17 | 08 | 2017
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 2824
Просмотры материалов : 7614170

Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Online
  • [Bot]
  • [Google]
  • [Yahoo]
  • [Yandex]
Сейчас на сайте:
  • 62 гостей
  • 4 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Частота и измерения фазы PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
19.06.2012 17:29

Частота и измерения фазы

Важной величиной с электрической нет эквивалента в цепях постоянного тока от частоты. Измерение частоты очень важно для многих применений переменного тока, особенно в системах переменного тока мощностью предназначен для эффективной работы на одной частоте и только одна частота. Если переменного тока, вырабатываемого электромеханического генератора, частота будет прямо пропорциональна частоте вращения вала машины, и частоту можно измерить только с помощью измерения скорости вала. Если частота должна быть измерена на некотором расстоянии от генератора, но и другие средства измерения будет необходимо.

Один простой, но грубый метод измерения частоты в энергосистемах используется принцип механического резонанса. Каждый физический объект, обладающий свойством упругости (упругость) имеет неотъемлемое частота, на которой он предпочитает вибрировать. Камертон является прекрасным примером этого: ударить его один раз и он будет продолжать колебаться в тон, характерные для его длины. Более камертонов имеют более низкие резонансные частоты: их тон будет ниже на музыкальной шкале, чем более короткие вилки.

Представьте себе ряд постепенно размера камертонов расположены бок о бок. Все они установлены на общем основании, что и база вибрирует с частотой измеряемого напряжения переменного тока (или тока) с помощью электромагнита. Какой бы камертоном ближе резонансной частоты на частоту вибраций, что будет стремиться избавиться самое (или громкий). Если зубцы вилки "были надуманные достаточно, мы могли видеть относительное движение каждого длиной размытия мы бы увидели, как мы осмотрели каждый из конечных зрения перспективы. Ну, делают коллекцию «камертонов» из полоски жести вырезать по шаблону похожа на грабли, и у вас есть вибрирующие тростника частотомера (рис. ниже )

Вибрационный тростника частотомер схеме.

Пользователь данного метр рассматривает концов все эти неравные камыша длины, как они все вместе потрясло на частоте приложенного напряжения переменного тока в катушке. Тот, который ближе резонансной частоты к прикладной AC будет вибрировать самое, глядя что-то похожее на рисунок ниже .

Вибрационный тростника частотомер передней панели.

Вибрационный тростника метров, очевидно, не являются точными приборами, но они очень просты и, следовательно, просты в изготовлении, чтобы быть прочной. Они часто встречаются на небольших приводом от двигателя генератора наборы для установки двигателя, так что частота несколько близких к 60 (50 в Европе) герц.

В то время как тростник типа метров неточный, их принцип работы это не так. Вместо механического резонанса, мы можем заменить электрический резонанс и создать частотомер использовании катушки индуктивности и конденсаторы в виде контура (индуктивности и параллельного конденсатора). См. рисунок ниже . Одна или обе компоненты сделаны регулируемыми, и измеритель находится в цепи, чтобы указать, максимальная амплитуда напряжения на две составляющие. Ручка регулировки (ы), откалиброванный в резонансную частоту для данного параметра, а частота считывается из них после того, как прибор был настроен на максимальное показание на счетчике. По сути, это настраиваемый фильтр схема, которая регулируется, а потом читать в манере, подобной мостовой схеме (которая должна быть сбалансирована по "нулевой" состояние, а затем прочитать).

Резонансный частотомер "пиков", как LC резонансная частота настраивается на частоту тестирования.

Этот метод является популярным для радиолюбителей (или, по крайней мере, так было до появления недорогих цифровых приборов частота называется счетчиков), особенно потому, что она не требует прямого подключения к цепи. До тех пор, как индуктор и / или конденсатор может перехватить достаточно рассеянного поля (магнитного или электрического соответственно) от тестируемой цепи вызывает метр, чтобы указать, она будет работать.

В частотой, как и в других видах электрических измерений, наиболее точным средством измерения, как правило, те, в которых неизвестные величины по сравнению с известным стандартом, основным инструментом ничего не делать больше, чем о том, когда эти две величины равны друг другу. Это основной принцип, лежащий в DC (Уитстона) мостовой схеме, и это звук метрологического принцип применяется во всех науках. Если мы имеем доступ к точной стандартной частоте (источник переменного напряжения проведение очень точно к одной частоте), то измерения неизвестных частот по сравнению должна быть относительно легко.

