Устройство для измерения частотных составляющих комплексной погрешности измерительных трансформаторов Советский патент 1980 года по МПК G01R29/20 G01R35/02 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, и может быть использовано для поверки и градуировки измерительных трансфоома торов тока и напряжения, предназначенных для работы в цепях .переменно го тока широкого частотного диапазо на с повышенной точностью. Известны устройства, содержащие источник тока, дополнительный резис тор, источники напряжения и два тран зистора разного типа проводимости 1. Недостатком этих устройств является низкая точность измерения погрешностей коэффициента трансформа ции измерительного трансформатора в широкс диапазоне частот. . Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения частотных составляющих комплексной погрешности измерительных трансформаторов, содержащее два генератора, делители напряжения, смеситель, фильтры низких и высоких частот, автоматический переключатель индуктивный делитель, переключатель пределов, согласугадий усилитель, амплитудный детектор, усилитель пере менного напряжения, фазочувствительный выпрямитель, индикатор действительной составляющей погрешности я :дёлитель частоты 2J . Недостаток этого устройства- также невысокая Точность измерения частотных приращений угловой погрешности и коэффициента трансформации в широком диапазоне частот. Делью изобретения является повышение точности измерения частотных приращений угловой погрешности и коэффициента трансформации в широком диапазоне частот. Эта цель достигается тем, что известное устройство, содержащее два генератора, выход одного из которых соединен с одним из входов смесителя, а выход -дазугогр- через первый делитель напряжения соединен с друзгам входом смесителя, выход которого соединен со входом параллельно включенных фильтра низких и фильтра вы- . соких частот, последовательное.оединенныё автоматический переключатель, входнае клеммы которого соединены с выходами соответственно фильтра низких частот непосре цственно и через второй делитель напряжения с выходом фильтра высоких частот, индуктивный делитель, переключатель пределов и согласующий усилитель,

выход которого соединен с соответствующей клеьвлой первичной обмотки контролируемого трансформатора, клемма вторичной рбмотки которого соединена с входом индикатора действительной; составляющей погреаности через последовательно соединенные амплитудный детектор усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель, делитель частоты, вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, а выход - с управляющим входом автоматического переключателя, снабжено дополнительным амйлйтудным детектором, допсзлнительным фазойувствйтельным вьапрямйтёлём, дополнительным усилителей переменного напряжения, усилителем постоянного напряжения, элементом сравнения, источником стабилизированного, напряжения и цепочкой, состряшей-из последовательно соединенных линейног о фазового детектора, усилителя переменного напряжения, фазочувствительного выпрямителя и индикатора манимой составлйющей погретиностй, информационНБге входы которой соединены срответственнр с, клеглмой вторичной обмотки и с соответствующей первичной обмотки контр(Элируёмого трансформатора, к которой йодключен вход долрлни-теяь.ногр амплитудного детектора,-выход которого соединен с входами соответст.йённо- допрлнительного усилит ел я ..переменного напряжения и усилителяйосфояйного найряжёния, выход которого срединен с одним из входов эйеменфа сравнения, другой вход которого соединен с выходомисточника стабилизированного напря-. жения, а дахОм- р управляющим вхо дом .первого делителя напряжения, -при том упрайляющий вход второгЬ йёлйтёля напряже:ния соединен р. выходрм дополнительного фаэрчувствйтельяого выпрямителя Опорный вход которого соединен с опорными входами фазочувствительньгх выпрямителей, крторые соединены с выходом частоты, ,а выходдопблнительяого усилителя переменного напряжения соединен с соответствующим входом дополнительного фазочувствительного выпрямителя

На чертеже представлена функциональная схема у.с;тройства1

Устройство содержит генератора 1, 2 первы делитель 3 напр:яженйя, смеситель 4, фильтр 5 высоких частот, фиЛьтр -б-НИЗКИХ частот, автоматический переключатель 7, второйделитель 8 напряжения, индуктивный делитель 9, пере КЛ1, чат ель пределов 10, согласующий усилитель 11, делитель 12 частоты,. амплитудный детектор 13, усилители 14 и . 15 переменного напряжения индикатор 16 действительной составляющей погрешности, дополнительный а.мплитудный детектор 17, усилитель 18 постоянного напггйжшгйя,737883

дополнительный фазочувствительный выпрямитель 19, дополнительный усилитель 20 переменного напряжения-, элемент сравнения 21, источник 22 стабилизированного напряжения, фазочувствительные выпрямители 23, 24, 5 линейный фазочувствительный детектор 25 и индикатор 26 мнимой составляющей комплексной погрешности 26.

