Фазометры назначение, устройство и принцип работы


СОДЕРЖАНИЕ:

Фазометр

Это приборы для измерения различных параметров электричества используются как в научно – исследовательских целях, так и для наблюдения за работающим оборудованием. Отображение электрических параметров оборудования требует одновременного размещения большого количества приборов. Поэтому их изготавливают в специальном щитовом исполнении. При этом амперметры, вольтметры, частотомеры, фазометры и фазоуказатели могут быть изготовлены на основе различных измерительных механизмов.

Фазометры, основанные на принципе преобразования переменного тока в постоянный при помощи диодов, содержат магнитоэлектрический измерительный механизм. Примером таких приборов являются малогабаритные щитовые фазометры Ц1424. Они применяются для измерения cosφ в трехфазных электросетях. Обязательным условием использования этих фазометров должны быть:

  • равномерная нагрузка;
  • симметрия напряжений.

Приборы включаются в последовательную цепь либо напрямую, либо через токовый трансформатор.

Электромагнитные фазометры содержат несколько неподвижных катушек. Они создают магнитные потоки, воздействующие на подвижную конструкцию, изготовленную с использованием ферромагнетика. Катушки имеют специальное пространственное расположение. По каждый из них течет ток, который имеет фазовый сдвиг определенный и отличный от токов в других катушках. Примером таких фазометров является модель Э144. Это малогабаритный, герметичный и ударопрочный фазометр с непосредственным отсчетом. Применяется в мобильном электрооборудовании для измерения cosφ в трехфазных электросетях. Обязательным условием использования этих фазометров должны быть:

  • равномерная нагрузка;
  • симметрия напряжений.

Приборы включаются в последовательную цепь либо напрямую, либо через токовый трансформатор. Схема прибора Э144 показана ниже:

В нем есть три неподвижных обмотки, отмеченные на схеме как 1, 2 и 3. Обмотки 1 и 2 сделаны двухсекционными. Между секциями размещена подвижная часть прибора в виде сердечника из магнитомягкого железного сплава по форме напоминающего букву Z, который поворачивается на оси. Секции обмоток имеют пространственное расположение относительно друг друга в 60 градусов. Обмотка 3 изготовлена как коаксиальная с осью подвижного сердечника катушка цилиндрической формы.

В электроцепях постоянного и переменного тока используются электро- и ферродинамические фазометры. Их работа основана на взаимодействии двух катушек. Эти подвижная и неподвижная катушки создают магнитные потоки, которые и обуславливают взаимодействие между ними. Если у катушек отсутствует сердечник, то прибор именуется электродинамическим фазометром. Если стальной сердечник имеется в наличии – ферродинамическим фазометром. Ферродинамические приборы более чувствительны, но менее точны. Применяются такие фазометры как мобильные лабораторные приборы.

Примером электродинамического фазометра может быть модель Д5781. Этот переносной экранированный прибор предназначен для измерения угла фазового сдвига и cosφ в однофазных электросетях. В трехфазных электросетях для измерения угла фазового сдвига и cosφ применяется ферродинамическая модель Д120. Схема, а также изображение этого фазометра показаны далее.

Перечисленные модели фазометров далеко не единственные в своем роде. Но их еще очень много в работающем оборудовании. Дальнейшее развитие электроизмерительных приборов основано на применении цифровой обработки сигналов. То же относится и к фазометрам. Хотя и сейчас аналоговые приборы также производятся. Современные фазометры показаны далее на изображении:

Зачем нужны фазометры?

Фазометр – прибор, измеряющий отношение потребляемой активной мощности к полной мощности. В электротехнике это отношение называют косинусом ϕ или коэффициентом мощности.

Физически фазометр измеряет угол между током и напряжением в точке сети, где он установлен. Шкала его отградуирована в безразмерных величинах, являющихся cos ϕ, в диапазоне -0,5 – 1 – 0,5. Значение «1» расположено по центру шкалы. Теперь разберемся, зачем это сделано.

Если нагрузка активная, ток совпадает по фазе с напряжением. При этом фазометр покажет единицу. Как только в сопротивлении нагрузки появляется индуктивная составляющая, ток начинает отставать от напряжения. Чем больше доля индуктивного сопротивления в нагрузке, тем угол отставания больше. В этом случае коэффициент мощности уменьшается, в стрелка фазометра отклоняется в правую сторону. Это явление характерно для сетей, содержащих электродвигатели и катушки индуктивности.

Если в сопротивлении нагрузки доминирует емкостная составляющая, то напряжение в сети отстает от тока. Стрелка фазометра отклоняется в левую сторону. По направлению отклонения стрелки определяют характер нагрузки: емкостная или индуктивная, а по величине отклонения – коэффициент мощности.

Регулировка коэффициента мощности

Чем ближе cos ϕ к единице, тем большая часть потребляемой энергии расходуется на совершение полезной работы. При его снижении увеличивается мощность, расходующаяся на бесполезный нагрев электрооборудования: обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабельных линий. При этом напряжение в сети снижается, а для совершения той же полезной работы электрооборудованию требуется большая мощность.

Оптимальным считается коэффициент мощности, равный 0,95 в индуктивном направлении. Но как быть в случаях, когда в сети много индуктивной нагрузки? В этом случае на подстанциях устанавливают батареи конденсаторов, называемые установками компенсации реактивной мощности. Назначение их видно из названия: они уравновешивают индуктивную составляющую сопротивления, приближая угол между током и напряжением в сети к нулю, а cos ϕ – к единице.

При установке конденсаторов, имеющих постоянную емкость, возникает другой недостаток: при изменении количества подключенных к сети потребителей, имеющих индуктивное сопротивление, коэффициент мощности изменяется. Такая компенсация не эффективна, а иногда и вредна. Чтобы избежать этого, установки выполняются автоматическими. В зависимости от угла между током и напряжением автоматика подключает или отключает конденсаторы от сети, изменяя суммарную емкость батареи так, чтобы cos ϕ постоянно находился в заданных пределах.

