đo tần số và góc lệch pha

CHệễNG 7 ẹO TAN SO VAỉ GOC LECH PHA 5.1. ĐO TẦN SỒ : 1.Khái niệm chung : Một tín hiệu dao động thường được biểu diễn : x(t) = X max . Sin(w.t + j) -X max x t X max j T *Trong đó : - X max : Biên độ của tín hiệu - w : Tần số góc của tín hiệu - (w.t + j) : pha của tín hiệu - j : Pha ban đầu * Chu kỳ : (T) Là khoảng thời gian ngắn nhất để tín hiệu lập lại chiều và trò số ban đầu * Tần số : (f) Là số chu kỳ trong một giây f = (Hz) 1 T 2. Phương pháp đo gián tiếp : •* Dùng các phần tử thụ động : •Các phần tử thụ động là các phần tử mà trò số của chúng thay đổi theo tần số. Thường các tụ điện và cuộn cảm mẫu. V A L m f x V A C m f x f x = U 2.p.I.L m X Lm = U I X Cm = U I f x = I 2.p.U.C m •* Dùng W.mét, V.mét, A.mét : V L m f x A W f x = (U/I) 2 -(Pw/I 2 ) 2 2.p.L m f x = 1/ 2.p.C m . (U/I) 2 -(Pw/I 2 ) 2 C m 3. Tần số kế cộng hưởng điện-từ (bản rung) : a. Cấu tạo : gồm một nam châm điện có cuộn dây quấn. Trên mạch từ hình chữ U,một miếng sắt được gắn chặt với một thanh rung, trên thanh rung có gắn các lá rung có tần số dao động riêng f o khác nhau, đầu các lá rung có gắn một miếng kim loại trên đó phủ một lớp chất phát quang để dễ quan sát khi các lá rung dao động. b. Nguyên lý : Tín hiệu có tần số fx cần đo được đặt vào nam châm điện, từ trường của NCĐ sẽ hút miếng sắt một lực với tần số f x tạo nên dao động làm các thanh rung sẽ rung. Lá rung nào có tần số f X = 2.f 0 sẽ rung với biên độä cực đại. Căn cứ vào biên độ của lá rung mà suy ra f x cần đo Tần số kế điện từ có cấu tạo đơn giản,rẻ và độ tin cậy cao nhưng giới Hạn đo hẹp ( 45 ÷ 65 Hz ), sai số ±1,5-2,5% và không sử dụng được Nơi có độ rung lớn và các thiết bò di chuyển. 50 51 52 49 48 47 Lõi thép Cuộn dây Lá rung Thanh rung 4. Tần số kế cộng hưởng lô gômét (tỷ số kế) : a. Tần số lôgômét điện động (sắt điện động) : * Cấu tạo : Cuộn tónh A mắc nối tiếp với cuộn động B 2 nối tiếp với các phần tử R 2 ,L 2 ,C 2 . Còn cuộn động B 1 mắc nối tiếp với C 1 . * Nguyên lý : Các thông số của cuộn tónh A ,R 2 , L 2 , C 2 và B 2 được chọn sao cho tạo được cộng hưởng trong mạch có tần số bằng gía trò trung bình của dải tần cần đo. f 20 = (Hz) 1 2p. L 2 .C 2 C 1 C 2 L 2 R 2 ~U fx B 1 B 2 A I 1 I 2 U x I 1 I 2 I=I 2 y 2 j 2 góc quay của tỷ số kế : a = ( ) I 1 .cosy 1 I 2 .cosy 2 = f(f x ) Thang đo của tỷ số kế khắc độ theo tần số cần đo Giới hạn đo khoảng 50 ÷ 1500 Hz b. Tần số lôgômét điện từ : * Cấu tạo : - Cuộn dây A được mắc nối tiếp với R 1 , L 1 - Cuộn dây B được mắc nối tiếp với R 2 , L 2 , C 2 . C 2 L 2 R 2 L 1 R 1 U fx I 1 I 2 A B * Nguyên lý : Vì các cuộn dây được mắc với các phấn tử có đặc tính khác nhau và phụ thuộc vào tần số nên dòng điện trong các nhánh sẽ phụ thuộc vào tần số I 1 = U fx /Z 1 = f 1 (f x ) Góc quay của tỷ số kế : a = f(I 1 /I 2 ) = f(f 1 (f x )/f 2 (f x ) = F(f x ) I 2 = U fx /Z 2 = f 2 (f x ) Thang đo của 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 : - Cuộn dây thứ nhất được nối với L 1 , C 1 và mạch chỉnh lưu - Cuộn dây thứ hai được nối với R 2 , và mạch chỉnh lưu * Nguyên lý : - Dòng điện I 1 sẽ phụ thộc vào tân số : I 1 = U fx /Z 1 = f(f x ) - Dòng điện I 2 không phụ thuộc vào tần số I 2 = U fx /(r 2 +R 2 ) = a Góc quay của tỷ số kế : a = I 1 /I 2 = f(f X )/a) = f(f x ) Thang đo của tỷ số kế được khắc độ theo tần số cần đo L 1 R 2 U fx D 1 D 2 D 1 D 2 C 1 I 1 I 2 5. Tần số điện tử : a. Tần số kế điện dung đổi nối điện tử : C 2 E R 1 R 2 K f x 1 2 I m - Khi khóa K ở vò trí số 1. Tụ C được nạp đến điện áp U 1 . - Khi khoá K ở vò trí số 2. Tụ C phóng điện qua chỉ thò từ điện đến điện áp U 2 . Điện lượng mà tụ nhận được khi nạp q = C.