Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian trong kỹ thuật đo lường

Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian Để biểu thị đặc tính của thiết bị điện tử, ví dụ như đặc tính méo pha, thì một số thiết bị đã xét tới quan hệ biến thiên của pha theo tần s

Đề tài:

Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian

Trường Đại Học Điện Lực

Khoa Điện tử viễn thông

Đo di pha bằng phương pháp đo

khoảng thời gian

I.Tìm hiểu chung

Khái niệm đo độ di pha

Khái niệm về pha được gắn liền với khái niệm về dạo động điều hòa Bất cứ một dạo động điện từ nào có dạng:

u = Umsin( ωt + φ)

Cũng được biểu thị được bằng các đặc tính: biên độ, tần số và pha Pha của dao động ở đây là: α = ( ωt + φ ), nó gồm 2 thành phần ωt là trị số pha tức thời, và là hàm số biến đổi bậc nhất theo thời gian; φ Là trị số pha ban đầu, là một hằng số.

Khái niệm đo độ di pha

Pha cũng đc đo bằng đơn vị radian hay độ.

Trị số pha ban đầu của một dao động trên thực tế chẳng có ý nghĩa gì đặc biệt; bởi vì ta có thể tịnh tiến gốc thời gian để cho trị số đó bằng 0 cũng được( ở hình bên ta có thể tịnh tiến gốc thời gian từ điểm O tớ điểm O’, thì pha ban đầu của dao động bằng 0) Với hai dao động có cùng tần số và có trị số pha ban đầu khác nhau như:

Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian

Ta có khái niệm về đọ di pha của hai dao động cùng tần số

Nó là hiệu số pha ban đầu của hai dao động, và là một hằng số, không phụ thuộc vào thơì gian.

Đo di pha bằng phương pháp đo

khoảng thời gian

Như vậy, khái niệm về vấn đề đo pha của tín hiện chủ yếu là đo độ di pha của tín hiệu, chứ không phải đo trị số pha ban đầu

Khi có một dao động điện từ được truyền dẫn qua một mạch, thì do phản ứng mạch( của các phần tử quán tính, của các đèn điện tử, đèn bán dẫn ) mà làm cho tín hiệu bị di pha Khi tính toán điều chỉnh thết bị cần phải đo được

độ di pha này Ngày nay trong kĩ thuật điện tử và thông tin người ta dùng khá nhiều phương thức điều chế pha, do vậy vấn đề đo pha ở trường hợp này đã trở thành phép đo cơ bản khi thực hiện điều chỉnh cũng như khai thác thiết bị

Đo di pha bằng phương pháp đo

khoảng thời gian

Để biểu thị đặc tính của thiết bị điện tử, ví dụ như đặc tính méo pha, thì một số thiết bị đã xét tới quan hệ biến thiên của pha theo tần số.Quan hệ phụ

thuộc này gọi là đặc tính pha( hay đặc tính pha tần số) Nó là quan hệ của

độ di pha giữa điện áp đầu ra và đầu vào trong dài tần số công tác của thiết bị

Đo di pha bằng phương

pháp đo khoảng thời gian

Cũng cần lưu ý khái niệm di pha ở đây chỉ được dùng với các dao động điều hòa có tần số bằng nhau như các dạng hàm số sin hay cosin

Nếu hai dao động có tần số khác nhau, ví dụ ω1 và ω2 thì độ di pha của chúng bằng:

φ = ω1t + φ1 - ω2t – φ2 = ( ω1 – ω2)t + φ1 – φ2

Từ công thức trên ta thấy độ di pha phụ thuộc vào thời gian nên vấn

đề đo thông số này hầu như vô nghĩa.

Đo di pha bằng phương

pháp đo khoảng thời gian

Với các dao động điện áp có dạng không sin( kể cả điện áp xung), thì

độ di pha của chúng được xác định với thành phần sóng hài bậc nhất Song thông dụng hơn, thì phép đo độ di pha ở đây được biểu thị thay thế bằng độ chênh lệch thời gian ΔT giữa hai quá trình dao động Nó được tính bằng khoảng cách giữa các điểm có trị số bằng không khi quá trình biến đổi tính từ cac giá trị âm chuyển sang các giá trị dương

Đo di pha bằng phương

pháp đo khoảng thời gian

Muốn đo độ di pha thì dùng các thiết

bị đo pha( hay pha mét) Bản thân các thiết bị đo pha cũng được

khắc độ bằng sự xác định độ di pha của nó Các phương pháp đo pha và các thiết bị đo pha phụ

thuộc chủ yếu vào tần đoạn và vào các yêu cầu về độ chính xác của phép đo

Các phương pháp đo pha cơ bản là: phương pháp vẽ dao động đồ, phương pháp biến đổi di pha

thành dạng thời gian, phương

pháp biến đổi đọ di pha thành điện

áp, phương pháp biến đổi tần số

và phương pháp bù Như vậy với các phương pháp đo này thì phép

đo độ di pha trở thành các phép

đo khoảng thời gian, đo điện áp,

II Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng

thời gian

Nguyên lý:

Là biến đổi điện áp có dạng hình sin

thành các xung nhọn tương ứng với

các thời điểm mà điện áp biến đổi

qua trị số bằng 0 với giá trị đạo hàm

cùng dấu, Khoảng thời gian giữa hai

xung gần nhau của hai điện áp đo, tỉ

lệ với góc đo di pha của chúng( hình

bên).

