Спосіб калібрування значення змінного сигналу

Спосіб калібрування значення змінного сигналу, згідно з яким значення точності джерела постійного сигналу передають джерелу змінного сигналу шля хом періодичного підключення, запам'ятовування та відтворення встановлених рівнів сигналів, який відрізняється тим, що для запам'ятовування рівня сигналу почергово періодично підключають два реактивних елементи C1 і С2 або L1 і L2, параметри яких рівні між собою, С1= С2 і L1=L2, до джерела постійного каліброваного сигналу, а для відтворення сигналу їх почергового підключають до третього реактивного елемента L3 або С3 і утворюють, тим самим, LC-контур, у 3 85632 На Фіг.1 наведено структурну схему, яка відображає суть цього способу, де: ДКПС - джерело каліброваного постійного сигналу; ДЗРС - джерело змінного регульованого сигналу; К1, К 2- ключі; ВТН - вимірювальний термоперетворювач напруги; ВПН - вимірювач постійної напруги За цим способом діють наступним чином. На вхід вимірювального термоперетворювача напруги ВТН через замкнутий ключ К1 подають спочатку каліброване значення постійного сигналу, наприклад напруги U=. Значення постійної напруги X, яке з'являється на виході ВТН, фіксують у ВПН, після чого розмикають ключ К1 і замикають ключ К2, через який на вхід ВТН подають змінну напругу з діючим значенням UD і регулюють її до тих пір, поки вихідна напруга ВПН не досягне значення X. Оскільки рівні між собою діюче значення змінної напруги і амплітудне значення постійної напруги викликають на виході термоперетворювача одне і те ж саме значення постійної напруги X, можна вважати, що UD = U=. Гранична похибка g1 калібрування за таким способом може бути визначена за наступним співвідношенням: g1 = gВТН + gК + gНС= + gНС» (1) де: gВТН - похибка ВТН; gК - похибка калібрування джерела постійного сигналу; gНС= - похибка, викликана нестабільністю джерела постійного сигналу; gНС» - похибка, викликана нестабільністю джерела змінного сигналу. Похибка gВТН кращих ВТН складає 0,001%, похибка gК =0,0001%, похибка gНС= =0,0001%, похибка gНС» =0,001%. Таким чином, граничне значення похибки g1 калібрування змінної напруги за цим способом становить 0,0022%, що не відповідає сучасним вимогам до точності відтворення змінного сигналу. Недоліками такого відтворення є похибка, обумовлена кінцевим значенням похибки термоперетворювача і неодночасним порівнянням відтворюваної та каліброваної фізичних величин, а також інерційність процесу відтворення. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу калібрування змінного сигналу шляхом зміни операцій запам'ятовування та відтворення точності джерела постійного сигналу, які виконують шляхом формування нових сигналів за допомогою реактивних елементів без застосування термоперетворювача, що дозволить уникнути операції порівняння значень відтворюваної та каліброваної фізичних величин змінного сигналу, уникнути впливу похибки термоперетворювача на величину відтворюваного змінного сигналу, і тим самим забезпечити підвищення точності калібру 4 вання змінного сигналу і швидкодію процесу калібрування. Поставлена задача вирішується тим, що у способі калібрування значення змінного сигналу, згідно з яким точність джерела постійного сигналу U=(I=), передають джерелу змінного сигналу шляхом періодичного підключення, запам'ятовування та відтворення встановлених рівнів сигналів, згідно з винаходом запам'ятовування відбувається шляхом почергового періодичного підключення двох реактивних елементів C1, С2 (L1, L2), параметри яких рівні між собою С 1= С2 (L1=L2), до джерела постійного каліброваного сигналу U=(I=), а відтворення відбувається шляхом почергового їх підключення до третього реактивного елементу L3 (С3) і утворення, тим самим, LC-контуру, в якому виникають вільні коливання, при цьому моменти комутації вибирають такими, що співпадають з максимумами сигналу на LC-контурі, а підключення реактивного елементу С 1 (L1) до LC - контуру супроводжують одночасним відключенням від LC контуру і приєднанням до джерела постійного каліброваного сигналу частково розрядженого реактивного елементу С2 (L2), підключення реактивного елементу С 2 (L2), до LC - контур у супроводжують одночасним відключенням від LC - контуру і приєднанням до джерела постійного каліброваного сигналу частково розрядженого реактивного елементу С1 (L1), а рівні максимального і діючого значень відтворюваних змінних сигналів визначають за співвідношенням: U I Umax = U= , UD = = або Imax = I= , ID = = , 2 2 де: UD, ID - діюче значення змінного сигналу; U= ,I= - значення постійного каліброваного сигналу; Umax, Imax - максимальне значення змінного