Вимірювальний механізм і схема електродинамічних фазометрів (стр. 6 из 7)
Серія цих приладів призначена для роботи при температурі навколишнього повітря від -40 до +60°С і відносної вологості до 98%.
Подібний логометр застосовується як вимірювальний механізм й у закордонному електромагнітному фазометрі [Л. 59]. Конструкція й схема його включення в мережу аналогічні фазометрам Э120 й Э144. Трифазному фазометру надається фазорозщепнийпристрій, що забезпечує можливість виміру в однофазних ланцюгах.
Групою авторів [Л. 55] запропонований електромагнітний фазометр, конструкція вимірювального механізму якого представлена на мал. 6. Кільцевиймагнитопровод фазометра 1 обвиває кільцева обмотка підмагнічування, що живитьструмом навантаження й що створює замикається по магнитопроводу пульсуючий магнітний потік намагнічуючі обмотки ω1, ω2збуджені напругою мережі, створюють обертовий магнітний потік.
Рис. 6. Варіант електромагнітного фазометра. а-конструкція; б-принципова схема.
У результаті взаємодії обертового й пульсуючого потоків у магнитопроводе утвориться насичена ділянка, що переміщається по окружності відповідно зміні кутазрушення фаз між потоками. Це у свою чергу викликає поворот поляризованого рухливого елемента 2, виконаного у вигляді діаметрально намагніченого диска. Кільцевий екран 3 захищає вимірювальний механізм від впливу зовнішніх магнітних полів, а також ємагнитопроводом, по якому замикаються потоки обмоток збудження.
Уступаючи електродинамічним фазометрам у точності, електромагнітні фазометри мають ряд переваг, щополягають у можливості побудови чотириквадрантного фазометра зкутом шкали в 360°, трохи меншомуспоживанні потужності й відносно більшому встановлюваному моменті.
Різними авторами запропоновано кілька конструктивних варіантів фазометра індукційної системи.
С. К. Дурникиним запропонований трифазний фазометр, у якому рухлива система двухэлементного індукційного логометра виконана у вигляді укріплених на загальній осі двох фігурних металевих дисків. Кожний з обертаючих елементів впливає на один з дисків, причому обертаючі моменти спрямовані в протилежні сторони. При зміні різниці фаз у досліджуваному колі обертаючі моменти кожного елемента змінюються по різному, і рухлива частина встановлюється в положенні рівноваги, що відповідає певномукутузрушення фаз. Кут шкали приладу досягає 270°, магнитопроводпослідовногокола обох елементів виконаний загальним.
Інший варіант індукційного фазометра запропонований В. В. Смеляковим, М. Е. Бушмииим, Г. М. Сапуновим і С. М. Сергиенко. Магнітна система фазометра складається із двох кільцевихконцентричнихзамкнутихмагнитопроводів. На внутрішньомумагнитопроводі розміщена обмотка збудження, що створює в зовнішньомумагіитопроводі обертове поле, а на зовнішньому - обмотка підмагнічування, що створює пульсуюче поле. При рівності амплітуд магнітних потоків обохполів у зовнішньомумагнитопроводі створюється мала ділянка практично нульового потоку, що переміщається по околі магнитопровода відповідно зміні кутазрушення фаз між двома потоками. Якщо фазометр має рухливу короткозамкнену котушку, що охоплює магнитопровод, то кутзрушення фаз відраховує по куті повороту цієї котушки, що переміщається разом зділянкою нульового потоку. Якщо ж вимірювальна котушка нерухома й у її ланцюг включений нульовий покажчик, то вимірюваний кутзрушення фаз відраховує по куті повороту котушок збудження, які в цьому варіанті приладу повинні бути зроблені рухомі.
Подібний за принципом дії індукційний фазометр може бути побудований на базі логометра Ф. М. Жербіна.
А. А. Степаняном й А. А. Кольцовим запропонований однофазний індукційний фазометр, магнитопровод якого також складається із двох концентричних кільцевих сердечників. Зовнішній сердечник постачений двома паралельно включеними обмотками збудження, щоживляцяструмами, зрушеними на 90°. Ціобмотки створюють у просторі між сердечниками обертове магнітне поле. На внутрішній сердечник надіта короткозамкнена рухлива рамка, що для підвищення чутливості приладу виконана у вигляді вісімки, петлі якої охоплюють діаметрально розташованіділянки внутрішнього сердечника. Контролююче коло приєднане до середніх точок перехресних частин рамки. Для зменшення моменту опору, створюваногострумопровідними провідниками, рамка з'єднується з контрольованим колом додатковим кільцевим трансформатором, первинна обмотка якого включена в контрольований ланцюг, а вторинна виконана у вигляді рухливої рамки, скріпленоїз основною рамкою приладу й з'єднаної із середніми точками її пересічних частин.
Істотних переваг у порівнянні з фазометрами інших систем індукційні фазометри не мають і серійно промисловістю не випускаються.
Цифові фазомитри
Фазометр призначений для виміру кутів зрушення фаз між двома періодично електричними коливаннями, що змінюються, і може бути застосований у радіоаматорській практиці при розробці, регулюванні й експлуатації електронних й електротехнічних апаратів і пристроїв. Пропонований електронний фазометр дає одночасно інформацію про знак і величину кута зрушення фаз, що робить її більше наочної. У приладі вдалося істотно спростити вузли виділення величини й знака кута й сполучити функції окремих елементів.