Установка автоматической компенсации реактивной мощности до 1000 В

Компенсационные установки выпускаются на напряжение до и выше 1000 В. На предприятиях используется только автоматическая компенсация. На городских и сельских подстанциях или в производственных цехах используются стационарно установленные конденсаторы, емкость которых рассчитана заранее и не изменяется.

Применение фазометров

Фазометры используются там, где изменяют режим работы электрической сети, влияя на коэффициент мощности. Помимо компенсационных установок, таких мест еще два:

  • синхронные генераторы на электрических станциях;
  • синхронные электродвигатели.

Рассмотрим по очереди, как эти электрические машины способны влиять на cos ϕ.

Синхронные генераторы

Коэффициент мощности синхронного генератора зависит не только от характера нагрузки, но и от тока возбуждения ротора. В процессе работы оперативный персонал станции (или автоматическая система возбуждения – АРВ) постоянно следят за косинусом ϕ, и удерживают его в заданных пределах, регулируя ток в роторе. В процессе работы за этим следит автоматика, но при пуске генератора в работу или при ее отказе регулировка выполняется в ручном режиме. Для этого на пульт-панели генератора установлен фазометр.

При снижении коэффициента мощности и отклонении стрелки фазометра в правую сторону (индуктивная нагрузка) возможен перегрев обмотки статора генератора. В случае емкостного характера нагрузки, вне зависимости от ее величины, генератор потребляет энергию от сети, что является ненормальным (аварийным) режимом его работы.

Синхронные электродвигатели

Коэффициент мощности синхронного электродвигателя также зависит от тока возбуждения. Его формирует и регулирует возбудительная станция. При определенном режиме работы синхронный электродвигатель может даже отдавать в сеть реактивную энергию, выполняя роль установки компенсации реактивной мощности.

Для оценки режима работы электродвигателя на его шкафу управления также устанавливают фазометр.

Виды фазометров

Щитовые фазометры, используемые для контроля технологических режимов, выполняются стрелочными или цифровыми. И те, и другие одинаково справляются со своими обязанностями, но применение стрелочных нагляднее для обслуживающего персонала.

Кроме того, применяются еще и лабораторные фазометры, использующиеся для пусконаладочных работ в электроустановках. Фазометры применяются и в радиоэлектронике для настройки и ремонта устройств, работа которых основана на изменении фазового угла между напряжением и током.

В современных цифровых измерительных комплексах для наладки электрооборудования все приборы выполняются цифровыми. Кроме того, они входят в состав одного универсального прибора, показывающего одновременно несколько измеряемых величин: напряжение, ток, частоту, угол между током и напряжением.

Такая же тенденция и у щитовых приборов. Для сокращения их количества используются универсальные измерители, выводящие на один дисплей несколько измеряемых величин одновременно. В зависимости от режима работы электроустановки пользователь может оперативно изменять их состав, выводя на индикацию либо разные физические величины, либо одну из них, но для каждой из контролируемых фаз.

Что такое фазометр?

Фазометром принято именовать устройство электроизмерительной серии, в функции которого входит измерение угла сдвига фаз относительно пары электрических колебаний с постоянной частотой. Например, с помощью такого устройства можно определить угол, показывающий сдвиг фаз в сети напряжения трёхфазного типа. Это его основная область применения. В этой статье мы рассмотрим устройство и принцип работы фазометра, а также правила пользования данным прибором.

Область применения фазометров

Свое применение фазометры нашли при эксплуатации электроустановок для контроля коэффициента мощности — cos φ.

Помимо этого, эти приборы используются в радиолюбительской практике во время сборки, настройки и обслуживании электротехнических и электронных аппаратов.

Что такое фазометр

Фазометр это измерительное средство, которое замеряет угол сдвига фаз по отношению к двум электрическим колебаниям с постоянной частотой. Зачастую при помощи данного прибора определяют угол в трехфазной электрической цепи.

При подключении настоящего устройства в замеряемую цепь, его соединяют с цепью напряжения, а также присоединяют к электрической сети, которая подвергается измерению.

В трехфазной линии прибор подсоединяется ко всем фазам, а по току – к обмоткам трансформатора трех фаз. Существует более простая схема, когда по напряжению также идет подключение к трем фазам, а по току – к двум фазам вторичной обмотки.

Принцип действия фазометра

Фазометры функционируют используя следующий принцип: благодаря регулируемому фазовращателю и звуковому генератору формируются 2 напряжения синусоидальной формы, сдвинутые на 90°. Они подаются на вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины осциллографа, генерируя круговую развертку.

При этом одно из напряжений подключается ко входу изучаемого четырехполюсника. А к выходуподключается электронное реле. Выходные дифференцированные импульсы электронного реле модулируют электронный луч осциллографа так, что на видимой части экрана трубки появляется метка, местоположение которой определяется фазовым сдвигом, принесенным четырехполюсником. Установление точки начала отсчета производится путем подключения входа электронного реле к входу четырехполюсника, а с помощью оптического устройства производится отсчет угла между точкой начала отсчета и меткой.

Интересное видео о работе фазометра можете посмотреть ниже:

Инструкция по эксплуатации

Лучшим пособием, объясняющим как пользоваться фазометром, является его инструкция по эксплуатации, которая должна обязательно входить в комплектацию. Перед началом работы необходимо выполнить ряд последовательных действий. Важно первым делом убедиться, что диапазон частот соответствует метрологическим характеристикам, а также что внешние условия соответствуют рабочим. После этого уже можно собирать схему.

Итак, эксплуатация фазометра должна осуществляться в следующей последовательности:

  1. Первоначально необходимо внимательно ознакомится с инструкцией по эксплуатации, прилагаемой к прибору, где можно узнать о его назначении и правилах пользования.
  2. При помощи корректора устанавливается стрелка на отметке нулевого значения.
  3. Нужно посмотреть, чтобы все кнопки были в положении отжатого типа.
  4. Пробники на входе подключите к соответствующим разъёмам.
  5. Теперь необходимо включить кнопку сети. В это момент должен загореться специальный индикатор.
  6. Далее не следует сразу приступать к измерениям, так как прибору необходимо время для прогрева. Примерно на данную процедуру понадобиться четверть часа.
  7. Теперь находим напряжение сигнала со стороны входа.
  8. Нажимаем одну из кнопок в зависимости от нужного напряжения и устанавливаем необходимый диапазон частот.
  9. После этого нажимаем «>0 0 Популярные модели на рынке

Наиболее востребованными фазометрами считаются приборы марки Д5721 и Д5782.

