Компенсационный способ измерения напряжения постоянного тока Советский патент 1984 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при точных измерениях напряжения постоянного тока, в частности при проверке стрелочных и цифровых приборов постоянного напряжения ком пенсационным методом на пределах измерения, превьшающих предел измерения компенсатора. Известен способ измерения напря™ жения постоянного тока, заключающийся в непосредственном подключении измеряемого напряжения к вход1ным клеммам измерительного прибора Недостатком данного способа является ограниченный старшим предело измерения прибора динамический диапазон измеряемых напряжений. Наиболее близким к предлагаемому является компенсационный способ измерения напряжения постоянного тока, заключающийся в том, что измеряемое напряжение делят, измеряют поделенное напряжение компенсационным методом и по измеренной части напряжения и коэффициенту деления определяют измеряемое напряжение 2 Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная погрешностью коэффициентов деления. Цель изобретения - повьшение точ ности измерения напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в компенсационном способе измерения напряжения постоянного тока, заключающемся в подаче, измеряемого напряжения на группу последовательно соединенных резисторов, измерении падения напряжения компен сационным методом на части резисторов группы и определенииизмеряемог напряжения по измеренной части напряжения и отношению сопротивления резисторов, включеннь1х на измеряемо и измеренное напряжения, измеряемое напряжение подают на две одинаковые группы подстраиваемых резисторов, сопротивление которых регулируют до равенства напряжений на них, а па- дение напряжения, на части резисторо групп измеряют дважды припоочередном параллельном и последовательном соединении резисторов в каждой груп пе соответственно, например, при па раплельном соединении резисторов в первой и последовательном - во второй и параллельном - во второй И последовательном - в первой, после чего результаты усредняют, На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего данный способ. Устройство содержит первую группу последовательно соединенных подстраиваемых резисторов . 1, 2, 3 (В1, FZjRS) и вторую группу по1:шедовательно соединенных подстраиваемых резисторов 4, 5, 6 (Н4, В5, Кб), ключ 7, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 1 и вторым выводом резистора 2, ключ 8, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 2 и вторым выводом резистора 3, ключ 9, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 4 и вторым выводом резистора 5, клк1Ч 10, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 5 и вторым выводом резистора 6, переключатель П, первый контакт которого соединен с первым выводом резистора 1, второй контакт с первым контактом переключателя 12, второй контакт которого соединен с первым выводом резистора 4, первая входная клемма 13 подключена к первому выводу резистора 1, вторая входная клемма 14 - к первому выводу резистора 4, подвижный контакт переключателя 11 соединен с клеммой 15, подвижный контакт переключателя 12- с клеммой i 6, клемма 17 подключена к первому выводу резистора 2, клемма 18 - к первому выводу резистора 3, клемма 19 - к второму выводу резистора 3, к второму выводу резистора 6 и к второму контакту переключателя 11, клемма 20 подключена к первому выводу резистора 6, а клемма 2 1 - к первому выводу резистора 5, компенсатор 22 постоянного тока, на чертеже подключенный к клеммам 15 и 16. Источник 23 измеряемого напряжения подключен к входным клеммам 13и 14. Устройство работает следующим образом. Вначале устанавливают равенство сопротивлений всех резисторов друг другу. Для этого, например, от источника 23 -подают контрольное напряжение на клеммы 13 и 14 (при этом все резисторы соединены последовательно, т.е. ключи 7-10 разомкнуты) Выставив на компенсаторе 22 показание и поочередно подключаясь компен3сатором к каждомурезистору, т.е. к клеммам 13-17, 17-18, 18-19, 19-2 и 21-14, регулировкой сопротивления резисторов Н6 уравновешивают компенсатор 22. При этом получают равенство сопротивлений всех резисторов друг другу с погрешность отсчета rfb компенсатора, т.