KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG: CHƯƠNG 7: ĐO TẦN SỐ GÓC LỆCH PHA

CHƯƠNG ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC LỆCH PHA 5.1 ĐO TẦN SỒ : 1.Khái niệm chung : Một tín hiệu dao động thường biểu diễn : x Xmax ϕ t *Trong : x(t) = Xmax Sin(t + - Xmax : Biên độ tín T -Xmax ϕ) hiệu - ω : Tần số góc tín hiệu - (ω.t + ϕ) : pha tín hiệu * Chu kỳ : - ϕ : Pha ban đầu (T) Là khoảng thời gian ngắn để tín hiệu lập lại chiều trị số ban đầu * Tần số : (f) f =1 Là số chu kỳ giây (Hz)T Phương pháp gián tiếp : • đo * Dùng phần tử thụ động : •Các phần tử thụ động phần tử mà trị số chúng thay đổi theo tần số Thường cácAtụ điện cuộn cảm mẫu A fx Lm V XLm = fx U I V Cm U I I fx = 2.π.U.Cm XCm = U fx = 2.π.I.Lm •* Dùng W.meùt, V.meùt, A.meùt : A fx W V Lm 2 (U/I) -(Pw/I ) fx = 2.π.Lm Cm fx = 1/ 2.π.Cm (U/I)2-(Pw/ Tần số kế cộng hưởng điện-từ (bản run Lõi thép a Cấu tạo : Thanh rung gồm nam châm điện có cuộn dây Cuộn da quấn Trên mạch từ hình Lá rung chữ U,một miếng sắt gắn chặt với rung, 47 48 4950 51 52 rung có gắn rung có tần số dao động riêng b Nguyên lý : fo khác nhau, Tín hiệu đầu cáccó tần số fx cần đo đặt vào nam điện, từ trường rung châm có gắn miếng kim NCĐ sẽđó hút miếng sắt lực với tần loại số fx tạo nên động làm phủ lớp dao chất phát quang dễ quan rung rung Lá rung tần số Tần sốđể kế điện từ có cấu tạo đơncó giản,rẻ sắt fXHạn = 2.f rung với đo hẹp ( 45rung ÷ 65dao Hz ), sai số ±1,5-2,5% khô động biên độä cực đại Căn vào biên Nơi có độ rung lớn vàcứ thiết bị độ di chuyển rung mà suy f cần đo Tần số kế cộng hưởng lô gômét (tỷ so a Tần số lôgômét điện động (sắt điện động) : * Cấu tạo : B1 B2 A Cuộn tónh A mắc nối tiếp I2 với cuộn động B2 R2 ~U nối tiếp với phần tử fx I1 L2 * 2Nguyên lý cuộn : R ,L2,C2 Còn C1 Các thông số cuộn tónh động B1 mắc nối tiếp với C1 C2 A ,R2, L2, C2 B2 chọn cho tạo Ux cộng hưởng f20 = 2π I=I2 I2 mạch có (Hz) tần số ϕ2 2.C2 gía trị trung bình góc quay tỷ số L kế : I1.cosψ dải tần cần ψ2 α = ( ño )= f(fx) I2.cosψ Thang đo tỷ số kế khắc độI1 theo tần số cần đo Giới hạn đo khoảng 50 ÷ 1500 Hz b Tần số lôgômét điện từ : A I2 R2 L2 C2 * Cấu tạo : - Cuộn dây A mắc B Ufx I1 R L1 nối tiếp với R1, L1 - Cuộn dây B mắc nối tiếp với R2, L2, C2 * Nguyên lý : Vì cuộn dây mắc với phấn tử có đặc tính khác phụ thuộc vào tần số nên dòng điện nhánh I1 = Ufx/Z1 = I2 = Ufx/Z2 = phụ thuộc vào tần số f (f ) f2(fx) = f(I1/I2) f(f1(fx)/f2(fx) = F(fx) x