Этот тип используется в однофазных токоведущих сетях, частота которых составляет 50-60 Герц. Масса более 6,5 кг. Производит замеры показателя смещения фаз напряжения и тока.

Мегеон 40850 имеет малогабаритные размеры. Процесс замеров происходит за достаточно короткое время, при этом точность их высока. Данный прибор комплектуется светодиодами, зажимами-крокодилами, а также вмонтированным зуммером.

Изобретение имеет вес 810 грамм, второй класс безопасности. Он способен работать при температуре воздуха от -10 до +40 градусов, и производит замеры в электрооборудованиях находящихся под напряжением от 200-400 вольт.

Ц302 производит замеры в трехфазной линии, при этом частота тока может варьироваться от 50 до 10000 Герц. Данный вид легко переносит вибрацию.

Рассмотрим несколько фазометров различных производителей:

1. ВАФ-А(М) производства ПАРМА

Цена около 31 тыс. рублей.

Вольтамперфазометр нового поколения.

Измерение тока от 0 до 3000 А, графический индикатор, подключение прибора к ПК через USB, сохранение данных на ПК, память на 100 измерений, встроенные часы, режим «Регистратор», аккумуляторное питание.

Отличительные особенности прибора ВАФ-А(М):

  • измерение тока от 0 до 3000 А в четырех диапазонах (комплектуется тремя типами токоизмерительных клещей);
  • графический индикатор;
  • подключение прибора к ПК через USB-интерфейс для обновления ПО и зарядки аккумуляторов;
  • доступ к записанным данным стандартными средствами MS-Office; работа с прибором как с внешним накопителем;
  • древовидная система меню настроек прибора, возможность доступа и редактирования их с помощью индикатора и двухкнопочной клавиатуры;
  • память на 100 измерений;
  • автоматическое определение типа подключаемых клещей;
  • встроенные часы;
  • режим «Регистратор» — запись измеренных каналов (ток и напряжение) и двух опорных каналов как дискретов с заданным временем усреднения и интервалом записи; формат записи — CSV;
  • калибровка прибора в интерактивном автоматизированном режиме с участием только внутреннего ПО прибора;
  • управление контрастностью и подсветкой ЖКИ;
  • подача звукового сигнала при возникновении неисправностей, перегрузке или снижении напряжения питания.

2. Вольтамперфазометр ВФМ-3 произвдства Челябэнергопробор

Цена около 50 тыс. рублей.

Вольтамперфазометр ВФМ-3 — малогабаритный полностью автоматизированный универсальный прибор. Предназначен для измерения действующего значения трех фазных и трех линейных напряжений и действующего значения силы трех переменных токов с одновременным вычислением активной, реактивной и полной мощностей в трех цепях, измерения частоты, угла сдвига фаз между токами и напряжениями одноименных фаз.

Прибор ВФМ-3 выводит на дисплей графическое изображение векторной диаграммы контролируемой цепи.

Вольтамперфазометр ВФМ-3 может применяться при комплексных испытаниях защит генераторов, трансформаторов, линий, в цепях трансформаторов тока и напряжения, наладки фазочувствительных схем релейной защиты и др.

Отличительные особенности ВФМ-3

  • Самый компактный и легкий (0,3 кг) из современных 3-фазных вольтамперфазометров.
  • На 4.3” цветном индикаторе помещаются одновременно все основные результаты измерений, может выводиться векторная диаграмма.
  • Измерение силы переменного тока в пределах 0…50 мА без разрыва цепи. При этом абсолютная погрешность не превышает ±1 мА.
  • Измерение сдвига фаз между напряжением и током, в том числе при токе менее 50 мА. Абсолютная погрешность при токе от 50 мА и более — в пределах ±1 град, при токе 15 мА — не более ±3 град.
  • Переноска в сумке осуществляется при воткнутых в измерительный блок проводах. Для перехода в рабочее положение не требуется втыкать разъемы, достаточно просто открыть сумку.

3. РЕТОМЕТР-М2 производства НПО «Динамика»

Цена около 50 тыс. рублей)

Это трехфазный многофункциональный и полностью автоматизированный прибор нового поколения, предназначенный для измерения параметров в трехфазных и однофазных электрических цепях с рабочей частотой 50 Гц.

Прибор является незаменимым помощником для персонала служб релейной защиты и автоматики энергопредприятий, службы главного энергетика, промышленных предприятий и многих других специалистов, занятых эксплуатацией электроустановок.

Отличительные особенности прибора РЕТОМЕТР-М2:

  • высокая чувствительность, расчет всех параметров начинается с момента реального измерения тока и напряжения (от 1 мА и 5 мВ);
  • широкий диапазон измерения напряжения до 750 В, что позволяет работать в сетях 660 В;
  • широкий диапазон измерения переменного тока до 40 А, что в ряде случаев позволяет выполнять измерение первичного тока;
  • малогабаритные токовые клещи, входящие в комплект поставки, позволяют измерять ток в самых труднодоступных местах (например, в современных панелях и ячейках);
  • опционные токовые клещи РЕТ-ДТ расширяют диапазон измерения тока до 30 кА;
  • измерение истинных среднеквадратичных значений тока и напряжения (TRUE RMS);
  • измерение угла сдвига фаз выполняется на основной гармонике, при этом шумы и искажения сигнала не влияют на точность измерений;
  • возможность фиксации на экране измеряемых параметров в режиме «HOLD»;
  • простой способ определения полярности обмоток трансформаторов тока и трансформаторов напряжения;
  • безопасная проверка целостности соединений в режиме «Прозвонка», который не включается при наличии внешнего напряжения;
  • высококонтрастный индикатор, позволяющий выводить большое количество информации;
  • Li-ion аккумулятор обеспечивает длительную автономную работу, быстрый заряд и отсутствие эффекта памяти;
  • автоматическое выключение прибора.

Ещё одно интересное видео о ВАФе Ретомерт М2:

Что такое фазометр?

