Способ поверки электромеханических ваттметров Советский патент 1985 года по МПК G01R35/00 

ел

4

;о

Уг фиг. 1 Изобретение относится к электрои мерительной технике и может быть использовано при поверке ваттметров электромеханической системы. Известен -способ поверки ваттмет ров с раздельным питанием цепей ток и напряжения, заключающийся в том, что на образцовый и поверяемый приб ры подается номинальное напряжение и от источника напряжения,фазорегу лятором устанавливается необходимый угол сдвига фаз и, изменяя ток в токовых обмотках обоих приборов с отметкой шкалы, на которой производится поверка. Затем сравниваются показания прибора и вычисляется погрешность поверяемого;прибора. К образцовому и поверяемому приборам приложено одинаковое напряжение, через оба прибора протекает , один ток и углы сдвига фаз между напряжением и током в обоих при1борах равны С}. Недостатком этого способа являет ся существенное снижение точности поверки при уменьшении CosV ,обусло ленное тем, что при Cos Ч 0,5 погрешности всех образцовых приборов резко возрастают, и не обеспечивает ся необходимый гарантированный запа по точности между поверяемым и обра цовым прибором. Наиболее близким к изобретению является способ поверки ваттметров путем раздельного питания цепей тока и напряжения, и сравнения показаний образцового и поверяемого приборов, в котором вектор напряжения в образцовом приборе сдвигается относительно вектора напряжения в поверяемом приборе на заданный угол, изменяется фаза тока, текущего через оба прибора до получения нулевого угла сдвига фаз межд напряжением и током в образцовом приборе, после чего производится сравнение показаний приборов 2. Основным недостатком данного способа является низкая точность поверки, что обусловлено погрешностью, возникающей из-за технической невозможности задания точного , значения козффициента мощности из-з значительных погрешностей фазосдвигающих цепей синусоидальных сигналов,особенно в частотном диапазоне 1а также погрешностью, из-за несинфа IHOCTH векторов напряжения и тока в 4902 образцовом приборе, которая вызы- , вается погрешностью определения моментов совпадения фаз напряжения и тока в Образцовом приборе фазовым нуль-индикатором. Цель изобретения - повьшенке точности процесса поверки. Указанная цель достигается тем, что согласно способу поверки эдектромеханических ваттметров путем раздельного питания цепей напряжения и тока, в качестве поверочных сигналов используются периодические последовательности импульсов прямоугольной формы типа меандр, изменение показаний поверяемого прибора осуществляется путем изменения амплитудных и временных параметров формируемых прямоугольных сигналов, определяюпщх калиброванное значение мощности, и по нему и по показанию поверяемого прибора находят погрешность последн1его. На фиг.1 приведены эквивалентные схемы цепей ваттметра; на фиг.2 структурная схема устройства, реализующего данный способ. Сущность способа заключается в следующем. Последовательную и параллельную измерительные цепи ваттметра Можно . представить совокупностью активных и реактивных элементов (фиг.1). Дпя сокращения последующих записей вводятся следующие обозначения:дпя последовательной цепи (фиг.1а) для параллельной цепи (фиг.16) .cu,,., е,, U) Используя эти обозначения, запишем выражения для комплексов полных сопротивлений измерительных цепей: . i / ,-d, де cv j W / u)o. Пусть напряжения U, и U,, подааемые при поверке на последоваельную и параллельную цепи ваттметpa от образцового генератора, имеют форму меандра. Тогда изменение амплитуд их гармоник описьшается выражением

С5)

иКИ) л ° где (2К+1) - номер гармонической сос тавляющей; Ug - максимальное значение сигнала. Пусть также напряжение U, запаздывает относительно напряжения 1)2 на время f и отличается по амплитуде в К раз (К может быть равно едини це). Принимая амйлитуду напряжения L) равной Uo, имеем

-jWot

е

где V

u)(,- рабочая частота ваттметра. Показания ваттметра определяется средним за период от произведения токов

I

t7|

Hldt

или равноценным ему выражением

х;--

35

U1

P (lk H-2U + )

где означает сопряженный комплекс.

Записав комплексы токов с учетом вьфажений (3), (4 ) и подставив их в формулу (8 ), после преобразований получим

.KZKH)V

45

RU) (9)

(2К+-1)

После разложения функции R(q) по полюсам и ряда преобразований, выражение для показаний ваттметра приобретает вид

ки

(IS)

ot-l- Я,.,

где г Ji Ti.

Это выражение может быть использовано в качестве градуировочного уравнения шкалы, причем значение коэффициента мощности CosV , регули

;руемое при поверке, связано со значе-

|нием соотношением

Со5С/ 1-А.(Ц.|

(И)

т.е. значения функций в правой и левой части выражения совпадают при W Ч О, ± I , ±1 . При принятом условии (13 ) второй член в фигурньи скобках выражения (121 представляет погрешность, причем погрешность в задании коэф циента мощности, обусловленную реактивными элементами измерительной цепи.