(U 1 – U 2 ) Nếu khóa K được đóng mở bằng mạch điện tử với tần số đổi nối là f x của Của điện áp điều khiển nó thì điện lượng qua chỉ thò trong1s chính là trung bình của dòng phóng của tụ trong một chu kỳ. I = q.f x = C.(U 1 – U 2 ).f x = k.f x Thang đo chỉ thò từ điện sẽ khắc độ theo tần số f x cần đo b. Tần số kế điện dung chỉnh lưu : Tạo xung U fx C D 2 D 1 Điện áp U fx có tần số fx cần đo được đưa vào bộ tạo xung để có xung vuông có tần số f x . Khi xung tồn tại tụ điện được nạp qua D 1 . Góc lệch của chỉ thò tỷ lệ với dòng điện trung bình a = S i .I = Si.q.f x = S i .C.U m .f x = k.f x Thang đo chỉ thò từ điện sẽ khắc độ theo tần số f x cần đo Khi không có xung, tụ điện sẽ phóng điện qua D2 và cơ cấu đo từ điện. 6. Tần số chỉ thò số : a. Sơ đô khối : b. Nguyên lý : - Tín hiệu có tần số cần đo fx qua thếit bò đầu vào và bộ tạo xung để Có các xung có tần số f x với biên độ không đổi và đưa vào khóa điện tử K. - Khi FXC qua điểm 0 lần thứ 1, nó phát ra một xung ra lệnh cho mạch điều khiển làm việc, mạch điều khiển sẽ phát ra các xung mở khóa K để các xung có tần số fx đi vào bộ đếm, đồng thời nó cũng phát ra một xung ra lệch cho bộ xóa, xóa hết các giá trò trên bộ đếm và bộ đếm bắt đầu đếm từ 0 trở đi. - Khi FXC qua điểm 0 lần 2 (xác đònh thời gian Tđo, nó phát ra một xung tác động đến ĐK. Mạch ĐK ra lệnh cho K đóng lại. Các xung trên bộ đếm sẽ được chỉ thò trên bộ đếm. U fx Bộ vào Bộ T . X Bộ đếm Chỉ thò Số K Đ.K FXC Bộ Chia f f x f 0 f x X [...].. .Số xung mà máy đếm được : N = Tx/Tđo = k.To/Tx = k.fx/f0 N = fx Nếu thời gian đo Tđo có giá tri Tđo = 1s thì : Sai số phép đo càng nhỏ khi fx càng lớn và càng lớn khi đo ở các tần số thấp Để khắc phục sai số này người ta đo tần số theo PP chu kỳ f0 Bộ f0 Chỉ thò * Sơ đô khối : FXC K đếm Số Ufx Đ.K Bộ vào X Bộ T.X fx * Nguyên lý : Tín hiệu cần đo qua bộ vào để tạo ra các xung có chu kỳ Tx và được vào... 2.(C21.2.R21) = 1/ 4.C21.R21 fX = 1/ (4.p.C1.R1) Phương pháp này có thể đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm KHz với sai số từ (0,5 ÷ 1)% Sai số này phụ thuộc vào độ chính xác của các phần tử và độ nhạy của bộ phận chỉ thò cân bằng của cầu 7 Đo tần số bằng Dao động ký : a Phương pháp thời gian (chu kỳ) : - Tần số fx được đưa vào trục Y - Điều chỉnh các nút điều khiển của DĐK để trên OSC xuất hiện... 4.f0 5.2 ĐO GÓC LỆCH PHA : 1.Khái niệm chung : Hai dao động có tần số như nhau x1 = X1max sin(w.t + j1) x2 = X2max sin(w.t + j2) 2 Góc lệch pha giữa x1,x2 là : j = x1,x2 = j1 - j2 Nếu: - j=0 : X1 cùng pha với X2 - j>0 : X1 nhanh pha hơn X2 - j . CHệễNG 7 ẹO TAN SO VAỉ GOC LECH PHA 5.1. ĐO TẦN SỒ : 1.Khái niệm chung : Một tín hiệu dao động. U.I - j=0 : X 1 cùng pha với X 2 - j>0 : X 1 nhanh pha hơn X 2 - j<0 : X 1 chậmpha hơn X 2 Nếu: 2. Cosj mét điện động một pha : L 1 R 2 U B 1 B