Пристрій для калібрування величини змінної напруги

Пристрій для калібрування величини змінної напруги, що містить джерело каліброваної постійної напруги з виводами позитивного і негативного потенціалів та два комутатори, перший з яких першим аналоговим виводом сполучений з виводом позитивного потенціалу джерела каліброваної постійної напруги, який відрізняється тим, що в нього додатково введені два конденсатори, ємності яких рівні між собою, чотири комутатори, котушка p індуктивності, фазообертальний пристрій на , 2 формувач імпульсів та інвертор, при цьому другий аналоговий вивід першого комутатора сполучений C2 2 (19) 1 3 ВТН - вимірювальний термоперетворювач напруги; ВПН - вимірювач постійної напруги. Калібрування напруги за допомогою цього пристрою відбувається наступним чином. На вхід вимірювального термоперетворювача напруги ВТН через замкнутий ключ К1 подається спочатку калібрована постійна напруга U=. Величину постійної напруги X, яка 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 й те ж саме значення постійної напруги X, вважають, що UD = U=,. Гранична похибка, g1 калібрування з використанням відомого пристрою визначається за формулою: (1) g1 = gВТН + gК + gНС= + gНС», де gВТН - похибка ВТН; gК - похибка калібрування джерела постійної напруги; gНС= - похибка, викликана нестабільністю джерела постійної напруги; gНС= - похибка, викликана нестабільністю джерела змінної напруги. Відомо, що вищезазначені похибки складають: похибка gВТН кращих існуючих ВТН - 0,001%, похибка gК - 0,0001 %, похибка gНС= - 0,0001 %, похибка gНС= - 0,001 %. Таким чином, граничне значення похибки g1 калібрування змінної напруги за допомогою цього пристрою становить 0,0022 %, що не відповідає сучасним вимогам до точності відтворення змінної напруги. Недоліками такого відтворення є похибка, викликана кінцевим значенням похибки термоперетворювача і неодночасним порівнянням відтворюваної та каліброваної фізичних величин, ручний режим та інерційність процесу відтворювання. В основу винаходу поставлена задача підвищення точності пристрою для калібрування величини змінної напруги шляхом додаткового введення в нього двох конденсаторів С1, C2, ємності яких рівні між собою, чотирьох комутаторів, котушки індуктивності, фазоповоротного пристрою (ФП) на p , формувача імпульсів (ФІ) та інвертора (І), за 2 рахунок чого досягається на порядок вища точність відтворювання змінної напруги та автоматизація процесу відтворювання. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для калібрування величини змінної напруги, який містить джерело каліброваної постійної напруги U=, яке має вивід позитивного і вивід негативного потенціалів, два комутатори, перший з яких першим аналоговим виводом сполучений з виводом позитивного потенціалу джерела каліброваної постійної напруги, згідно з винаходом додатково введено два конденсатори С1, С2, ємності яких рівні між собою, чотири комутатори, котушка p індуктивності, фазоповоротний пристрій на , 2 формувач імпульсів та інвертор, при цьому другий 89580 4 аналоговий вивід першого комутатора сполучений з першим виводом першого конденсатора та першим аналоговим виводом другого комутатора, другий аналоговий вивід якого є виходом усього пристрою і сполучений з першим виводом котушки індуктивності, першим аналоговим виводом третього комутатора та із входом фазоповоротного p , вихід якого сполучений із входом пристрою на 2 формувача імпульсів, вихід якого сполучений з входами управління другого, четвертого і п'ятого комутаторів та входом інвертора, вихід якого сполучений із входами управління першого, третього та шостого комутаторів, при цьому перший аналоговий вивід шостого комутатора сполучений з виводом негативного потенціалу джерела каліброваної постійної напруги та з першим аналоговим виводом четвертого комутатора, другий аналоговий вивід якого сполучений з другим аналоговим виводом третього комутатора та з першим виводом другого конденсатора, другий вивід якого сполучений з другими виводами першого конденсатора, котушки індуктивності та другими аналоговими виводами шостого та п'ятого комутаторів, а перший вивід п'ятого комутатора сполучений з виводом позитивного потенціалу джерела каліброваної постійної напруги. Структурна схемапристрою для калібрування величини змінної напруги зображена на Фіг.2. Пристрій містить джерело каліброваної постійної напруги ДКПН, вихідна напруга якого дорівнює U=, шість комутаторів К1-К6, два конденсатори С1, С2, ємності яких рівні між собою, котушку індуктивності p L, фазоповоротний пристрій на , формувач ім2 пульсів ФІ та інвертор І. Робота пристрою пояснюється за допомогою часових діаграм 1-6, наведених на Фіг.3. На часових діаграмах 1, 2 зображені процеси заряджання і розряджання конденсаторів С1, С2 відповідно до циклів роботи пристрою. На часовій діаграмі 3 вихідний сигнал пристрою, на діаграмі 4 - вихідний p сигнал фазоповоротного пристрою на . На ча2 сових діаграмах 5 і 6 - вихідні сигнали формувача імпульсів ФІ та інвертора І відповідно. На інтервалі часу 