Фазометр – это специальное устройство, которое относится к электроизмерительной серии. В его функции входит измерение угла сдвига фаз относительно пары электрических колебаний с постоянной частотой.

Что такое фазометр?

С помощью этого устройства у вас появится замечательная возможность определить угол, который показывает сдвиг фаз в сети напряжения трехфазного типа. Именно это и является его основной областью использования. В этой статье мы расскажем про устройство и принцип работы фазометра. Также вы узнаете правила его использования.

Что такое фазометр

В процессе включения устройства в цепь измерения его одновременно подсоединяют к токовым цепям, а также к цепям напряжения. Если возникает необходимость одновременно осуществлять рабочий процесс с тремя фазами тогда подключение устройства осуществляется к каждой фазе. Подключение по току должно выполняться ко вторичным обмоткам трансформатора.

В приборе присутствует упрощенная схема подключения. Поэтому разобраться с назначением фазометра будет достаточно просто. Подключение по току выполняется по двум фазам. Именно поэтому третья фаза будет определяться на основе сложения векторов только пары токов (фазы, которые измерялись). Назначение фазометра заключается в измерении коэффициента мощности. В некоторых случаях этот прибор называют еще косинусфиметром.

На данный момент в специализированных магазинах можно встретить два вида фазометра. Их область применения заключается в определении коэффициента мощности. Это цифровой, а также электродинамический прибор. Теперь пришло время рассмотреть каждый вид фазометра более детально.

Электродинамический

Электродинамический фазометр в некоторых случаях называют электромагнитным. В основе конструкции этого прибора лежит цепь простейшего типа с механизмом логометрического направления. Именно он позволяет проводить различные работы по измерению сдвига фаз. В конструкции прибора также можно заметить пару рамок, которые жестко соединяются друг с другом. Между ними присутствует острый угол, который равняется 60 градусам. Рамки в свою очередь устанавливаются на осях, которые закреплены в опорах, поэтому противодействующий момент механического характера в этом приборе отсутствует.

Подвижный компонент фазометра поворачивается на величину угла, равную углу, который характеризует показатель сдвига фаз. На приборе присутствует шкала линейного типа, которая дает возможность фиксировать результаты проведенных измерений.

Теперь пришло время рассмотреть принцип работы электродинамического фазометра. В конструкции этого устройства присутствует катушка неподвижного типа и пара катушек в подвижном виде. В каждой из катушек будут протекать свои токи, создающие магнитные потоки в неподвижной и подвижной катушке. В результате этого можно предположить, что потоки катушек, которые взаимодействуют между собой порождают пару вращающихся моментов. Величины этих моментов будут находиться в прямой зависимости от расположения пары катушек относительно друг друга, а также угла на который будут поворачиваться все подвижные компоненты вашего фазометра.

Принцип действия электродинамического фазометра

Эти элементы направлены в стороны противоположные друг другу. Средние величины этих элементов будут находиться в зависимости от токов, которые текут в подвижных катушках и от тока в неподвижной катушке. Также есть зависимость от конструкции катушек и от углов сдвига фаз между катушками.

Исходя из информации выше можно сделать вывод, что подвижная составляющая фазометра будет поворачиваться под работой этих моментов, пока не получится состояние равновесия, которое будет вызвано равенством моментов по итогам поворота. Сама шкала может иметь градацию в системе коэффициентов мощности, что будет достаточно удобно для проведения ряда измерений. Электродинамические фазометры также могут иметь и минусы. К основному относят то, что существует прямая зависимость получаемых показаний от величины частоты. Кроме этого, также будет отличаться значительная мощность потребления от источника, который подвергается исследованию.

Цифровой

Цифровой фазометр могут изготовлять несколькими способами. Например самую высокую степень точности будет иметь фазометр компенсационного типа. Принцип работы подобного устройства совершенно другой. В конструкции прибора присутствует пара напряжений синусоидального типа. Назначение прибора заключается в определении фазового сдвига между ними.

Изначально напряжение подается на фазовращатель, который управляется специальным кодом с управляющего устройства. Сдвиг между фазами будет изменяться постепенно, пока не будет достигнуто состояние синфазности. В процессе подстройки знак сдвига этих фаз будут определять с помощью детектора фазочувствительного типа. Выходной сигнал из этого детектора будет подаваться на управляющее устройство. Алгоритм управления будет реализовываться методом кодирования импульсов. После уравновешивания входной код фазовращателя покажет величину сдвига между фазами. В этом заключается основной принцип работы этого устройства.

Принцип работы цифровых фазометров основывается на дискретном счете. Этот метод способен осуществлять свою работу в двух этапах. Изначально происходит процесс, который связан с преобразованием сдвига фаз в показатель сигнала, который имеет определенную длительность. Затем будет происходить изменение длины этого импульса с помощью дискретного счета. В составе этого устройства присутствует специальный преобразователь для сдвига фаз в импульс, селектор временного типа, формирователь дискретных импульсов, а также счетчик и устройство управления.

Важно знать! Многие специалисты утверждают, что именно цифровые фазометры имеют наименьшую погрешность измерений. Этого удалось добиться благодаря нескольким периодам вычислений.

Если будет интересно тогда можете прочесть о том, как использовать мультиметр.

Рекомендации по эксплуатации

Перед тем, как использовать определенный фазометр, вам потребуется изучить его инструкцию по эксплуатации. Перед тем, как приступить к измерениям также следует выполнить ряд последовательных действий. Убедитесь в том, что диапазон частот полностью соответствует метрологическим характеристикам. Также убедитесь, что внешние условия полностью соответствуют рабочим. После этого можно приступать к сборке устройства.

Процесс эксплуатации фазометра должен осуществляться в следующей последовательности:

  1. Ознакомьтесь с инструкцией по эксплуатации. Обычно она прилагается в комплекте с вашим прибором.
  2. С помощью корректора установите стрелку на отметке нулевого значения.
  3. Посмотрите, чтобы все кнопки на приборе находились в отжатом положении.
  4. Подключите пробники в соответствующие разъемы.
  5. Включите кнопку сети и в этом случае должен загореться специальный индикатор.
  6. Сразу приступать к измерениям не следует. Это связано с тем, что сначала устройство должно прогреться. Обычно подобная процедура занимает 15 минут.
  7. Найдите напряжение сигнала со стороны входа.
  8. Нажмите на специальную кнопку, которая отвечает за установку необходимого диапазона частот.
  9. Теперь нажмите «>0 0

Цифровой фазометр: структурная схема, принцип действия, составляющие погрешности.