сигналу. Спосіб, який запропоновано, дає можливість уникнути використання вимірювального термоперетворювача напруги ВТН та операції порівняння, що дозволяє вилучити із виразу (1) похибки gВТН та gНС» , після чого вираз (1 ) набуде вигляду: g1 = gK + gНС , = а граничне значення похибки g1 зменшиться при цьому більш ніж на порядок і становитиме 0,0002%. Порівняльний аналіз технічних рішень свідчить про те, що запропонований спосіб калібрування значення змінного сигналу є найбільш точним, оскільки забезпечує пряму і просту операцію передачі точності від джерела каліброваного постійного сигналу до джерела змінного сигналу. На Фіг.2 наведено структурну схему пристрою, яка ілюструє реалізацію способу калібрування значення змінного сигналу - напруги, де: ДКПС - джерело каліброваного постійного сигналу; ви хідна напруга якого дорівнює U=; Км1-Км4 - комутатори; С1, С2 - конденсатори (реактивні елементи), ємності яких рівні між собою; 5 85632 L3 - котушка індуктивності; p ФПП - фазоповоротний пристрій на , 2 ПЧ - подільник частоти; ФІ - формувач імпульсів; І - інвертор. Формування сигналів можна розділити на два цикли, які відбуваються одночасно: заряд одного з конденсаторів С1 (С2) до напруги рівня UK і розряд другого з конденсаторів С 2 (С1) на коливальний контур, створений одним з конденсаторів і котушкою індуктивності L3. Ці цикли відбуваються за допомогою комутаторів Км1-Км4. На першому відрізку часу спрацьовують комутатор Км1, за допомогою якого підключають конденсатор С1 до джерела ДКПС, і Км3, за допомогою якого підключають конденсатор С 2 до котушки індуктивності L3. Разом конденсатор С 2 та котушка індуктивності L3 на цьому інтервалі часу утворюють коливальний контур, у якому відбуваються вільні коливання, спричинені зарядом конденсатора С2 від ДКПС на попередньому інтервалі часу. Оскільки коливання тривають певний період, заряд конденсатора С 2 лише частково використовується на підтримку коливального процесу, після чого конденсатор С 2 за допомогою комутатора Км4 знову підключають до ДКПС для відновлення початкового заряду. В цей самий момент заряджений від ДКПС конденсатор С 1 підключають до котушки індуктивності L3, що тим самим викликає коливання на протязі наступного періоду. Надалі цей процес повторюється багаторазово. Синхронізація цього процесу відбувається завдяки послідовному з'єднанню фазоповоротного p пристрою на , завдяки якому вихідні коливання 2 U1 LC1 (C2) - контуру зсувають на 90°, подільника частоти, в якому вихідну частоту з ФПП ділять на 2, формувача імпульсів ФІ, в якому формують імпульси управління комутаторами Км2 і Км4 та інвертора І, на виході якого формують імпульси управління комутаторами Км1 і Км3 . На Фіг.3 наведено часові діаграми, які відображають процеси формування сигналів згідно з запропонованим способом. 6 На часовій діаграмі 1 зображено вихідний сигнал пристрою. На часовій діаграмі 2 - вихідний p сигнал фазоповоротного пристрою на , на часо2 вих діаграмах 3, 4 і 5 - ви хідні сигнали подільника частоти ПЧ, формувача імпульсів ФІ та інвертора І відповідно. Для реалізації способу, що пропонується, під час калібрування значення змінного струму використовують пристрій, схема якого аналогічна зображеній на Фіг.2, в якому замість конденсатора С 1 встановлено котушк у індуктивності L1, замість конденсатора С2 - котушк у індуктивності L2, а замість котушки індуктивності L3 встановлено конденсатор С3. Формування сигналів відбувається таким же чином, як описано вище. Наведені відомості підтверджують можливість реалізації цього способу і його промислову придатність. Експериментальна перевірка способу показала, що його застосування забезпечує досягнення технічного результату - підвищення точності і спрощення процесу калібрування змінного сигналу з використанням каліброваного постійного сигналу. Джерела інформації: 1. Попов B. C., Рубан Н. Г., Бешкарев А. В. Способы точного измерения эффективного значения переменного значения напряжения в широком диапазоне частот// Измерения, контроль , автоматизация. 1976 №1. С.31-37. 2. Попов B. C., Желбаков И. Н. Измерение среднеквадратического значения напряжения. - М. Энергоатомиздат,1987. - 120с. 3. Векслер М. С., Попов М. В. Проблемы метрологического обеспечения средств измерений мощности и энергии переменного тока в широком диапазоне частот. - М.. Машиностроение, 1983. 48с. 4. Безикович А. Я., Шапиро Е. З. Измерение электрической мощности в звуковом диапазоне частот. - Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. С.148-150. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85632 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601