Dùng các biểu thức đã biết:

ω = 2π/T và φ = ωΔT.ta có thể tính

được góc di pha φ khi đã đo được tỉ

số khoảng thời gian ΔT/T

Đo di pha bằng phương

pháp đo khoảng thời gian

Phương pháp đo này được dùng tương đối nhiều để đo pha Hầu hết các loại pha mét thông dụng thì được cấu tạo theo nguyên lý này, sự khác nhau giữa chúng là cách thức đo khoảng thời gian

Ta xét kĩ hơn về phương pháp đo này:

a Pha mét dùng mạch trigơ:

Pha mét có 2 đầu vào riêng, mỗi đầu là 1 mạch tạo dạng xung, để biến điện

áp hình sin thành các xung nhọn tương ứng

Mỗi mạch tạo dạng xung thường bao gồm: bộ khuyếch đại, bộ hạn chế, mạch

vi phân và bộ hạn chế một phía Như vậy điện áp đo pha có dạng điều hòa được biến thành các xung nhọn có tính cực dương và sườn khá dốc

Khoảng thời gian tương ứng giữa hai điện áp này được đo bằng mạch trigơ, ở trên anôt một đèn của mạch trigơ có mắc đồng hồ từ điện V để chỉ thị

Đo di pha bằng phương pháp

đo khoảng thời gian

Nguyên lý đó thời gian bằng mạch trigơ là ở trạng thái trước khi đo, không có dòng điện chạy qua đồng hồ chỉ thị Hai đầu của pha mét có hai điện áp hình sin đưa vào( mà ta cần đo độ di pha của hai điện áp này), thì ở đầu ra của một đường có xuất hiện một xung dương Xung này kích bộ trigơ

chuyển đổi trạng thái Lúc này bắt đầu có dòng điện chạy qua đồng hồ chị thị V, sau một khoảng thời gian ΔT, tương ứng với độ di pha cần đo, thì ở đầu ra của đường thứ hai có xuất hiện một xung dương khác Lúc này lại kích bộ trigơ, làm cho trigơ chuyển trạng thái trở về trạng thái ban đầu

Dòng điện qua đồng hồ lại bị cắt mất đi Sau một thời gian bằng chu kì T thì quá trình được lặp lại

Đo di pha bằng phương pháp

đo khoảng thời gian

Như vậy trị số trung bình của dòng điện đo bằng đồng hồ từ điện V là:

Io = Im( ΔT/T).

Từ đây ta có φ = 360( I0/Im).

Từ biểu thức trên ta thấy quan hệ giữa trị số pha φ và I0 là đường

thẳng Như vậy thang của đồng hồ có thể trực tiếp khắc độ theo đơn vị Khả năng phân biệt của đồng hồ bằng: Δφ = ( 360/Im) ΔI0Sai số đo của pha mét này khoảng chừng 1÷3%.

Đo di pha bằng phương pháp

đo khoảng thời gian

b Pha mét dùng mạch đa hài đồng bộ: Pha mét này có cấu tạo như hình dưới:

Pha mét này có tính năng tăng tốc độ nhạy gấp đôi so với pha mét dùng mạch trigơ Loại này cũng có hai đầu vào riêng biệt nhau Ở cả hai đầu vào, điện áp có dạng hình sin được biến đổi thành các xung vuông nhờ các bộ khuếch đại hạn chế và đa hài đồng bộ A và B Các chu kì dao động bản thân của bộ đa hài được chọn sao cho nó lớn hơn chu kì của điện áp có tần số thấp nhất Các xung vuông của hai đường cùng được đưa chung tới mạch vi phân phân bố Các xung ở đầu ra của mạch này được đưa tới khống chế hai bộ đa hài đồng bộ I và II Đầu ra của hai bộ

đa hài này được đưa tới 1 mạch tổng hợp, mạch này có có đồng hồ để

đo khoảng thời gian chênh lệch giữa các xung, cũng tức là góc di pha φ

của hai điện áp

Đo di pha bằng phương

pháp đo khoảng thời gian

Mạch vi phân phân bố ở đây được cấu tạo sao cho để cho đầu ra của

nó đưa tới đầu vào của bộ đa hài đồng bộ I chỉ là các xung nhọn dương, tương ứng với sườn trước của xung vuông đường thứ nhất

và các xung nhọn âm, tương ứng với sườn sau của xung vuông đường thứ hai.Còn đưa tới bộ đa hài đồng bộ II, chỉ là các xung

vuông của đường thứ hai và xung âm của đương thứ nhất.Các

xung này khống chế công tác của các mạch đa hài đồng bộ I và II,

và xác định độ rộng của các xung vuông đưa ra.

Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian

Đo di pha bằng phương pháp

đo khoảng thời gian

Từ hình bên ta thấy trị số trung bình của dòng điện qua từ đồng hồ điện tỉ lệ với trị số:

phận đo đếm số xung

CÁM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý

LẮNG NGHE!