Фазометр предназначен для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями. Электронный фазометр дает одновременно информацию о знаке и величине угла сдвига фаз, что делает ее более наглядной.

Построение входных цепей фазометра позволяет измерять угол сдвига фаз не только между двумя напряжениями, но и между током и напряжением или между двумя токами, для чего входные делители снабжены соответствующими выводами.

Электронный фазометр имеет линейную шкалу, что облегчает его тарировку. Для этого в качестве калибровочных напряжений следует взять два линейных напряжения трехфазной сети (угол сдвига фаз линейных напряжений составляет 120 эл. град.). В процессе тарировки необходимо согласовать калибровочные напряжения с допустимым уровнем входных напряжений.

Погрешность данного цифрового фазометра определяется погрешностями дискретности и аппаратуры. Погрешность дискретности связана с тем, что интервал времени t можно измерить с точностью до одного периода счётных импульсов. Аппаратурная погрешность определяется отклонением длительности от t, нестабильностью преобразователя t и пр.

Для уменьшения погрешностей измерения используют цифровые фазометры среднего значения, результатом измерения которых является среднее значение измеряемого фазового сдвига за большое число периодов Т анализируемого гармонического колебания.

Цифровые частотомеры и фазометры.

Современные цифровые частотомеры многофункциональны, т.с. они могут работать в разных режимах измерения — частоты синусоидального или импульсного напряжения, интервала времени.

Принцип действия цифрового частотомера заключается в следующем (рис. 6.3.5). Из периодического сигнала u(Fx), частота которого измеряется, во входном устройстве (ВУ) и формирователе импульсов (ФИ) создается непрерывная последовательность прямоугольных импульсов. Эти импульсы подаются на счетчик импульсов (СИ), который стартует и останавливается в интервале времени At по команде устройства управления (УУ). Интервал задается формирователем ФД? как сумма К периодов генератора (ГИ) Тн: At = КТп. При показании счетчика (СИ) N получается Тх = At/N и Fx = 1 х. Ошибка в определении Тх равна Тп. Поэтому необходимо обеспечить Тх 2> Тн.

Рис. 63.5. К принципу действия цифрового частотомера

Схема, поясняющая принцип действия цифрового фазометра, приведена на рис. 6.3.6. Фазометр имеет два входа — канал 1 и канал 2.

Из входных напряжений м, и и.„ имеющих одну частоту, формирователи импульсов ФИ1 п ФИ2 создают короткие импульсы в моменты времени, когда полярность напряжений меняется с «плюса» на «минус». Далее импульс канала 1 устанавливает состояние триггера Т сначала в 1, а потом импульс канала 2 — в 0. Выходной сигнал триггера подается на вход элемента «&».

Рис. 6.3.6. К принципу действия фазометра

На другой вход этого элемента подается непрерывная последовательность импульсов от генератора (ГИ). Частота этого генератора /ги много больше частоты входных напряжений F. Таким образом, на выходе элемента «&» импульсы проходят только в интервале времени At, длительность которого зависит от сдвига фаз напряжений на каналах 1 и 2 Дt = Ч / 7’/(2тс), где Т = = 1 /F — период входных напряжений. Значение At определяется по количеству импульсов К генератора ГИ и его частотой At = KTm. Для расчета сдвига фаз Т по схеме, приведенной выше, производится определение периода Т входных напряжений. В итоге разность фаз равна Т = 2пКТш/Т.

Методика работы фазометра

УСТРОЙСТВО И РАБОТА

  1. Измерительный механизм фазометра представляет собой электродинамический логометр.
    Схема электрическая принципиальная фазометра приведена на рис.1
  2. Характерной особенностью конструкции фазометра является 180-градусная шкала, позволяющая исключить необходимость переключения при переходе от измерения в области индуктивной нагрузки к измерениям в области емкостной нагрузки.
    шкала фазометра неравномерная, двухстрочная.
    Длина рабочей части шкалы составляет 100% от всей длины шкалы.
    Длина шкалы, отградуированной в значениях угла сдвига фаз (F)-(270 ±5) мм. Длина шкалы, отградуированной в значениях коэффициента мощности (cos F) – (240 ± 5) мм.
  3. Указатель фазометра стрелочный, нитевидный.
  4. Успокоение подвижной части фазометра магнитно-индукционное.
    Механический нуль отсутствует.

УКАЗАНИЕ МЕР БЕЗОПАСНОСТИ.

При выполнении измерений фазометром и ремонте фазометра обслуживающий персонал должен соблюдать общие требования по технической эксплуатации и технике безопасности электроизмерительных приборов, установленные ГОСТ 12.3.019-80.

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ И ПОРЯДОК РАБОТЫ.

1. Установите фазометр в горизонтальное положение. При этом следует иметь в виду, что у невключенного фазометра указатель может занимать любое положение на циферблате в связи с тем, что подвижная часть не имеет противодействующих пружин. Корректора фазометр не имеет.

2. Включите фазометр в электрическую цепь по схеме приведенной на рис. 2
Для уменьшения погрешности от собственного потребления, выбор положения переключателя номинального тока фазометра рекомендуется производить в соответствии с табл. 3.

Номинальное напряжение фазометра, В Ток в на нагрузке, , в диапазоне Положение переключателя номинального тока
100; 127 1-2 «5 А»
2-10 «10 А»
230; 380 1-5 «5 А»
5-10 «10 А»

3. В тех случаях, когда в цепи напряжение и ток отличаются от номинальных, фазометр включается через трансформатор напряжения со вторичным номинальным напряжением 100 В и трансформатор напряжения со вторичным номинальным током 5 А по схеме рис. 3.

4. Включите схему и выставьте необходимые значения тока и напряжения.
Установите переключатель направления энергии в одно из фиксированных положений, чтобы указатель находился в пределах шкалы.

ПРОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ.

Заключение о техническом состоянии фазометра делается на основании поверки, проводимой не реже одного раза в год в соответствии с требованиями ГОСТ 8.513-84.
Более частые поверки проводятся по усмотрению потребителя в зависимости от интенсивности использования и степени важности выполняемых фазометром измерений.

Электронный фазометр

Фазометр предназначен для измерения углов сдвига фаз между двумя изменяющимися периодически электрическими колебаниями и может быть применен в радиолюбительской практике при разработке, регулировке и эксплуатации электронных и электротехнических аппаратов и устройств. Предлагаемый электронный фазометр дает одновременно информацию о знаке и величине угла сдвига фаз, что делает ее более наглядной. В приборе удалось существенно упростить узлы выделения величины и знака угла и совместить функции отдельных элементов.

Основные технические характеристики

Диапазон измеряемых углов сдвига фаз, эл. град . . . 0. 180
Диапазон рабочих частот, Гц . . . 10. 104
Диапазон входных напряжений, В . . . 0,01. 50
Диапазон измеряемых токов, А . . . 0,01. 2
Погрешность измерения, %, не более . . . 2

Принципиальная схема электронного фазометра приведена на рис. 1.
Входные напряжения Uвх1 и Uвх2 произвольной формы (например, синусоидальные) от измеряемых цепей через делители R1VD1VD2 и R2VD3VD4 поступают на вход формирователей DA1 и DA2 (компараторы напряжения) и преобразуются в однополярные прямоугольные импульсы с достаточно крутыми фронтами и спадами. Ширина импульсов соответствует длительности полупериода входного сигнала, что иллюстрируется временными диаграммами, представленными на рис.2.
Динамический D-триггер (DD1) выделяет знак угла сдвига фаз, т. е. фиксирует в момент формирования фронта импульса второго измерительного канала, используемого в данной схеме в качестве синхронизирующего (тактового), опережающий или отстающий характер сигнала первого измерительного канала, выход формирователя которого соединен с информационным входом D-триггера. При этом синхронизирующий импульс своим фронтом переводит D-триггер в состояние, определяемое уровнем напряжения на его информационном входе в данный момент времени. Поэтому, если входное напряжение Uвх1 опережает по фазе напряжение Uвх2 то на прямом выходе D-триггера (вывод 9 DD1.1) устанавливается напряжение, соответствующее логической единице, а на инверсном выходе — логическому нулю.
Измеритель величины угла сдвига фаз реализован на базе элемента совпадения (DD2.2), один из входов которого соединен непосредственно с выходом формирователя DA2, а второй — через инвертор DD2.1 с формирователем DA1 измерительного канала. Ширина формируемого импульса на выходе такого элемента пропорциональна углу взаимного перекрытия входных импульсов, т. е. углу сдвига фаз между напряжениями Uвх1 и Uвх2 что подтверждается временными диаграммами на рис. 2. Объединение информации о величине и знаке угла в рассматриваемой схеме осуществляется за счет введения в ее состав еще одного элемента совпадения (DD2.3), выполняющего те же функции измерения величины угла, что и описанный выше. Однако каждый из этих элементов 3И-НЕ (DD2.2 и DD2.3) одним из своих входов соединен соответственно с прямым и инверсным выходами D-триггера, в результате чего последний и определяет, на выходе какого из элементов совпадения выделяется импульс, по ширине равный углу сдвига фаз.
Измерительный прибор РА1 включен между выходами элементов совпадения DD2.2 и DD2.3, образуя при этом дифференциальную схему, вследствие чего его стрелка будет отклоняться в сторону, определяемую знаком угла, и на угол, соответствующий углу сдвига фаз между напряжениями Uвх1 и Uвх2. Конденсатор С1, включенный параллельно индикатору PA1, предназначен для уменьшения пульсации стрелки при измерениях на низких частотах.
Построение входных цепей фазометра позволяет измерять угол сдвига фаз не только между двумя напряжениями, но и между током и напряжением или между двумя токами, для чего входные делители снабжены соответствующими выводами.

Рис. 1 Принципиальная схема

Конструкция и детали.
Электронный фазометр выполнен в виде отдельного блока. На лицевую панель выведены входные клеммы измерительных каналов, микроамперметр, шкала которого проградуирована в эл. град., и выключатель питающей сети. Элементы прибора смонтированы на печатной плате, изготовленной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и закрепленной непосредственно на измерительных зажимах микроамперметра. Соединения печатной платы с входными клеммами прибора выполнены экранированным проводом, что вызвано обеспечением его помехоустойчивости.
В устройстве использованы резисторы МЛТ и СП3-16 (R5), конденсатор С1 — типа МБМ, а в качестве индикатора PA1 — микроамперметр типа М906 с двусторонней шкалой 50-0-50 мкА.
Вместо указанных в устройстве могут быть использованы микросхемы других серий аналогичного функционального назначения при соответствующем выборе их питающего напряжения. Формирователи однополярных импульсов DA1 и DA2 могут быть выполнены не только на базе функциональных микросхем К554СА3 или 521СА3, но и на операционных усилителях или транзисторных каскадах, работающих в ключевом режиме и обеспечивающих требуемую крутизну формируемых фронтов импульсов. Диоды VD1 — VD4 выбираются из условий протекания по ним длительно измеряемого тока. Если же фазометр предназначен для измерения сдвига фаз только между двумя напряжениями, то указанные диоды можно заменить любыми другими без предъявления требований по току и о обратному напряжению.
Питание устройства осуществлено от одного источника однополярного стабилизированного напряжения (рис. 3).
Расширение пределов измерения по напряжению входного сигнала можно осуществить за счет пропорционального изменения параметров резисторов R1 и R2. Если же нет необходимости в измерении знака фазового угла, то из схемы можно исключить динамический D-триггер, а узел выделения сигнала разности угла сдвига фаз (рис. 4) включить непосредственно к выходам компараторов DA1 и DA2. В этом устройстве элемент DD1.4 реализует дифференциальную схему включения индикатора PA1 и обеспечивает компенсацию напряжения логического нуля.
В качестве индикатора контролируемого параметра PA1 могут быть использованы электронный осциллограф или цифровой вольтметр, это позволит существенно повысить точность воспроизведения измеряемой величины.
Электронный фазометр имеет линейную шкалу, что облегчает его тарировку. Для этого в качестве калибровочных напряжений следует взять два линейных напряжения трехфазной сети (угол сдвига фаз линейных напряжений составляет 120 эл. град.). В процессе тарировки необходимо согласовать калибровочные напряжения с допустимым уровнем входных напряжений. Величину отклонений стрелки индикатора не требуемую отметку шкалы осуществляют резистором R5.

