Способ поверки вольтметров среднеквадратического значения Советский патент 1992 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к электрическим измерениям, предназначено для использования при поверке вольтметров среднеквадратического значения (СКЗ) при работе их в режиме измерения низкочастотного напряжения произвольной формы с постоянной составляющей и является усовершенствованием изобретения по авт. св. N° 1732308.

Согласно изобретению по авт. св. N 1732308 для поверки вольтметра в режиме открытого входа следует использовать в качестве образцового двухуровневое напряжение. Однако при измерении напряжения произвольной формы с постоянной составляющей погрешность измерения оказывается существенно завышенной.

Целью изобретения является повышение точности поверки в режиме измерения напряжения произвольной формы с постоянной составляющей.

Для этого по способу поверки вольтметров СКЗ дополнительно формируют образцовое высокочастотное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и суммируют его с образцовым двухуровневым напряжением.

Предлагаемый способ поверки вольтметров основан на том, что максимальная погрешность измерения низкочастотного напряжения произвольной формы с произвольной постоянной составляющей при заданном СКЗ Uc и ограниченном коэффициенте амплитуды Кд КАМЗКС имеет место в случае двухуровневого напряжения прямоугольной формы (в частном случае, когда уровни совпадают, это может быть одноуровневое напряжение, т.е. напряжение постоянного тока).

Вольтметры СКЗ, принцип действия которых заключается в расчете СКЗ путем обработки измеренных мгновенных значений входного напряжения, имеют разрывную

Ё

N i

. ГО I4D

i

1Ю

функцию погрешности Амгн измерения мгновенных значений UMI-H входного напряжения, изображенную на фиг 1 При измерении более-менее плавно изменяющихся сигналов, например типа синусоидального, происходит усреднение зубцов погрешности и в этом случае погрешность вольтметра определяется только усредненной функцией погрешности, т е. кривой, проходящей через середины зубцов. Очевидно, погрешность, определяемая зубцами, проявляется только тогда, когда значительная доля измеренных мгновенных значений входного напряжения попадает на один зубец. Исходя из этого сформулирован критерий 10% согласно которому погрешность вольтметра не зависит от зубцов функции погрешности, если не более 10% отсчетов попадают па один зубец функции погрешности (максимальная возможная погрешность уменьшается в этом случае на половину погрешности квантования и дифференциальной нелинейности АЦП, входящего в схему вольтметра). Поэтому в качестве образцового напряжения предлагается сумма низкочастотного двухуровневого напряжения и высокочастотного синусоидального напряжения, амплитуда которого перекрывает несколько десятков зубцов функции погрешности измерения мгновенных значений (не менее 40 зубцов). Поскольку вся функция погрешности имеет несколько тысяч зубцов (обычно в вольтметрах такого типа используются ЛЦП, имеющие 11 и более двоичных разрядов), то видно, что амплитуда UA с нусои- дального напряжения достаточно мала, по сравнению с двухуровневым напряжением. На интервале в несколько десятков зубцов усредненная функция погрешности практически постоянна, поэтому, проведя измерение поверяемым прибором предлагаемою образцового напряжения при разных наборах уровней двухуровневой составляющей (но при этом СКЗ образцового напряжения должно быть равно заданной величине Uc, a его амплитуда не должна превышать UM Uc Кдмакс, в качестве искомого предела допускаемой погрешности можно выбрать максимум модулей погрешности результатов измерений.

На фиг.1 изображена функция пофеш- ности измерения мгновенных значений входного напряжения, на фиг.2 изображено предлагаемое образцовое напряжение; на фиг.З представлена структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа поверки вольтметров СКЗ.