Góc quay tỷ α số kế : = Thang đo tỷ số kế khắc độ theo tần số cần đo giới hạn đo khoảng 450 ÷ 550 Hz b Tần số lôgômét từ điện : * Cấu tạo : L - Cuộn dây thứ R C I2 I1 nối với L1, C1 Ufx mạch chỉnh lưu - Cuộn dây thứ hai D D D nối với R2, * Nguyên lý : mạch chỉnh lưu - Dòng điện I1 phụ vào tân số : I1 = Ufx/Z1 = f(fx) - Dòng điện I2 không phụ thuộc vào tần số I2 =quay Ufx/(rcủa =a Góc 2+R2)tỷ số kế : α = I1/I2 = f(fX)/a) = 1 f(fx) Thang đo tỷ số kế khắc độ theo tần số cần đo D2 Tần số điện tử : sốK kế dung -a.KhiTần khóa vịđiện trí số đổi nối điện tử : điện áp Tụ C nạp đến R2 R1 fx U1 K E - Khi khoá K vị trí số C2 Tụ C phóng điện qua thị từ điện đến điện áp Điện lượng mà tụ nhận nạp U 2 Im q = C.(U1 – U2) Neáu khóa K đóng mở mạch điện tử v Của điện áp điều khiển điện lượng qua ch trung bình dòng phóng tụ chu k I = q.fx = C.(U1 – U2).f = k.f x x Thang đo thị từ điện khắc độ theo tần so b Tần số kế điện dung chỉnh lưu : C D2 Điện áp Ufx có tần số fx Tạo Ufx cần đo đưa vào D1 xung tạo xung để có xung vuông có tần số fx Khi xung tồn tụ điện Khi xung, tụ điện phóng điện qua D2 nạp qua D1 Góc lệch thị tỷ lệ với dòng điện trung α = Si.I = Si.q.fx = Si.C.Um.fx = k.fx Thang đo thị từ điện khắc độ theo tần Tần số thị số : a Sơ khối : Ufx đô Bộ vào Bộ T.X fx K Đ.K fx Bộ đếm Chỉ thị Số X - Tín hiệu có tần sốBộ cần đo fx qua thếit bị FXC b Chia fđểf đầuNguyên vào tạo xung lý : Có xung có tần số fx với biên độ không đổi đưa vào khóa điện tử K - Khi FXC qua điểm lần thứ 1, phát xung lệnh cho mạch điều khiển làm việc, mạch điều khiển phát xung mở khóa K để xung có tần số fx vào đếm, đồng thời phát xung lệch cho xóa, xóa hết giá trị đếm đếm bắt đầu đếm từ trở - Khi FXC qua điểm lần (xác định thời gian Tđo, phát xung tác động đến ĐK Số xung mà máy đếm : N = Tx/Tđo = k.To/Tx = x/f0 Nếu thời k.f gian đo Tđo có giá tri N = fx Sai Tđo số = 1sphép : đo nhỏ fx lớn lớn đo tần số thấp Để f0 đo khắc phục tầnChỉ sốthị theo * Sơ đôsai số f0 người ta Bộ FXC K đếm Số PPkhối chu kỳ : Đ.K X Bộ Ufx Bộ vào T.X fx * Nguyên lý Tín hiệu cần đo qua vào để tạo xung : chu kỳ T vào điều khiển ĐK có x để đóng mở khoá K Thời gian khóa K mở khoảng thời gian Tx thời gian đo Khi K mở xung có tần số f0 từ FXC Tđo N = Tx/T vào đếm thị o = Số xung fx = fo/N fo/fx đếm : Đo tần số phương pháp cầu đo : ( cầu a Sơ đô : b Nguyên lý : C1 R1 R3 Cầu cân : Z1.Z3 = C3 Z Với - 1/Z1 = 1/R1 + 2.Z4 : j.ω.C1 R4 R2 - Z2 = R2 - Z3 = R3 – j/ω.C3 R4.R1/(1 + j.