Электродинамический однофазный фазометр, применяемый в лабораторной работе, представляет собой логометр (рисунок 6.3). Неподвижная катушка МН включается последовательно с приемником энергии Z.
Подвижные катушки электродинамического однофазного фазометра установлены под углом 60° между собой на одной подвижной оси, которая не снабжена противодействующей пружиной. Последовательно с одной из них включено безреактивное добавочное сопротивление Rд, последовательно с другой – катушка индуктивности с сопротивлением Xд. Подвижные катушки (1-2; 3-4) вместе с добавочными сопротивлениями образуют две параллельные ветви, включенные на напряжение цепи U. В первой катушке ток I1 совпадает по фазе с напряжением U, а во второй – ток I2 отстает от напряжения на угол, близкий к 90°. С учетом векторной диаграммы электродинамического фазометра (рисунок 6.4), угол поворота подвижной части логометра a равен:
,
где j – угол сдвига тока I относительно напряжения U.
При постоянных сопротивлениях параллельных ветвей прибора
.
 | |||
| |||
Таким образом, угол поворота подвижной части фазометра зависит от угла сдвига фаз между током и напряжением цепи и, следовательно, на шкале фазометра могут быть нанесены значения угла j (верхняя шкала) или значения cos j (нижняя обратная шкала). В отличие от других электродинамических приборов показания электродинамического фазометра зависят от частоты, так как с изменением частоты изменяется сопротивление Xд в цепи (1-2), в то время как сопротивление Rд в цепи (3-4) останется неизменным.
Угол сдвига фаз можно определить косвенно с помощью осциллографа по характеру и форме осциллограмм. К числу осциллографических методов относятся методы: эллипса, линейной развертки и др. При этих измерениях существенную роль играют амплитудная и фазовая симметрии каналов передачи сигналов на вертикально и горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, качество фокусировки электронного луча, нелинейные искажения усилителей, генераторов развертки и электронно-лучевой трубки.
Погрешность измерения угла сдвига фаз j осциллографическими методами
составляет 2-5 %.
Для определения значения угла сдвига фаз j методом эллипса необходимо подключить напряжение, снимаемое с полного сопротивления нагрузки Z (рисунок 6.2) ко входу осциллографа Y. Напряжение, снимаемое с активного сопротивления R, подключают непосредственно ко входу осциллографа X. Размеры изображения эллипса (рисунок 6.5) на экране ЭЛТ по вертикали регулируют чувствительностью канала "Y", а по горизонтали – чувствительностью канала "X". Значение угла сдвига фаз j определяют по формуле
,
где ab – расстояние между точками пересечения эллипса с вертикальной осью, мм; cd – максимальное отклонение луча по вертикали, мм.
При методе линейной развертки на экране двухканального осциллографа наблюдают оба напряжения 
и 
между которыми измеряют сдвиг фаз (рисунок 6.6). При этом скорость развертки осциллографа выбирают такой, чтобы на экране укладывался целый период измеряемого сигнала. Синхронизация генератора развертки должна осуществляться одним из входных сигналов. Угол сдвига фаз определяется отношением интервала времени n между моментами прохождения измеряемых напряжений через нуль к интервалу, соответствующему длительности периода N:
.
Контрольные вопросы
1 Поясните назначение и устройство ваттметра. Каким образом определяется его цена деления? Напишите уравнение шкалы электродинамического ваттметра. Каким образом значения мощностей, потребляемых обмотками ваттметра, связаны с его погрешностью?
2 Поясните назначение и устройство фазометра. Начертите векторную диаграмму фазометра. Напишите уравнение для угла поворота подвижной части электродинамического фазометра.
3 Как расширить предел измерения аналогового ваттметра? Начертите схему включения ваттметра с нагрузкой.
4 Какие составляющие оказывают влияние на результирующую погрешность измерения угла сдвига фаз методом эллипса?
5 Перечислите виды мощности, запишите формулы для их определения.
6 Что такое фаза гармонического колебания? В каких единицах измеряется угол сдвига фаз? Перечислите осциллографические методы измерения угла сдвига фаз.
7 Почему у отключенного фазометра электродинамической системы стрелка не возвращается на нулевую отметку? Изменится ли показание фазометра в схеме (рисунок 6.2), если вход обмотки напряжения фазометра включить на выход обмотки тока ваттметра?
8 Перечислите основные метрологические и эксплуатационные характеристики ваттметров.
9 Поясните конструктивные различия между электродинамическими ваттметром и фазометром.
Литература
[1, С. 128-131, 133-136, 400-411; 2, С. 119-125; 4, С. 91-100]