0-t1 за допомогою позитивного сигналу управління з виходу інвертора І (діаграма 6) відкриваються комутатори К1, К3 і К6. Завдяки цьому відбувається заряджання конденсатора С1 (діаграма 1) до вихідного рівня U= і підключення конденсатора С2 до котушки індуктивності L. У цей період часу комутатори К2, К4 і К5 закриті завдяки нульовому рівню сигналу (діаграма 5) на їх входах управління. На інтервалі часу t1 – t3 за допомогою позитивного сигналу управління з виходу формувача імпульсів ФІ (діаграма 5) відкриваються комутатори К2, К4 і К5. У цей період часу відбувається заряджання конденсатора С2 до вихідного рівня –U= (діаграма 2) і розряджання конденсатора С1 (діаграма 1), підключеного до котушки індуктивності L, на коливальний контур LC1. В цей період часу комутатори К1, К3 і К6 закриті завдяки нульовому 5 рівню сигналу (діаграма 6) на їх входах управління. На інтервалі часу t3-t5 за допомогою позитивного сигналу управління з виходу інвертора І (діаграма 6) знову відкриваються комутатори К1, К3 і К6, заряджається конденсатор С1 (діаграма 1) до вихідного рівня U= i розряджається конденсатор С2 (діаграма 2) ), підключений до котушки індуктивності L, на коливальний контур LC2. У цей період часу комутатори К2, К4 і К5 знову закриті завдяки нульовому рівню сигналу (діаграма 5) на їх входах управління. Надалі цей процес відбувається безперервно в автоматичному режимі. Як видно із діаграми 3, період часу t1-t3 дорівнює половині періоду коливання LC1-контуру. На цьому відрізку часу відбувається нуль-перехід коливань з позитивного значення синусоїди на негативне. На відрізку часу t3-t5 відбувається нульперехід коливань LС2-контуру з негативного значення синусоїди на позитивне. Ці коливання поp ступають на фазоповоротний пристрій на , на 2 виході якого виникає синусоїда, представлена на часовій діаграмі 4 (Фіг.3). Цей сигнал підсилюється і обмежується у формувачі імпульсів ФІ, на виході якого отримуємо сигнал, який поступає на входи управління комутаторів К2, К4, К5 та на вхід інвертора 1 (див. часову діаграму 5 на Фіг.3). Одночасно на виході інвертора 1 з'являється сигнал управління К1, К3, К6 (див. часову діаграму 6 на Фіг.3). Таким чином, відбувається синхронізація роботи пристрою. Оскільки коливальний процес LC-контуру, що складається з одного із з'єднаних з контуром конденсаторів С1 чи С2 та котушки індуктивності L, продовжується тільки половину періоду, розряд кожного з них відбувається лише частково (в інтервали часу t1 - t3, t5 - t7, t9 - t11 для конденсатора С1 і в інтервали часу, t3 - t5, t7 - t9, t11 - t13 для конденсатора С2) на підтримку вільних коливань. В наступні інтервали часу t3 - t5, t7 - t9, t11 - t13 для конденсатора С1 і t1 - t3, t5 - t7, t9 - t11 для конденсатора С2 відбувається їх заряд від ДКПН до рівня U= та -U=, відповідно. Це сприяє незначній зміні амплітуди синусоїдального сигналу, в моменти переключень комутаторів t1, t3 t5, t7, t9, t11 i т.д. З метою зменшення інтервалу часу, під час якого триває розряджання конденсаторів, підключених до коливального контуру, до половини періоду вихідного сигналу, були введені комутатори К5 та К6. Вони забезпечують позитивний заряд конденсатора С1 89580 6 шляхом комутації позитивного виводу ДКПН на перший вивід конденсатора С1 і негативного виводу ДКПН на другий вивід конденсатора С1 в інтервали часу t3 - t5, t7 - t9, t11 - t13, і, навпаки, забезпечують негативний заряд конденсатора С2 шляхом комутації негативного виводу ДКПН на перший вивід конденсатора С2 і позитивного виводу ДКПН на другий вивід конденсатора C2 в інтервали часу t1 - t3, t5 - t7, t9 - t11. За умови високої добротності LC-контуру впливом стрибків амплітуди синусоїди на форму сигналу можна знехтувати. Запропонований пристрій дає можливість уникнути використання вимірювального термоперетворювача напруги ВТН та операції порівняння, що дозволяє вилучити із виразу (1) похибки gВТН, і gНС» після чого вираз (1) набуде вигляду: (2) g1 = gК + gНС», а граничне значення похибки g1 зменшиться більше ніж на порядок і становитиме 0,0002 %. Порівняльний аналіз відомих технічних рішень свідчить про те, що запропонований пристрій для калібрування величини змінної напруги є більш точним, оскільки забезпечує пряму і найбільш просту операцію передавання точності від джерела каліброваної постійної напруги до джерела змінної напруги. На основі вищезазначеного можна зробити висновок, що сукупність суттєвих ознак, які викладені у формулі винаходу, є необхідною і достатньою для досягнення нового технічного результату - підвищення точності і спрощення калібрування величини змінної напруги за допомогою 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 напаряжения.-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. 48 с. 4. Безикович А.Я., Шапиро Е.З. Измерение электрической мощности в звуковом диапазоне частот.-Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980.С.148-150. 7 89580 8 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 89580 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601