя сигналами.

Рис.. Измерение сдвига между двумя сигналами.

В момент перехода через 0 U₁ формируется начало импульса, конец которого в момент перехода через 0 U₂. Отсчет интервала Δ T по известному методу частотомера. Этот метод непосредственной оценки (то есть значение в единицах измеряемой величины) системной точки.

Измерение угла между током и напряжением.

Косвенный метод. Измеряем ток I, напряжение U и мощность P. По результату 3-х измерений вычисляем угол сдвига фаз как: .

Для прямых измерений угла сдвига между током и напряжением чаще всего используют электромеханические приборы, например, электродинамический фазометр с двумя катушками (электродинамический логометр). Идея измерения формируется два токовых сигнала различные по фазе. В одной цепи активное сопротивление, в другой цепи – реактивное (индуктивность).

Рис.. Схема измерения сдвига по фазе с

использованием электродинамического фазометра.

Приборы выпускают как в переносном, так и в стационарном варианте исполнения. Недостатки:

1. Не высокая точность (угол отклонения небольшой).

2. Подвижные катушки занимают определенный угол, зависящий от фазного сдвига.

Существует второй тип электромеханических приборов для измерения угла сдвига по фазе – ВАФ-85 (вольт-ампер-фазометр). В основе ВАФ-85: амперметр/вольтметр для измерения тока и напряжения и встроенный индикатор на основе сельсина. Прибор ВАФ-85 распространены в линейных службах (переносные, для регламентов и т.д.).

Для измерения сдвига по фазе используют стационарные приборы: цифровые и электродинамические; переносные измерители фазы – в большинстве типа ВАФ-85.