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数字测量仪
高精度相位差测量仪对于相位差测量的重要
来源:时频网作者:小齐网址:http://www.tf086.com

高精度相位差测量仪对于相位差测量的重要

相位差,物理学概念。两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差,或者叫做相差。这两个频率相同的交流电,可以是两个交流电流,可以是两个交流电压,可以是两个交流电动势,也可以是这三种量中的任何两个。一台高精度相位差测量仪对相位差的测量尤为重要。

相位差与相位的关系

(1)当j12>0时,称第一个正弦量比第二个正弦量的相位越前(或超前)j12;

(2)当j12<0时,称第一个正弦量比第二个正弦量的相位滞后(或落后)|j12|;

(3)当j12=0时,称第一个正弦量与第二个正弦量同相,如图7-1(a)所示;

(4)当j12=±π或±180°时,称第一个正弦量与第二个正弦量反相;

(5)当j12=±π/2或±90°时,称第一个正弦量与第二个正弦量正交。

相位差示例

1.已知u= 311sin(314t- 30°)V,I= 5sin(314t+ 60°) A,则u与i的相位差为jui= (-30°) - (+ 60°) = - 90°,即u比i滞后90°,或i比u超前90°。

相位差的取值范围和初相一样,小于等于π(180°).对于超出范围的,同样可以用加减2Nπ来解决.

2.研究交流电路的相位差.如果电路含有电感和电容,对于纯电容电路电压相位滞后于电流(电压滞后电流多少度也可以表述成电流超前电压多少度),纯电感电路电流相位滞后于电压,滞后的相位值都为π的一半,或者说90°.在计算电路电流有效值时,电容电流超前90,电感落后90,可用矢量正交分解加合.

加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压,这两者的相位差正好等于180°.这种情况叫做反相位,或者叫做反相.

正弦量正交(90°)和反相(180°)都是特殊的相位差.

目前,国内相位差测量仪生产厂家或研究单位明显存在着技术老化问题,其采用的器件、方法和技术与技术先进国家有较大的的差距。而最近发展的先进的计算机技术、电子技术等却由技术、资金、管理等方面的原因未能应用于相位测量技术,因此国内相位测量的水平与国外水平有着相当大的差距。同时,随着国防和科教等领域的发展,迫切需要高精度高性能的相位测量系统,而且在一些特殊工程领域,还需要测量仪器具备其它特殊功能。由此可见,为缩小这些差距,对高精度相位测量算法的研究和相位测量系统的设计刻不容缓。

本文介绍的是一套较完整的高精度相位差测量仪,提高相位及频率参数的测量精度,并扩展测相系统功能,由移相网络模块、相位差测量模块及频率测量模块三大部分构成,其系统功能主要是进行相位差测量及频率和幅度测量。SYN5607型相位计是由西安同步电子科技有限公司精心设计、自主研发生生产的数字式高精度频率相位计。该设备是对对正弦/三角/梯形波/方波的相位差进行精密测量,具有高度集成,精度高;稳定性好,性能可靠,操作简便、使用方便、安全等特点,相控雷达阵、无线电导航系统、自动控制系统的测距和定位,电力系统中相电压的相位差测量等都有广泛应用。

高精度相位差测量仪

该套高精度相位差测量仪的部分参数如下:

输入信号

波形

正弦/ 三角/ 梯形波 /方波

输入阻抗

1MΩ

相位范围

0°  to 360° or ±180°

频率范围

10Hz ~20KHz

幅度范围

0.5Vrms ~100Vrms

测量精度

相位测量精度

±0.1°

相位分辨率

0.01°

频率测量精度

2E-6

环境特性

工作温度

0℃~+50℃

相对湿度

≤90%(40℃)

存储温度

-30℃~+70℃

供电电源

交流 220V±10%, 50Hz±5%,功率小于75W

机箱尺寸

3U,19″标准机箱(上机架)482mm(宽)x370(深)x150mm(高)

选件

根据客户要求定做类似产品。

现代相位测量技术的发展可分为三个阶段:第一个阶段是早期采用的诸如阻抗法、和/差法、三电压法、对比法和平衡法等,虽方法简单,但测量精度较低,第二阶段是利用数字专用电路,微处理器、FPGA/CPLD、DSP等构成测相系统,使测量精度得以大大提高,第三阶段是充分利用计算机及智能化虚拟测量技术,从而大大简化设计程序,增强功能,使得相应的产品精度更高,功能更全,同时各种新的算法也随之出现。

高精度相位差测量仪在工业领域中是经常用到的一款测量工具,比如在电力系统中电网并网合闸时,要求两电网电信号相同,这就要求精确测量两工频信号之间相位差。还有测量两列同频信号相位差在研究网络、系统频率特性中具有重要意义。

高精度相位差测量仪主要是由锁相环PLL(Phase Lock Loop)产生360倍频基准信号和移相网络的基准信号与待测信号进行异或后的信号作为显示器的闸门电路和控制信号。在电子系统非常广泛应用领域内,到处可见到处理离散信息的数字电路,在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量就显得更为重要。

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