Для этого стандарта частоты, мы обратим наше внимание к камертон, по крайней мере, более современный вариант его называют кристалл кварца. Кварц естественных минеральных обладающих очень интересное свойство называется пьезоэлектричество. Пьезоэлектрические материалы производят напряжение на их длину, когда физически подчеркнул, что и физически деформировать, когда внешнее напряжение по всей их длине. Эта деформация очень, очень мало в большинстве случаев, но она существует.

Кварцевый камень эластичный (эластичный) в рамках этого небольшого диапазона изгиба которых внешнее напряжение будет производить, а это значит, что она будет иметь механическую резонансную частоту собственных способны проявляется в виде электрического сигнала напряжения. Другими словами, если чип кварца поражен, это будет «кольцо» с его собственными уникальными частотой, определяемой длиной чипа, и, что резонансные колебания будут производить эквивалентные напряжения на несколько точек кварца чип, который может быть использован в проводами крепится к поверхности чипа. В взаимной основе, кварц чип будет иметь тенденцию к вибрации всего, когда она "возбуждается" на напряжении переменного тока в самый подходящий частотой, как камыш на вибрирующей-трость измерения частоты.

Чипы кварц рок можно точно вырезать желаемое за резонансные частоты, и чип надежно закреплен внутри защитной оболочки с проводами расширения для подключения к внешней электрической цепи. Когда упаковано как таковой, в результате устройство называется просто кристалла (или иногда "XTAL"). Условное обозначение показано на рисунке ниже .

Кристалл (частота, определивших элемент) условное обозначение.

Электрические, что кварц чип эквивалентно серии LC резонансного контура. (Рис. ниже ) диэлектрические свойства кварца способствуют дополнительным емкостным элементом в схеме замещения.

Кварцевый эквивалентной схемы.

"Емкость" и "индуктивность", указанные в серии только электрические эквиваленты механических свойств кварца в резонанс: они не существуют как отдельные компоненты внутри кристалла. Емкость показываются параллельно в связи с проводными соединениями через диэлектрик (изолирующий) кварцевый корпус реально, и это оказывает влияние на резонансную реакцию всей системы. Полное обсуждение Crystal Dynamics не нужно здесь, но то, что нужно понимать о кристаллах этого резонансного контура эквивалентности и как она может быть использована в колебательный контур для достижения выходное напряжение со стабильной, известной частоте.

Кристаллы, как резонансные элементы, как правило, гораздо выше "Q" (качество) значения, чем емкость цепи построены из катушки индуктивности и конденсаторы, главным образом в связи с относительным отсутствием паразитных сопротивления, что делает их резонансные частоты очень определенно и точно. Поскольку резонансная частота зависит только от физических свойств кварца (очень устойчивое вещество, механически), резонансная частота изменения с течением времени с кристаллом кварца очень, очень низка. Это, как кварцевые часы движение получения высокой точности: с помощью электронного генератора стабилизирована резонансного воздействия кристалла кварца.

Для лабораторных приложений, однако, еще большую стабильность частоты может быть желательной. Чтобы добиться этого, кристалл вопрос может быть помещен в стабилизировалась температура окружающей среды (как правило, печь), что исключает ошибки частоты в результате теплового расширения и сжатия кварца.

Для максимального стандарта частоты, хотя, ничего не обнаружили до сих пор превосходит точность одного резонанса атома. Это принцип так называемых атомных часов, которые использует атом ртути (или цезия), взвешенных в вакууме, возбуждаемых внешней энергии, чтобы резонировать на свою собственную уникальную частоту. В результате частота определяется как радио-волны сигнала, что является основой для самых точных часов, известных человечеству. Национальные стандарты лабораторий по всему миру поддерживают некоторые из этих гипер-точные часы, а также трансляции сигналов на основе колебания этих атомов для ученых и инженеров, чтобы настроить и использовать для целей калибровки частоты.

Теперь мы перейдем к практической части: если у нас есть источник точной частоты, как мы можем сравнить, что на неизвестной частоты для получения измерения? Одним из способов является использование CRT, как частота сравнения устройств. Электронно-лучевых трубок обычно имеют средства отклонения пучка электронов в горизонтальной, так и вертикальной оси. Если металлические пластины используются для электростатического отклонения электронов, будет пара пластин для левого и правого луча, а также пара пластин выше и ниже пучка как показано на рисунке ниже .

Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с вертикальными и горизонтальными пластинами отклонения.

Если позволяют переменного сигнала отклонения пучка вверх и вниз (что подключение источника переменного напряжения на "вертикальные" отклоняющие пластины), а другой сигнал переменного тока отклонения пучка левого и правого (с помощью другой пары отклоняющих пластин), образцы будут производиться на экране ЭЛТ указывает на соотношение этих двух частотах переменного тока. Эти модели называются фигуры Лиссажу и распространенным средством сравнительного измерения частоты в области электроники.

Если две частоты те же, мы получим простую фигуру на экране ЭЛТ, форма эта цифра бытие зависит от сдвига фаз между двумя сигналами переменного тока. Вот примеры из фигур Лиссажу для двух синусоидальных сигналов одинаковой частоты, показано, как они появляются на лице осциллографа (напряжение переменного тока, измеритель помощью ЭЛТ, как его "движение"). Первая картина из Лиссажу фигура, образованная двумя напряжения переменного тока прекрасно в фазе друг с другом (рис. ниже )

Лиссажу фигуры: те же частоты, ноль градусов фазового сдвига.

Если два переменного тока напряжением не находятся в фазе друг с другом, прямая линия не будет сформирован. Скорее всего, фигура Лиссажу возьмет на появление овальной формы, становясь идеально круглой, если сдвиг фаз точно 90 градусов между двумя сигналами, и если их амплитуды равны: (рисунок ниже )

Лиссажу фигуры: те же частоты, 90 или 270 градусов фазового сдвига.

Наконец, если два AC сигналы прямо противоположные друг другу по фазе (180 ° сдвиг), мы в конечном итоге с линии снова, только на этот раз он будет ориентирован в обратном направлении (рисунок ниже )

Лиссажу фигуры: те же частоты, на 180 градусов фазового сдвига.

Когда мы сталкиваемся с частот сигнала, что не то же самое, фигуры Лиссажу получить немного сложнее. Рассмотрим следующий пример и данный вертикальное / горизонтальное соотношение частот: (рис. ниже )

Лиссажу фигуры: Горизонтальная частота вдвое больше, чем вертикальные.

Более сложные отношения между горизонтальной и вертикальной частот, более сложные фигуры Лиссажу. Рассмотрим следующий пример из соотношения 3:1 частоты между горизонтальными и вертикальными (рис. ниже )

Лиссажу фигуры: Горизонтальная частота в три раза больше, чем вертикальные.

. . . и 3:2 частоты (горизонтальная = 3, вертикальный = 2) на рисунке ниже .

Лиссажу фигуры: горизонтальное / вертикальное частота соотношение 3:2.

В случаях, когда частоты двух сигналов переменного тока не совсем простые отношения друг с другом (но близко), фигура Лиссажу появится "двигаться" медленно меняющихся ориентации, угла сдвига фаз между двумя сигналами рулоны в диапазоне от 0 ° и 180 °. Если две частоты заблокированы в точном соотношении между целым друг с другом, фигура Лиссажу будет стабильным на экране видоискателя на ЭЛТ.

Физика фигуры Лиссажу ограничивает их полезность в качестве частоты сравнения техники в случаях, когда частота отношения простых целочисленных значений (1:1, 1:2, 1:3, 2:3, 3:4 и т.д.). Несмотря на это ограничение, фигуры Лиссажу являются популярным средством сравнения частот, где доступны стандартные частоты (генератор сигналов) существует.

  • ОБЗОР:
  • Некоторые частоты метров работают по принципу механического резонанса, с указанием частоты относительных колебаний среди множества однозначно настроена "камышом" потряс в измеряемой частоте.
  • Другие метров частота использования электрической резонансных контуров (LC бак схем, как правило), чтобы указать частоту. Один или оба компонента производится быть регулируемым, с точно калиброванной ручки регулировки, а также чувствительный счетчик читать максимального напряжения или тока в точке резонанса.
  • Частота может быть измерена в сравнительном моды, как это имеет место при использовании ЭЛТ для создания фигур Лиссажу. Сигналов опорной частоты можно с высокой степенью точности аналоговых цепей при использовании кварцевых кристаллов резонансных устройств. Для ультра точности атомных часов сигнал стандартов (на основе резонансных частот отдельных атомов) могут быть использованы.
 
Для тебя