ω.R1.C1) = R2.(R3 – - Ta Z4 = R4 j/ω.C R4/R23) = R3/R1 + C1/C3 + j.(C1.R3 – coù : j/ω.R C ) R4/R2 = R3/R1 + Nếu thực C13/C ω.R C31 = R1 =được R3 = :R C1 = 1/ω.R ω = 1.C3 C3 = C Thì fx = / R1.R3.C1.C3 : 2.π.R.C Khi C = const fX = k.(1/R) Để cầu đo dễ cân bằng, dạng tín hiệu phải họa tần Điều thực cách nối tiếp thị không cầu cân bằng mạch lọc Cấu “T” đôi (mạch lọc T đôi) f Cầu cân có x điều ω 2kiện R22.C1:.C2 = Sơ đồ cầu 2 2.ω2 X.C 1.R1.R2 T đôi =1 Khi R2 = 2.R1 C2 = 2.C1 Thì ω = 1/ = 1/ = 1/ X : 2 2 ω = 1/ (C 2.R ) 4.C R (2.C R R ) X 1 1 1 fX = 1/ (4.π.C1.R1) (2.C1.R1) Phương pháp đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm KHz với sai số từ (0,5 ÷ 1)% Sai số phụ thuộc vào độ xác phần tử độ nhạy phận thị cân cầu 7 Đo tần số Dao động ký : a Phương pháp thời gian Tầnkỳ) số :fx đưa vào -(chu trục Y - Điều chỉnh nút điều khiển DĐK để OSCcủa xuất Tínhtrên chu kỳ tínhiện hiệu : dạng tín hiệu Tx = Sx.n fx = 1/Tx OPSILLOCOPE OSC fx Y -Sx : số đọc nút     điều     chænh t/DIV hay t/cm         - n : số số cm         Ví dụ : - Sx : 1µs/ô (cm) - n = 6oâ (6cm) X                                                               Tx           Tx = 1µs.6cm/cm = 6µs fx = 1/Tx = 1/6.10-6 fx = 16,6.103 = 16,6 KHz b Phương pháp đường OPSILLOCOPE lisajiu : Tần số fx đưa vào trục Y -sáng OSC Tần số f đưa vào trục X o - Trên OSC xuất fx Y X f0 đường sáng - Điều chỉnh tần số máy phát f0 để đường sáng ổn Y định - Đường sáng đứng yên tần số tín hiệu X chuẩn f0 cần đo fx hay tỉ số f Y Ta có : x - X : Số giao điểm đường sáng với t = số nguyên Y : Số giao điểm đường sáng với X -X,Y - Kẻ trục ftọa độ cắt Ví dụ : ởÛ hình đường sáng,đếm số giao Y f = f0 x=6 điểm củaxtrục tọa độ với fx = f0 X Y=4 đường sáng c Phương pháp quét : f đưa vào Tần số -vòng quay pha R,C để có hai điện áp lệch pha góc 900 Hai điện áp đưa vào cực Y, X f0 - Trên OSC dao động ký xuất đường sáng có dạng hình tròn - Tần số fx đưa vào Tiều có : khiển fx = m.f cực sáng tối dao động ký m : số vạch sáng tối - Trên OSC xuất vạch sáng tối xen kẽ Ví dụ : fx = 4.f0 - Đếm số vạch sáng fx OPSILLOCOPE OSC Y R2 X C2 vạch tối vạch sán 5.2 ĐO GÓC LỆCH PHA : 1.Khái niệm chung : Hai dao động có tần số x1 = X1max sin(t + ϕ1x) = X sin(t + 2 2max ϕ2) Góc lệch pha x1,x2 : ϕ = x1,x2 = ϕ1 - ϕ2 Phương pháp gián tiếp : •* Dùng W.mét, V.meùt, A.meùt P : W cosϕ = U.I P U.I ϕ = Arccos W Nếu: - ϕ=0 : X1 pha với X2 đo - ϕ>0 : X1 nhanh pha X2 - ϕ