GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 11: ĐO GÓC PHA
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 1
C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G1
1
1
1
.
.

Đ
Đ
O
O


2L
L
T
T
)
)
11.1. Cơ sở chung.
Góc pha cùng với tần số và biên độ là một thông số cơ bản của quá trình dao
động:
x(t) = X
m
.cos(ωt + ϕ)
trong đó: X
m
là biên độ của dao động
ω là tần số góc của dao động
(ωt + ϕ) là pha của dao động, trong đó ϕ - góc lệch pha ban đầu là
đại lượng không đổi, còn ωt là đại lượng thay đổi theo thời gian.
Thông thường người ta đo góc lệch pha giữa hai dao động x
1
và x
2
có tần số
như nhau:

1
1
.
ϕ
ω
ω
ϕϕ
−=
hoặc
1
1
2
2
.
ϕ
ω
ω
ϕϕ
+−=

Đối với các tín hiệu đa hài thì thì góc lệch pha ϕ được coi như góc lệch giữa
các sóng hài bậc một. Đối với các tín hiệu phức tạp hơn, ví dụ tín hiệu xung
chẳng hạn thì người ta không nói đến góc lệch pha mà đưa ra khái niệm về độ
lệch thời gian: là khoảng thời gian giữa các thời điểm khi mà tín hiệu vượt qua
một mức nhất định nào đó (ví dụ mức không chẳng hạn).
Thông thường góc lệch pha được đo bởi gradian hay độ. Còn độ lệch thời
gian được đo bằng giây (s).
Thường gặp trường hợp cần đo góc lệch pha giữa hai tín hiệu có cùng tần số
trong khoảng từ 0 ÷ 360
0

2

(thuần trở) nên dòng I
2
trùng pha với điện áp U. Theo công thức của cơ cấu chỉ
thị lôgômét điện động ta có:







=
)cos(
)cos(
)(
22
11
III
III
FF
α

theo hình 11.1b ta có:






I
FF

(11.1)

Nếu như ở mạch song song ta làm sao cho I
1
= I
2
; β = γ thì từ (11.1) suy ra:
α = ϕ
Như vậy độ lệch góc α của cơ cấu chỉ thị được xác định bởi góc ϕ. Bảng khắc
độ được khắc theo đơn vị của góc ϕ hay hệ số cos ϕ.
Nhược điểm của loại fazômét này: là chỉ được tính cho một cấp điện áp. Nếu
thay đổi điện áp thì phải thay đổi điện trở R
1
và điện cảm L
2
do đó dẫn đến thay
đổi góc β. Ngoài ra sai số còn phụ thuộc vào tần số vì trong mạch có cuộn cảm.
Để khắc phục sai số do tần số gây ra ta chia một cuộn thành hai cuộn nối song
song với nhau. Một cuộn nối với điện dung C còn cuộn kia nối với điện cảm L
như hình 11.2.
Ta có:
C
L
.
1
.
ω

11.2.2. Fazômét điện tử:
Nguyên lý hoạt động: dựa trên việc phân biến đổi góc lệch pha trực tiếp
thành dòng hay áp.
Để đo góc lệch pha giữa hai điện áp hình sin ta thực hiện theo sơ đồ hình 11.3a:

Hình 11.3. Fazô mét điện tử:
a) Sơ đồ khối nguyên lý b) Biểu đồ thời gian
Tín hiệu hình sin x
1
và x
2
qua các bộ tạo xung TX
1
và TX
2
. Khi tín hiệu đi
qua mức "0" tạo ra các xung U'
1
và U'
2
(H.11.3b), các xung này được đưa đến
đầu vào của Trigơ (S-R).
Như vậy các tín hiệu hình sin ở đầu vào nhờ các bộ tạo xung đã biến độ lệch pha
thành khoảng thời gian giữa các xung. Khi có sự tác động của các xung này lên
GIÁO ÁN_KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG CHƯƠNG 11: ĐO GÓC PHA
GV: Lê Quốc Huy_Bộ môn TĐ-ĐL_Khoa Điện 4
đầu vào của trigơ xuất hiện tín hiệu I
Tr
ở đầu ra, qua cơ cấu chỉ thị từ điện ta sẽ
có một dòng trung bình:

, đo dòng trung bình I
tb

thì suy ra góc pha.
Đặc điểm: sai số của phép đo này cỡ ±(1÷2%) chủ yếu là do sự biến động của
I
m
và sai số của phép đo dòng trung bình I
tb
.
Loại fazômét này thường được sử dụng để để đo góc pha 0 ± 180
0
(360
0
), dải tần
số 20Hz ÷ 200kHz.
11.2.3. Fazômét chỉ thị số:
Nguyên lý hoạt động: dựa trên nguyên tắc biến đổi góc lệch pha thành mã:
đầu tiên góc lệch pha cần đo giữa hai tín hiệu được biến thành khoảng thời gian.
Sau đó lắp đầy khoảng thời gian đó bằng các xung với các tần số đã biết trước.
Các fazômét xây dựng theo nguyên tắc này bao gồm bộ biến đổi góc pha thành
khoảng thời gian, bộ biến đổi thời gian - xung, bộ đếm và chỉ thị số.
Xét fazômét đơn giản nhất như hình 11.4:

Hình 11.4. Fazô mét chỉ thị số:
a) Sơ đồ khối nguyên lý b) Biểu đồ thời gian
Các tín hiệu x
1
, x
2

ft
T
t
N
ϕϕ
.
.360
..
360
.
0
0
0
0
0
0
====

Như vậy số xung đếm được tỉ lệ thuận với góc pha ϕ
X
cần đo với điều kiện f
0
và
f
X
là những đại lượng không đổi.
Đặc điểm: sai số của phép đo này chủ yếu phụ thuộc vào độ không ổn định
của f
0
và f

được lấy từ bộ phát chuẩn f
0
. Tín hiệu xung t
u
được đưa đến mở khoá thứ hai K
2
.
Các bộ TX
1
, TX
2
, Trigơ, khoá K
1
và bộ phát tần số chuẩn f
0
giống như trên sơ đồ
hình 11.4. Ở hình 11.5b chỉ rõ biểu đồ thời gian của quá trình làm việc của
fazômét. Khoảng thời gian t
u
sẽ mở khoá K
2
và xung từ các khoảng t
x
nằm gọn