Основні технічні характеристики
Діапазон вимірюваних кутів зрушення фаз, эл. град 0... 180
Діапазон робочих частот, Гц 10... 104
Діапазон вхідних напруг, В 0,01...50
Діапазон вимірюваних струмів, А. 0,01...2
Погрішність виміру, %, не більше 2
Принципова схема електронного фазометра наведена на мал. 1.
Вхідні напруги Uвх1 й Uвх2 довільні форми (наприклад, синусоїдальні) від вимірюваних кіл через дільники R1VD1VD2 й R2VD3VD4 надходять на вхід формувачів DA1 й DA2 (компаратори напруги) і перетворяться в однополярні прямокутні імпульси з досить крутими фронтами й спадами. Ширина імпульсів відповідає тривалості напівперіоду вхідного сигналу, що ілюструється тимчасовими діаграмами, представленими на мал. 2.
Динамічний D-тригер (DD1) виділяє знак кута зрушення фаз, тобто фіксує в момент формування фронту імпульсу другого вимірювального каналу, використовуваного в даній схемі в якості синхронізуючі (тактового), що випереджає або відстає характер сигналу першого вимірювального каналу, вихід формувача якого з'єднаний з інформаційним входом D-тригера. При цьому синхронізуючий імпульс своїм фронтом переводить D-тригер у стан, обумовлений рівнем напруги на його інформаційному вході в цей момент часу. Тому, якщо вхідна напруга Uвх1 випереджає по фазі напруга Uвх2 на прямому виході D-тригера (висновок 9 DD1.1) установлюється напруга, що відповідає логічній одиниці, а на інверсному виході - логічному нулю.
Вимірник величини кута зрушення фаз реалізований на базі елемента збігу (DD2.2), один із входів якого з'єднаний безпосередньо з виходом формувача DA2, а другий - через інвертор DD2.1 з формувачем DA1 вимірювального каналу. Ширина формованого імпульсу на виході такого елемента пропорційна куту взаємного перекриття вхідних імпульсів, тобто куту зрушення фаз між напругами Uвх1 й Uвх2 що підтверджується тимчасовими діаграмами на мал. 2. Об'єднання інформації про величину й знак кута в розглянутій схемі здійснюється за рахунок введення в її сполуку ще одного елемента збігу (DD2.3), що виконує тієї ж функції виміру величини кута, що й описаний вище. Однак кожний із цих елементів 3И-НІ (DD2.2 й DD2.3) одним зі своїх входів з'єднаний відповідно із прямим й інверсним виходами D-тригера, у результаті чого останній і визначає, на виході якого з елементів збігу виділяється імпульс, по ширині дорівнює куту зрушення фаз.
Вимірювальний прилад РА1 включений між виходами елементів збігу DD2.2 й DD2.3, створюючи при цьому диференціальну схему, внаслідок чого його стрілка буде відхилятися убік, обумовлену знайомий кута, і на кут, що відповідає куту зрушення фаз між напругами Uвх1 й Uвх2. Конденсатор С1, включений паралельно індикатору PA1, призначений для зменшення пульсації стрілки при вимірах на низьких частотах.
Побудова вхідних кіл фазометра дозволяє вимірювати кут зрушення фаз не тільки між двома напругами, але й між струмом і напругою або між двома струмами, для чого вхідні дільники постачені відповідними висновками.
Рис. 1 Принципова схема
Конструкція й деталі.
Електронний фазометр виконаний у вигляді окремого блоку. На лицьову панель виведені вхідні клеми вимірювальних каналів, мікроамперметр, шкала якого проградуйована в ел. град., і вимикач живильної мережі. Елементи приладу змонтовані на друкованій платі, виготовленої з однобічного фольгированного стеклотекстолита товщиною 1,5 мм і закріпленої безпосередньо на вимірювальних затисках мікроамперметра. Сполуки друкованої плати із вхідними клемами приладу виконані екранованим провідником, що викликано забезпеченням його поміхостійкості.
У пристрої використані резистори МЛТ і СП3-16 (R5), конденсатор С1 - типу МБМ, а як індикатор PA1 - мікроамперметр типу М906 із двосторонньою шкалою 50-0-50 мка.
Замість зазначених у пристрої можуть бути використані мікросхеми інших серій аналогічного функціонального призначення при відповідному виборі їхній живлячої напруги. Формувачі однополярних імпульсів DA1 й DA2 можуть бути виконані не тільки на базі функціональних мікросхем ДО554СА3 або 521СА3, але й на операційних підсилювачах або транзисторних каскадах, що працюють у ключовому режимі й забезпечують необхідній крутості формованих фронтів імпульсів. Діоди VD1 - VD4 вибираються з умов протікання по них довгостроково вимірюваного струму. Якщо ж фазометр призначений для виміру зрушення фаз тільки між двома напругами, то зазначені діоди можна замінити будь-якими іншими без пред'явлення вимог по струму й про зворотну напругу.