一种工频相位差测量仪的设计.doc

一种工频相位差测量仪的设计摘要:利用相位差转换为时间脉冲的原理设计了一种工频相位差数字化测量仪,阐述了设计思想,详细分析了电路组成和单元电路工作原理,给出了电路中各关键点的测试波形。试验表明,利用本测量仪测量相位差与设定标准值相比差值在2%以内。同时给出了对工频信号以外信号的相位差扩展测量方法。关键字:相位差;数字化;测量仪;设计ADesignofTechnical-frequencyPhaseDifferenceMeasureInstrumentAbstract::Adigitaltechnical-frequencyphasedifferencemeasureinstrumentisdesignedbyusingtheprincipleofthephasedifferenceconverttimeaspulse,designidealofitisexpatiated.,thecircuitconstituteandunitcircuit’stheoryisanalyzedindetail,%.phasedifferenceextendedmeasurementmethodofthesignalwhichoutoftechnical-:phasedifference;digital;measureinstrument;designation1引言相位差是工业测控领域中需经常测量的十分重要的参数,如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。工频相位差的测量对研究诸如电工设备的视在功率、有效功率、功率因数等有着重要的意义。目前,相位差测量的基本方法主要有:示波器测量法(包括直接波形比较法和李萨如图形法)、相位差转换为电压测量法(包括差式检波法和平衡式检波法)、相位差转换为时间测量法(包括模拟式相位计和数字式直读相位计)、零示法等。其中示波器法获得测量结果需进行烦琐的数字转换;转换为电压测量法需要变压器、表头等,使得相位计重量、体积变大;零示法通常采用直接数字频率合成技术(DDS),尽管把单片机引入相位测量,智能化提高,但研发过程除硬件设计以外,还有软件编程等比较复杂。而相位差转换为时间脉冲的测量技[1]术原理清楚,容易实现对相位差的数字化测量,可达到较高的性价比。本文就是利用相位差转换为时间脉冲的原理设计了一种工频相位差测量仪。2基本原理[2]测量仪设计总的思想是将相位差转换为时间然后进行测量,其基本原理框图如图1所示。具体是首先由整形电路产生与被测正弦波相对应的矩形脉冲,将两路脉冲通过异或门进行运算后把相位差转换为时间闸门,同时经过一个D触发器对两相位进行比较,以对此进行相位的判断,然后把相位比较的结果作为模拟开关的控制信号输入,通过开关控制把两路脉冲输入到D触发器上,使得输出端产生锁存信号。555定时电路产生计数脉冲,把此计数脉冲