е. HT )H2(...p(l 1сЛ„) (1) rf;,o, 100, где dU - цена последней декады ком пенсатора-, Ive - напряжение на резисторах. После этого подключают компенсатор 22 к клеммам 15-16, замгчкают ключи 7-8, а переключатели 11 и 12 устанавливают в положение 24. На клеммы 13-14 подают измеряемое напряжение и. Уравновесив компенсатор 22 регулировакой его декад, по их показаниям отсчитывают выходную часть напряжения U . Затем размыкают ключи 7 и 8, а ключи 9-10 замьжают, переключатели li и 12 переводят в положение 25 и регулировакой декад уравновешивают компенсатор 22, находя при это выходную часть напряжения Uj . и,--к,и, и u,K2U2 , Ьfe . ,, 2,.„,.J.l.,,J, u - 32 . R., 5R,f 2-R2R3 iRb Р4С5Ь Результаты измерений усредняют, т.е. находят и . Поскольку при измерении U и U погрешность компенсатора 22 практи чески- одинакова, то в принципе U и (Jj от своего среднего значения отличаются только за счет погрешнос тей и оЛу и погрешностей коэффициентов передачи сЛ и (А, . Погр ность измерения напряжения U и (J 44 компенсатором 22 в общем случае сосТ.оит из допустимой погрешности компенсатора f- и погрешности отсчета , вызванной конечным числом дискретных ступеней в его декадных переключателях. В связи с этим, а также учитывая,что измеряются равновеликие значения напряжения, выражение (41 можно переписать следующим образом: хЦ ГЧн()(,„ (1 + +..+ сЛ.)Кн(1 + к,), О. где и - номинальное значение измеренных частей напряжения-, K - номинальное значение коэффициентов передачиi - допустимая погрешность компенсатора (потенциометра) , численно равная его классу точности (при использовании первой декады). После упрощения имеем; U, U,«KH(I+V«) ()- 5) Из (5) видно, что на погрещность р1змерения влияет суммарная -погреш н сть iS коэффициентов передачи ДН. .)2 К1 Ki Для определения суммарной погрешности ( находят сначала выражения для сопротивлений последовательно,го и параллельного соединения резисторов, входящих в (2 I и (3). 3. Ь Находят а также и Рэ2 при условии, что все резистор имеют одинаковое номинальное сопротивление , например ЗВ и погрешности i 2 I, 3RU + rfil i (l + rfa) ,...; (l + (f;), 3 / 1 тогда . «- s V i-1 4/ Аналогично X R 9( 1+:;X V - Используя разложение в стёпеииой ряд, а также свойства степенного ряда получим 3 3 / Э 21 -IXd -iZcA lXcAj , .1 / J ),,. Э2 3 j 1 5 i. J j-:4 U . с точностью до величин второго порядка малости на основе (2 I и (3 ) имеей 7 9R i- iz. tr Данное вь ажение после ваний с учетом свойств степенного ряда и ограничения величинами второго порядка малости приобретает в Ь Ъ 3 1fO,9 . 1 1 3 ,1 1 fe3 -j -fZcy.ZcA. ,(7} 3 Ь4 U1 Vj a погрешность „ определяется из выражения К -К, 10-К . -4l -4/i s 4 -4-Sl« fhoo%3-7- Аналогично (18) и (19 j для Kj и имеем к,.-|2:.. 2 5 -,-1 1 3 4 5 36 4 2:.. 1гЛ U4 3 .,4 ij .Из уравнений 6-10 получим Vi )оо/ ои ( fl f 2ifs,i(, -0,15.(( + + + #-) t--) Формула (11)описывает методическую погрешность параллельно-последовательного преобразования соединений резисторов, которые при эксплуатации в нестабильных температурных условиях или с течением времени могут явиться источником значительных погрешностей при измерении напряжения. Поэтому перед измеренияАи регулируют сопротивления резисторов до выполнения условия (1), т.е. при этом практически ( lAj,; , поскольку выражение (1П при этом обращается в нуль, т.е. методическая погрешность при равенстве резисторов отсутствует. Из (11). следует, что погреш3 Ь у HocTHfJLS J-, 1 ST -д резисторов 1т6 взаимно компенсируются, а методическая погрешность также отсутствует при соблюдении условия (1), Следовательно, на основании сказанного, формулу (5) можно записать следующим образом и( ( Таким образом, данный способ измерения напряжения, значение которого- превышает верхний предел измере.ния компенсатогГа, позволяет осуществлять измерения практически с допускаемой погрешностью компенсатора.

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, заключающийся в подаче измеряемого напряжения на rpyhny последовательно соединенных резисторов, измерении падения напряжения компенсационным методом на части резисторов группы и определении измеряемого напряжения по измеренной части напряжения и отношению сопротивления резисторов, включенных на измеряемое и измеренное напряжения , отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, измеряемое напряжение подают на две одинаковые группы подстраивае1Ф1х резисторов, сопротивление которых регулируют до равенства напряжений на них, а падение напряжения на части резисторов групп измеряют дважды при поочередном параллельном и последовательном соеte динении резисторов в .каждой группе соответственно, например, при параллельном соединении резисторов - в первой и последовательном - во второй и параллельном - во второй и последовательном - в первой, после чего результаты усредняют. ю СП 00