/ Устройство работает следующим образом.

Колебания г.енератора 1 U и cps(( + t } , проходящие через первый делитель напряжения 3, смешивают с колебаниями генератора 2

и. fj) в смесителе 4. 5 В результате смешивания образуется двухчастотное напряжение вида

S4

4- (

S4

Кзи,и,,С05|;(с«,., :

где Зц. - крутизна преобразования

смесителя 4;

Kg - коэффициент передачи, первого делителя напряжения 3. Высокочастотная составляющая напряжения суммарной частоты си +tf2-CW используется в качестве испытательно го напряжения, а низкочасто ная со.ставляющая напряжения разностной частоты (Х) - ttJj. о в качестве опорного напряжения. Разделение напря,жений суммарной и разностной частот производится с помощью фильтров .5 Ц; б высоких и низких частот. Через автоматический переключатель 7 поочередно проходят пакеты опорного низкочастотного .напряжения

()

Где Kj, - коэффициент передачи фильтра низких частот 6 и. пакеты испытательного вйсо ко част от ного напряжения

-5-V54JtU2Cos( .

где Kj .и Kg - коэффициенты передачи соответственно фильтра 5 высоких частот и второго делителя 8 напряжения.

С помощью индуктивного делителя. 9, йереключ.ателя пределов: 10 и соглдсующёго.усилителя 11, осуществляется регулировка -амплитуд испытатель ного и опорного Напряжений, поочередно воздействующих на первичную обмртку контролируемого трансформатора 27. Выходное напряжение контролируемого трансформатора 27. зависит от амплитуда входного напряжения, . .коэффициента трансформации К т. и значений составлякяаих комплексной погрешнррти. При выборе низкой частоты Шо 314 рад/с (50 Гц) амплитуда опорного напряжения на выходе, контролируемого трансформатора 27 определяется выражением: )ци2СОз(ц4,Ч,-чг2(% где К, К коэффициенты передачи и усиления соответств нно индуктивного делителя 9, согласующего усилителя 11; jCj - основная погрешность в коэффициенте трансформации -контролируемого трансформатора 2 (} - основная угловая погрешность. Амплитуда испытательного напряже ния () на выходе контролируемого трансформатора 27 .будет зависе также от значений составляющих дополнительной частотной погрешности; M -|v4 KgKgV CVfeu,Kj,CH%-ra, .со9 (,,-() , где nj - суммарная частотная погрешность последо вательно включенных автоматического пер ключателя 7, индуктивного делителя 9 и согласующего усил теля 11J Чш дополнительная частотная погрешность контролируемого трансформатора 27, обусловленная его электромагнитными свойствами; дЦоМ Ч,,- фазовые сдвиги, вно симые соответственн индуктивным делителем 9 и согласующим усилителем 11 на частоте ш, rfuu дополнительная угло вая погрешность. Автоматический режим работы автоматического пе{ еключателя 7 формирует выходное напряжение контроля руемого трансформатора 27 в виде частотно-модулированного напряжения составленного из пакетов напряжений постоянной опорной частоты; 50 Гц с амплитудой и , и пакетов напряжен регулируемой испытательной частоты с амплитудой и . При равенству коэффициентов передачи фильтров высок и низких частот 5,6 и отсут ствии дополнительных частотных погрешностей (0, 0) амплитуды па:кетов напряжений одинаковы ( ) Нгшичие частотной погрешности обуславливает появление в результирутааем напряжении амплитудной моду ляции с глубиной, пропорциональной значению частотной модуляции. Напряжение, модулированное по амплитуде, детектируется амплитудныи детектором 13. Переменная составляющая выходного напряжения амплитудного детектора 13 ,.nU2 где К, - коэффициент передачи амплитудного детектора 13. Напряжение и усиливается усилителем 14 переменного напряжения, выпрямляе.тся фазочувствительннм выпрямителем 24 и фиксируется на индикаторе 16 действительной составляющей погрешности. Переменная составляюшая напряжения на выходе допблнительнрго амплитудного детектора 17 определяется величиной неравенства амплитуд опорного. Ug и испытательного Ug напряжений, а также значениями частотных пограиностей индуктивного делителя 9 ; i%SV9VNif Т.о.2 где п - отношение числа витков первичной обмотки к числу витков подключени/я дополнительного амплитудного детектора 17 и,согласующего усилителя 11; K..j - коэффициент передачи дополнительного амплитудного детектора 17. Постоянная составляюшая напряжения на выходе дополниГельного амплитудного детектора 17 будет 17 ls4NVNi , Постоянная составляющая напряжения и усиливается усилителем 18 постоянного напряжения и сравнивается со стабилизированными ( const) напряжением источника стабилизированного напряжения 22. Разностное напряжение с выхода элемента сравнения 21 будет равно А Ч ь-Ч -ti