Основные технические характеристики цифрового фазометра

1) диапазон рабочих частот 0,002. 2000, кГц;

2) диапазон входных напряжений 0,002. 2, В;

3) пределы измерения разности фаз ±180°; 0. 360°.

4) основная погрешность измерения разности фаз (при относительной нестабильности частоты сигнала не более 10 – 4 за 10 мин) , где j – измеряемая разность фаз в градусах; А – отношение входных напряжений, дБ.

5) входное сопротивление прибора более 1 МОм, входная емкость 30 пФ.

Принцип действия.В фазометре Ф2-16 измеряемый фазовый сдвиг преобразуется во временной интервал (рис. 3.4, а и б). С помощью формирующих устройств (ФУ) из исследуемых напряжений и вырабатываются кратковременные импульсы в моменты перехода напряжений через 0 в

Рис. 3.4. Структурная схема и временные диаграммы фазометра с преобразованием фазового сдвига во временной интервал

сторону увеличения. Эти импульсы поступают на входы S и R триггера T, и на его выходе формируются прямоугольные импульсы. Длительность импульсов триггера t пропорциональна измеряемому сдвигу фаз: . Среднее значение напряжения на выходе триггера, пропорциональное измеряемому фазовому сдвигу

измеряется встроенным цифровым вольтметром постоянного напряжения. При этом амплитуда импульсов выбирается таким образом, чтобы показания вольтметра численно совпадали с фазовым сдвигом , выраженным в градусах.

При таком способе измерения фазового сдвига может возникнуть систематическая погрешность из-за несимметричного ограничения исследуемых напряжений в ФУ. В этом случае напряжение на выходе ограничителя, например в ФУ1, будет иметь постоянную составляющую (рис. 3.4, в). Дифференцирующая цепь, входящая в ФУ, постоянную составляющую не пропускает, поэтому моменты перехода напряжения через нуль смещаются (показано на рис. 3.4, в стрелками). Изменение интервала t приводит к погрешности измерения фазового сдвига.

Структурная схема. Фазометр Ф2-16 выполнен по двухканальной схеме; опорный канал (ОК) и измерительный канал (ИК) идентичны (рис. 3.5). Для устранения погрешности из-за несимметричного ограничения в фазометре используются два триггера. Усилители ограничители выполнены по двухтактной схеме, поэтому их выходные напряжения u3, u4 и u5, u6 противофазны (рис. 3.6).

Рис. 3.5. Структурная схема фазометра Ф2-16

Роль дифференцирующих цепочек выполняют дискриминаторы уровня. Дискриминаторы ОК срабатывают при прохождении через 0 напряжений u3, u4 в сторону увеличения, а дискриминаторы ИК срабатывают при прохождении через 0 напряжений u5, u6 в сторону уменьшения. Триггер Т2 переключается положительным импульсом u7 и отрицательным импульсом u9. Триггер Т2 переключается соответственно импульсами u8 и u10, которые сдвинуты на полпериода относительно u7 и u9. Прямоугольные импульсы u11 и u12 амплитудой 6 В с Т1 и Т2 складываются в сумматоре, образуя u13. Туда же подается напряжение смещения – 12 В. Усилитель постоянного тока (УПТ) выделяет постоянную составляющую и изменяет ее полярность, после чего напряжение измеряется цифровым вольтметром. Если в первом канале, например, ограничение несимметричное, то импульсы u7 и u8 сдвинуты, как показано стрелками на рис. 3.6. Импульс u11 станет короче, а импульс u12 – длиннее, поэтому результирующая постоянная составляющая останется без изменения.

Рис. 3.6. Временные диаграммы, поясняющие работу фазометра Ф2-16

В фазометре Ф2-16 предусмотрен режим измерения сдвига фаз ±180°. В этом режиме с помощью переключателя напряжения u7 и u8 меняются местами, на сумматор подается напряжение смещения не –12, а –6 В. Графики напряжений для этого режима показаны на рис. 3.6 справа.

Тензометрические датчики: типы, устройство, принцип работы, назначение

Тензометрические датчики являются устройствами, которые преобразуют деформацию твердого тела в сигнал. Это осуществляется за счет того, что сопротивление прибора зависит от изменения его размеров при растяжении.

Принцип действия датчика

Следует сказать, что основой датчика давления является тензорезистор, который закреплен на особой конструкции. Такие приборы специально калибруют. Осуществляется данный процесс при помощи нагрузки, которая постоянно увеличивается. Человек при этом измеряет величину сопротивления.

Дальше по показателям можно понять значение нагрузки, а также проверить, насколько эффективна деформация. Такие датчики измеряют ускорение, перемещение, силу, крутящий момент, а также некоторые другие данные. Даже при создании сложной схемы нагрузка на конструкцию тензорезистора сводится к сжатию или же натяжению. Происходит это вдоль решетки, которая называется базой.

Использование

Тензометрические датчики используются для того, чтобы измерять активное сопротивление при воздействии. Именно поэтому они довольно популярны. Следует выделить, что существует несколько типов. Рассмотрим их.

Проволочные тензорезисторы

Сейчас наиболее простейшим примером следует назвать отрезок тонкой проволоки, которую необходимо установить на исследуемой детали. Сопротивление при этом можно подсчитать по обычной формуле.

Вместе с данной деталью следует еще установить проволоку, которая будет деформироваться. При этом нужно менять геометрические размеры, тогда усиливается сжатие и также увеличивается поперечное сечение. Если говорить о растяжении, то этот показатель уменьшится. Именно поэтому сопротивление будет менять знак в зависимости от того, какое действие производится. Характеристика при этом считается линейной.