Исследуем эту погрешность. Запишем ее в виде:

ЗА acosv-|r. -, , ОЯ

n«i V0 V J Формула (12) представляет собой уравнение шкапы ваттметра при входном сигнале типа меандр. Проведем теперь анализ возникающих методических погрешностей. Выделим в выражении (121 составляющую, не зависящую от реактивных элементов, и обозначим ее

Здесь дробно-рациональная функция R(q),характеризующая реактивные свойства измерительных цепей ваттметра, равна

R(V1

i1-ei))

где

55

С«)

(1Ь)

,

-nc1nircj,J2

Из выражения (l6) видно, что функции УП ()отличны от 11 только в малой области вблизи V О и Ч t 7Г . Ширина этой переходной области для каждой функции примерно равна ..Вне. этой переходной области при V70 ) dcos f 4-54 2 1 Окончательно выражение (18) можно за писать следующим образом Aco5Ч -|-( Из анализа выражения (18) следует, что, если вычеты А и Aj имеют раз ные знаки, то в переходной области лЦ возможны максимумы и минимумфункции ДСо5Ч , которые для оценки погрешностей представляют наибольший интерес. Найдем экстремальные значения функции л Cos Ч . Положение максимума находится по решению уравнения а(со5Ч) Анализ решения уравнения (.20 по всем полюсам выражения (Ю) дает фор мулу оценки величины погрешности, обусловленной наличием реактивных элементов в измерительных цепях ватт метра ис05.1,,,4( оценка справедлива для любых соотношений между параметрами параллельной и п6следовательной цепей ват метра и удобна дпя практического использования. Проведенный с ее помощью количественный анализ методиче кой погрешности известных ваттметров показьшает, что она составляет десятые доли процента и может быть уменьшена введением балластных сопро тивлений. Настоящий способ поверки может быть реализован устройством (фиг,2), Устройство для реализации способа содержит генератор 1 образцовой , перестраиваемый делитель 2 (Частоты, формирователь 3 импульсов, усилитель 4 напряжения, перестраиваемый блок 5 задержки, уси- : литель 6 тока и поверяемый прибор 7, Выход генератора 1 образцовой частоты через перестраиваемый делитель 2 частоты подключен к входу формирователя 3 импульсов. Выход формирователя 3 импульсов соединен с точкой, объединяющей входы усилителя 4 напряжения и перестраиваемого блока 5 задержки. Выход перестраиваемого блока 5 задержки подключен к входу усилителя 6 тока. Выходы усилителя 6 тока и усилителя 4 напряжения соответственно подключены к измерительным цепям тока и напряжения поверяемого прибора. Процесс поверки осуществляется следующим образом. Оператором выдается команда на Начало поверки. По ней импульсы с генератора 1 образцовой частоты поступают на вход перестраиваемого делителя 2 частоты. Требуемый коэффициделения К определяется по фор-где Т - период поверочного сигнала; Tjj- период следования импульсов с генератора образцовой частоты, С выхода перестраиваемого делителя 2 частоты импульсная последовательность заданной частоты поступает на вход формирователя 3 импульсов. Им осуществляется формирование последовательности импульсов прямоугольной формы типа меандр. Закон их изменения имеет вид О где а - амплитудное значение испытательного сигнала. Сформированная мпульсная последовательность посту- пает на входы усилителя 4 напряжения и перестраиваемого блока 5 заержки. Блок 5 задержки необходим для задания требуемого угла сдвига вектоов напряжения и тока в поверяемом риборе. Это требование осуществлятся путем временной задержки на еличину сигнала в таковой измери- тельной цепи поверяемого прибора. Его значение может быть найдено по формуле где Ч - требуемый фазовый сдвиг между векторами напряжения и тока в поверяемом приборе. С выхода перестраиваемого блока 5 задержки периодической последовательности импульсор поступает на вход усилителя 6 тока. Усилители А и 6 соответственно напряжения и тока служат для поддержания постоянного амплитудного значения нап ряжения и тока в измерительных цепях поверяемого прибора 7, к кот рым они подключены. В измерительны Цепи напряжения и тока поверяемого прибора 7 постзшают периодические последовательности импульсов прямоугольной формы типа меандр с постоянным амплитудным значением напряжения и тока. Далее показания поверяемого прибора 7 сравнивают с расчетным значением мощности и опр деляют соответствие прибора заданн му классу точности. Преимуществом предлагаемого спо соба поверки ваттметров является п вьшение точности поверки, которое обеспечивается возрастанием точнасти задания амплитудных значений испытательньк сигналов, а также повышением точности задания коэффициента мощности благодаря фор1 миров анию испытательных сигналов на основе средств дискретной техники, т.е. задания коэффициента мощности возможно с точностью, определяемой значением и нестабильностью опорной частоты образцового генератора. Из формулы (24) видно, что при использовании в качестве задающей частоты, равной 1 МГц, и формировании испытательного сигнала частотой 50 Гц точность задания фазо1ВОГО сдвига составляет примерно 3,1 10 . Достижение такой точност ти аналоговыми средствами невозможно. Кроме того, появляются более широкие возможности автоматизации процесса поверки. Устройство, реалнзующее предлагаемый способ, являет- ся полуавтоматизированным, причем его детальная разработка достаточно проста благодаря использованию унифицированных узлов и блоков. Автоматизация процесса поверки позволяет повысить его оперативность и достоверность.

СПОСОБ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ВАТТМЕТРОВ путем раздельного питания цепей напряжения и тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности процесса поверки, в качестве поверочных сигналов используются периодические последовательности импульсов прямоугольной формы типа меандр, изменение показа- НИИ поверяемого прибора осуществляется путем изменения амплитудных и временных параметров формируемых прямоугольных сигналов,определяющих калиброванное значение мощности,и по нему и по показанию поверяемого прибора находят погрешность последСО него . /