где К2.( - коэффициент передачи элемента сравнения 21. Это разностное напряжение Uj воздействует на управляющий вход первого делителя 3 напряжения. Напра ленным регулированием коэффициента передачи Кз первого делителя 3 напряжения устанавливается минимальное значение разностного .напряжения (), что соответствует установившемусярежиму устройства, .Из того Что , следует

4U2a

.j( . .,

%v,,,,y.i

Переменная составляющая усиливается дополнительным усилителем 20 переменного напряжения, вшгрямляется дополнительным; фаз о чувствительным.выпрямителем .19 и воздействует-на управляюшй вход второго делителя 8 напряжения, что также способству€ Т установлению режима работы устройства (при условии, что , имеет минимальное значение, близкое к нулю). В этом случае в устройстве автоматически поддерживается равенство u 0 при котором установившееся значение коэффициента передачи второго делителя .напряжения 8 становится равным

работе устройства с одновтэеменным.выполнением условий (10) и (11) выходное напряжение, поступающее на индикатор 16 действительной составляющей погрешности будет

K.j к 27 1Ь Kj 44 г УииТ

и К - коэффициенты передачи усилителя 14 переменного напряжения и фазрчувствительного выпрямителя 24.

выполняется равенство К „ К .

Цй

Таким.образом, напряжение пропорционально значению дополнительной

г частотной погрешности дейст.вительнрй. составляющей комплексной погрешнЬсти. Поддерживая постоянство разностной частоты .(50 Гц) с одновре менным изменением су вдарной частоты путем соответствующей перестройки частот генераторов 1,2 можно измерятБ дополнительную частотную погреность как в рабочем, так и в расширенном Частотном диапазоне. Полярность выпря1.1Лённо о напряжения на выходе фазочувствительного выпрямителя 24 содержит информацию о знаке погрешности.

Как видно из выражения (13) напряжение и, не зависит от коэффициентов преобразования и передачи звеньев цепи, на которую воздействует двухчастотное напряжения, т.е.

К

3 4 5 Ь 8 -И У 14к. .Следовательно, нестабильность, указанных звеньев и их-ча.стотные позтэеш ности, а также флуктуации выходных

напряжений генераторов 1, 2 не влияют на результат измерения. Это приводит к существеннсаду повьпаению точности измерения действительной составляющейкомплексной погЬаяности

в широком диапазоне частот.

Для измерени.я угловой погрешности относительно ее значений на частоте 5 О Гц, выходное напряжение контролируемого трансформатора 27, модулйрованное и по фазе (,0), поступает на один из входов линейного фазового детектора 25. Другой .вход линейного фазового детектора 25 соединен с частью витков первичной обмотки (п) контролируемого

трансформатора 27, на который поочередно воздействуют напряжения.

-(-4S 6 9 l 1 2° Kt 1- z)

и ,.l R nU U2C05l(«;t+% 42-Vu4 tb4,,

Воздействие на контролируемый трансформатор 27 опорного разностного напряж.ения приводит к одновременному действию одночастотного напряжения опорной частоты на оба входа линейного фазового детектора 25.

Постоянная составляющая на выходе линейного фазового детектора 25 при этом пропорциональна разности фаз напряжений U-n и U.27 .