Устройство содержит последовательно соединенные ЭВМ 1, интерфейс 2, прецизионный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, сумматор 4 и поверяемый вольтметр 5, На второй вход сумматора 4 поступает сигнал с генератора 6 образцового синусоидального напряжения. Связь между поверяемым вольтметром 5 и ЭВМ 1 существует, если поверяется цифровой вольтметр СКЗ, имеющий кодовый выход, или отсутствует, если кодового выхода нет.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

ЭВМ 1 рассчитывает параметры образцового двухуровневого напряжения прямоугольной формы низкой частоты (фиг.2), СКЗ которого равно Un V и - UA/2 , а амплитуда не превышает (Um - UA), где UA - фиксированная амплитуда высокочастотного

синусоидального напряжения. Исходными данными для расчета являются значения уровней Ui и Uj, лежащие в пределах ±(Um - UA) Так как образцового двухуровневого напряжения прямоугольной формы равно Un,

т.е.

V Р и + ( 1 - Р ) Uf V Si - UA/2 ,

то значение Р ЭВМ 1 рассчитывает по выра- жению

Р - ис Uj2 UA/2

U - U

далее, используя программный таймер, ЭВМ 1 через интерфейс 2 подает управляющие коды на ЦАП 3 таким образом, чтобы код, соответствующий напряжению Ui поступал на вход ЦАП 3 в течение интервала

времени рТ, а код, соответствующий напряжению Uj,- в течение интервала времени (1 - р)Т, причем период двухуровневого прямоугольного напряжения выбирают соответствующим нижней границе рабочего

диапазона частот поверяемого вольтметра 5. Частоту синусоидального напряжения выбирают близкой к верхней границе рабочего диапазона частот поверяемого вольтметра 5.

Следует заметить, что прямоугольное

напряжение имеет спектр, состоящий из бесконечного количества гармоник, амплитуда которых с ростом номера гармоники стремится к нулю. При использовании образцового прямоугольного напряжения низкой частоты можно пренебречь частотными погрешностями поверяемого вольтметра, порождаемыми высшими гармониками, ввиду их малости

Поверяемый вольтметр 5 измеряет образцовое напряжение, и результат измерения вводят в ЭВМ 1 (либо автоматически через кодовый выход поверяемого вольтметра 5, либо при отсутствии у вольтметра кодового выхода вручную). ЭВМ 1 рассчитывает погрешность результата измерения.

Далее ЭВМ 1 выбирает новые значения уровней Ui, Uj, лежащие в пределах ±(Um - UA), и процедура повторяется.

Значения Ui, Uj покрывают весь диапазон возможных мгновенных значений входного напряжения произвольной формы от -(Um - UA) до +(Um - UA), причем их изменение осуществляется с некоторым выбранным .

После повторения процедуры необходимое число раз ЭВМ 1 выбирает максимальное значение модуля погрешности среди полученных значений.и индицирует предел допускаемой погрешности измерения низкочастотного напряжения произвольной формы, удовлетворяющего критерию 10%, с ненулевой постоянной составляющей, СКЗ которого равно Uc. а коэффициент амплитуды не превышает Кдмакс. Формула изобретения

Способ поверки вольтметров средне- квадратического значения по авт. св. № 1732308, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поверки в режиме измерения напряжения произвольной

формы с постоянной составляющей, дополнительно формируют образцовое высокочастотное синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой и суммируют его с образцовым двухуровневым напряжением.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использо- вано-при проектировании и поверке вольтметров СКЗ. Сущность изобретения: согласно способу поверки поверяемым вольтметром, имеющим разрывную функцию погрешности, измеряют сумму образцовых низкочастотного двухуровневого напряжения с нулевой постоянн ой составляющей и высокочастотного синусоидального напряжения с заданным СКЗ, определяют и фиксируют модуль погрешности результата измерения. Всю последовательность операций повторяют несколько раз, устанавливая разные значения уровней двухуровневого напряжения, ограниченные величинами ± Dm. Из зафиксированных модулей погрешности выбирают максимум и устанавливают его в качестве предела допускаемой погрешности измерения напряжения произвольной формы с упомянутым СКЗ и амплитудой, ограниченной Um. 3 ил.

и.

Vi

t/v

рт

V

rwvi

-ч/Л/Vr

т

виг. 2