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

Đề tài:
Đề tài:
Đo di pha bằng phương
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
pháp đo khoảng thời gian
Trường Đại Học Điện Lực
Trường Đại Học Điện Lực
Khoa Điện tử viễn thông
Khoa Điện tử viễn thông
Đo di pha bằng phương pháp đo
Đo di pha bằng phương pháp đo
khoảng thời gian
khoảng thời gian
I.Tìm hiểu chung
Khái niệm đo độ di pha
Khái niệm đo độ di pha
Khái niệm về pha được gắn liền với khái niệm về dạo động điều hòa.
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:
Bất cứ một dạo động điện từ nào có dạng:


u = U
u = U
m
m
sin(
sin(

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

φ
φ
Là
Là
trị số pha ban đầu, là một hằng số.
trị số pha ban đầu, là một hằng số.
Khái niệm đo độ di pha
Khái niệm đo độ di pha
Pha cũng đc đo bằng đơn vị radian hay độ.
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
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
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
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
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:
cùng tần số và có trị số pha ban đầu khác nhau như:
Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian
Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng thời gian
u
1
= U
m1
sin( ωt + φ
1
)
u

2
= U
m2
sin( ωt + φ
2
)
Thì cần xét là trị số sai pha của 2 dạo động. Trị số sai pha
này bằng: φ = φ
1
– φ
2
Để đơn giản, ta xác định pha ban đầu của một dao động
bằng 0, ví dụ φ
2
= 0, khi đó: φ = φ
1
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
Đo di pha bằng phương pháp đo
khoảng thời gian
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
Đo di pha bằng phương pháp đo
khoảng thời gian
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
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
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 ω
1
và ω
2
thì độ di pha
của chúng bằng:
φ = ω
1
t + φ
1
- ω
2

t – φ
2
= ( ω
1
– ω
2
)t + φ
1
– φ
2
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
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
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
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
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
II. Đo di pha bằng phương pháp đo khoảng
thời gian
thời gian
•
Là phương pháp phổ biến để đo pha
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
φ
o
= 360
o
( ΔT/T).
Đo di pha bằng phương
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
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 di pha bằng phương pháp
đo khoảng thời gian
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 di pha bằng phương pháp
đo khoảng thời gian
đo khoảng thời gian
Như vậy trị số trung bình của dòng điện đo bằng đồng hồ từ điện V là:
I
o
= I
m
( ΔT/T).
Từ đây ta có φ = 360( I
0
/I
m
).
Từ biểu thức trên ta thấy quan hệ giữa trị số pha φ và I

0
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/I
m
) ΔI
0
Sai số đo của pha mét này khoảng chừng 1÷3%.
Đo di pha bằng phương pháp
Đo di pha bằng phương pháp
đo khoảng thời gian
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
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
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
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
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
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
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
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

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


của hai điện áp.
của hai điện áp.
Đo di pha bằng phương
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
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
Đo di pha bằng phương
pháp đo khoảng thời gian
pháp đo khoảng thời gian
Đo di pha bằng phương pháp
Đo di pha bằng phương pháp
đo khoảng thời gian

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:
( 2ΔT/T).
I = I
m
( 2ΔT/T)
⇒
φ = 180 ( I
0
/ I
m
).
Nó gồm hai phần: bộ biến đổi( gồm 2
kênh tạo dạng xung, và trigơ tạo
xung có độ rộng là ΔT) và bộ
phận đo đếm số xung.
CÁM ƠN THẦY CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ CHÚ Ý
LẮNG NGHE!