Клс коэффициенте преобразования линейного, фазового детектора 25.

При воздействии суммарного испытательного напряжения постоянное напряжение пропорционально разности фаз напряжений U-,I| и U 7 u5-- 5 Переменная составляющая выходного напряжения линейного фазового детектора 25 пропорциональна раз ности 65 постоянных напряжений 1)5 и U25 создаваемых на его выходе поочередно.Полученное переменное напряжение U25 затем усилийается усилителем . 15 переменного напряжения, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 23 и фиксируется на индикаторе 26 мнимой составляющей погрешности, показания которого пропорциональны угловой погрешности на частоте Ш относительно частотыШо и не зависит от дополнительных фазовых сдвигов, вносимых индуктивным делителетл 9 и согласующим усилителем 11. Изме нением частота испытательного напря жения относительно опорной (.50 Гц) можно определить. прира111енйя угловойпогрешности в рабочем и расширенном диапазоне частот. Полярность выходного напряжения фазочувствител ного выпрямителя 23 дает информацию о знаке угловой погрешности. Устройство позволяет существенно повысить точность измерения частотных составляющих комплексно погрешности измерительных трансфор, маторов в широком диапазоне частот за счет исключения влияния нестабил ности параметров измерительной схем а также амплитудных и фазовых погре ностей, вносимых элементами измерительной схемы, на результат измерен Формула изобретения Устройство для измерения частотных составляющих комплексной погрйя ности измерительных трансформаторов содержащее два генератора, .выход одного из которых соединен с одним из входов смесителя, а выход другого - через первый делитель нап(ряжен соединен с другим входом смесителя выход которого соединен с входами параллельно включенных фильтра низк и фильтра высоких частот, последовательно соединенные автоматический переключатель, входные клемма которого соединены с выходами соответстренно Фильтра низких частот непосредственно и через пторбй делитель напряжения с выходом фильтра высоких частот, индуктивный делител переключате.рь пределов и согласующий усилитель, выход которого соеди нен с соответствующей клеммой перви ной обмотки контролируемого трансфо матора, клемма вторичной обмотки которого соединена с входом индикатора действительной составляющей погрешности через последовательно соединен Н ге амплитудный детектор, усилитель переменного напряжения и фазочувствительный выпрямитель, делитель частоты, вход которого соединен с выходом фильтра низких частот, а выход - с управляющим входом автоматического переключателя, отличающееся тем, что, .0 целью повышения точности измерения частот ных приращений угловой погрешности и коэффициента трансформаций в шире-ком диапазоне, частот, оно снабжено дополнительным амплитудным детектором, дополнительным фазочувствитель- , ным выпрямителем, дополнительным усилителем переменного напряжения, усилителем постоянного напряжения, элементом сравнения, источником стабилизированного напряжения и цепочкой, состоящей из последовательно соединенных линейного фазового детектора, усилит ел я nepieMeHHoro яаярнжени я, фазочувствйтельного выпрямителя и индикатора мнйМоЙ составляющей погрешности, информационные входы которой соединены соответственно с клеммой вторичной обмотк и и с соответствующей клеммой первичной обмотки контролируймогчэ трансформатора, к которой подключен дополнительного амплитудного детектора, выход которого соединен с вxoдa vJи соответственно дополнительного усилителя : переменного напряжения и усилителя постоянного напряжения, выход котоjporo соединен с одним из входовэлемента срайнення, другой вход которого соединен с выходом источника стабилизированного напряжения, а выход - с управляк&шм йходом первого делителя напряжения, при 31том управляющий вход второго делителя напряжения соединен с выходом Дополнительного фазочувствительного выпрямителя, опорный вход которого соединен о Опорными входами фазочувствительных выйрямителей, которые соединены с выходом делителя частоты, а выход дополнительного усилителя переменного напряжения соединен с соответствующим входом дополнительного фазочувствительного выпрямителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Автсч ское свидетельство СССР 469104, кл. 2 G 01 R 31/06, 17.03.74 (аналог). 2.Авторское свидетельство СССР 312213, кл. 2 G 01 R 29/20, 27.05.71 (прототип).

.,. ,ff -

. . .vf- -: 73781

737883