Учитывая то, что тензометрический датчик имеет низкую чувствительность, придется увеличить длину проволоки на одном из участков при совершении измерения. Для этого нужно сделать спираль из нити, которая с обоих сторон будет обклеена пластинкой изоляции с лаком или бумагой. Для того чтобы отключить устройство от электрической цепи, нужно использовать два медных проводника. Их следует припаять или приварить к проволочной спирали, а также они должны быть достаточно прочными для того, чтобы подключиться к схеме. Тензорезисторы всегда закрепляют на упругом элементе либо же на детали, которая приклеивается при помощи обычного клея.

Проволочные тензометрические датчики имеют особые преимущества. Они получили простую конструкцию, маленькие размеры, небольшое сопротивление и также имеют линейную зависимость от вида деформации.

Если говорить о минусах, то следует отметить не особо хорошую чувствительность, влияние температуры, также прибор нужно защищать от влаги и применять только в области, где осуществляется упругая деформация.

Тензодатчики из фольги

Следует отметить, что принцип действия датчика давления такого типа является похожим на работу проволочного. Только использоваться в качестве материала будет фольга, которая делается из титан-алюминия, нихрома, константана. При этом следует заметить, что технология создания такого метода может позволить получить довольно сложной конфигурации решетку, а также даст возможность сделать весь процесс максимально автоматизированным.

Если сравнивать с проволочными устройствами, то фольговые датчики являются более чувствительными. Они способны пропускать огромное количество тока, лучше передавать деформацию, а также позволяют получить сложный рисунок и делать прочные выводы.

Полупроводниковые тензодатчики

Применение тензометрических датчиков такого типа связано с тем, что они имеют чувствительность в 100 раз больше, чем у проволочных. Благодаря этому их устанавливают без усилителей.

Среди недостатков следует заметить хрупкость, зависимость от температуры окружающей среды, а также разброс параметров.

Схемы включения датчиков

Принцип действия тензометрического датчика мы уже рассмотрели, поэтому следует сказать о том, как он подключается.

Если речь идет о малых электрических сигналах, то для их измерения идеально подойдет мостовое включение. В центре цепи следует расположить вольтметр. Более простым примером использования станет тензометрическое устройство, схема которого будет собрана в качестве электрического моста. Его подключать нужно в одно из плеч. При этом сопротивление станет таким же, как и у других резисторов, причем в ненагруженном состоянии. Тогда напряжение прибора будет показывать 0.

Если говорить о принципах действия, то у такого устройства они заключаются в том, что величина сопротивления станет увеличиваться или уменьшаться, полностью завися от того, какие усилия будут прикладываться. Следует заметить, что на точность показателей полностью влияет температура резисторов. Если в другое плечо будет включено аналогичное сопротивление, которое не поддается нагрузке, то оно должно компенсировать приспособление. Однако только в том случае, когда оказывается тепловое воздействие. Именно поэтому устройство подобного датчика довольно впечатляет многих покупателей.

Особенности

Далее необходимо сказать о том, что в измерительной схеме учитываются значения сопротивления проводов, если они подключены к резистору. При этом их влияние будет уменьшаться только в том случае, если добавить еще один провод. Его нужно подключить либо к вольтметру, либо к любому из выводов резистора. Если же на упругий элемент наклеить сразу два датчика, при этом с различной нагрузкой по знаку, то сигнал будет увеличен в 2 раза. Следует заметить, что если использовать четыре приспособления, то чувствительность возрастет. При этом нужно отметить, что при подключении проволочных тензорезисторов микроамперметры дадут показания в любом случае, даже если не использовать усилители. Главное — подбирать номиналы сопротивлений правильно. Для этого следует применять мультиметр для того, чтобы показатели были полностью равны между собой.

Применение датчиков

То, где используются такие устройства, полностью зависит от типов тензометрических датчиков. Если говорить о высокотемпературных приспособлениях, то они, как правило, применяются на металлургических и других предприятиях. Измерительные датчики, которые имеют упругий элемент, создаются из нержавеющей стали для того, чтобы обеспечить работу в химически агрессивной среде. Тензодатчики используют со штамповочными прессами, а также на других предприятиях, где необходимо проводить обработку металлов.

Следует заметить, что тензометрические датчики веса используются для того, чтобы передавать электрический сигнал на измерительный прибор. Работают они таким образом, что при взвешивании устройство деформируется, вместе с ним и тензорезисторы, которые соединены в схему.

Обычное устройство делается в виде шайбы, колонны или же балки, также встречаются S-образные варианты. Если говорить обо всех конструкциях, то важно, чтобы вся сила прикладывалась только в одном направлении: либо сверху вниз, либо наоборот.

При этом следует заметить, что при тяжелых условиях труда благодаря устройству тензометрических датчиков можно легко снизить действие паразитных сил. Однако именно от этих характеристик полностью зависит цена устройства. Как правило, на такие датчики стоимость составляет от сотен рублей до сотен тысяч. При этом цена полностью зависит от конструкции, материала обработки, технологий, величин, измеряемых параметров и так далее. Нередко подобные устройства используются в весах.

Выводы

Если говорить кратко, то принцип действия таких тензодатчиков основан на том, чтобы преобразовать деформацию в электрический сигнал. При этом для каждой отдельной цели будут использоваться различные конструкции такого устройства. Если человек выбирает тензометрическое приспособление, то нужно заранее определять, есть ли в схемах специальная компенсирующая сила, которая будет помогать избегать искажения показаний как из-за температуры, так и из-за других воздействий на устройство.

Каждый человек должен понимать, что такой прибор является очень популярным, так как без него не обходится многая техника. Разобраться в способе действия принципов работы такого приспособления будет несложно, ведь такое оборудование действительно простое и для того чтобы понять его сущность, нужно иметь элементарные знания по физике со школьных времен.

Следует заметить, что данное устройство получило большое количество вариаций, есть несколько типов таких датчиков, поэтому нужно полностью отталкиваться от целей при выборе и понимать, что человеку конкретно необходимо.

Каждый электрик должен знать:  Как устроены и работают гальванометры
Добавить комментарий