POMIARY PARAMETRÓW ELEMENTÓW RLC - Ćwiczenie nr 6

Laboratorium z przedmiotu Metrologia
składowych rzeczywistych i urojonych sygnałów stosowane są woltomierze wektorowe (detektory fazoczułe), poniżej
zostaną przedstawione dwa układy pomiarowe wykorzystujące tego typu detektory.
4.1.1. Układ pomiarowy LC z detektorem fazoczułym
W prostych rozwiązaniach cyfrowych mierników parametrów impedancyjnych, stosuje się modyfikację obwodu
wejściowego polegającą na tym, że pomiar impedancji jest realizowany przy ustalonym napięciu zasilającym, a
wydzielany jest tylko prąd płynący przez Zx lub przy ustalonym prądzie tylko sygnał napięcia na Zx. Z wydzielonego
sygnału, jego składowe ortogonalne są za pomocą detektora fazoczułego przetwarzane na napięcia stałe, a następnie
mierzone woltomierzem cyfrowym. Schemat blokowy układu pracującego według tej metody, pokazano na
rys. 9.
Rys. 9. Schemat układu do cyfrowego pomiarowego LC z detektorem fazoczułym
Przy pomiarze kondensatorów, w równoległym schemacie zastępczym kondensator jest włączony na wejście
wzmacniacza W (Z1 = Zx), a w sprzężeniu znajduje się rezystor wzorcowy (Z2 = RN) przetwarzający prąd płynący
przez Zx na wektor napięcia UW:
Z
UW = − 2 Um
= −RN
( Gx
+ jω
Cx
) U m
(17)
Z1
1
ponieważ: = Gx
+ jω
Cx
.
Z x
W przypadku pomiaru cewki indukcyjnej, w szeregowym schemacie zastępczym Zx=Rx+jωLx, element mierzony
jest włączony w sprzężenie zwrotne wzmacniacza W (Z2 = Zx) i jest zasilany prądem ustalonym przez rezystor
wzorcowy włączony na wejściu wzmacniacza (Z1 = RN). W tym przypadku wektor napięcia na wyjściu wzmacniacza
W określa wzór:
Rx
+ jω
Lx
UW
= − U m
(18)
RN
Ze wzorów (17) i (18) wynika, że wektor napięcia UW jest zależny nie tylko od Cx czy Lx, ale także od składowej
rzeczywistej Gx kondensatora lub Rx cewki. Uzależnienie to można wyeliminować, wyodrębniając składowe
urojone z sygnałów UW za pomocą układu detektora fazoczułego.
Detektor fazoczuły
Zasadę działania detektora ilustruje rys. 10.
Rys. 10. Schemat blokowy detektora fazoczułego
Sygnał pomiarowy Upom jest mnożony przez +1 lub –1 w zależności od pozycji klucza P, przełączanego w takt
zmian napięcia odniesienia Uref. Jeżeli częstotliwości sygnałów Upom i Uref są jednakowe, a kąt przesunięcia fazy
między tymi napięciami jest równy zeru, napięcia Us i Ud mają kształt przedstawiony na rys. 11a. Jak widać na
6