Устройство для определения погрешностей индуктивных делителей напряжения Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении погрешностей индуктивных делителей напряжения наивысшей точности, а также делителей других типов (резистивных или емкостных) с одинаковыми ступеня ми деления в каскадах. Известно устройство для поверки трансформаторов напряжения, которое состоит из образцового трансформатора, коэффициент передачи которого равен номинальному коэффициенту передачи поверяемого, и двух вспомогательных, синфазного и квадратурного выходные обмотки вспомогательных трансформаторов нагружены на отградуированнь1е реохорды, с помощью которых в. цепь уравновешивания вводятся сигналы, равные синфазной и квадратурной составляющим погрешностей поверяемого устройства. Значение погрешностей принимаются равными отсчётам по шкалам реохордов ГОИзвестное устройство дает достаточную информацию о погрешностях аттестуемого трансформатора (или делителя) как по модулю, так и по фазе, однако измерения являются относительными, так как значения погрешностей получ.аются в виде отклонений от значений параметров, заданных образцовым трансформатором. Наиболее близким к предпагаемому является устройство дпя поверки индуктивных делителей напряжения, содержащее источник питания, соединенный через развязывающий трансформатор с поверяемым делителем, параллельно которому включена первичная обмот :а понижающего трансформатора, в цепь вторичной обмотки которого включены последовательно соединенные секция поверяемого делителя, индикатор фазовращатель и вторичная обмотка второго трансформатора, первичная обмотка которого соединена со вспомогательным индукТИВ1ШМ делителем, входы которого включены параллельно поверяемому делителю Г2.

Недостатком известного технического .решения является невозможность определения погрешностей меньших, чем погрепшости коэффициента передачи понижающего трансформатора, кроме того, вспомогательный индуктивньп делитель используется в таком устройстве в широком диапазоне изменеьшя его коэффициента передачи, его выходное напряжение формируется только с помощью нескольких младших каскадов. Эти каскады имеют наибольшие погрешности по модулю и особенно по фазе, что приводит к уменьшению точности измерений. Входное сопротивление второго трансформатора оказывает нестабильное щунтирующее действие на вспомогательньй индуктивный делитель, выходное сопротивление котрого изменяется при подборе необходимого коэффициента передачи,.что также снижает точность измерений.

Цель изобретения - повышение точности и обеспечение возможности определения абсолютных значений погрешностей коэффициента передачи секций каскадов индуктивных делитепей напряжения по модулю и по фазе.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для определения пог решностей индуктивных делителей напряжения, содержащее источник питания, соединенный через развязываю1ций трансформатор с поверяемым делителем первый индуктивный делитель напряжения, понижающий трансформатор, первичная обмотка которого включена параллепьно поверяемому делителю, первый фазовращатель, введены второй индуктивный делитель напряжения, второй фазовращатель, причем в цепь первой вторичной обмотки понижающего трансформатора, включены последовательно соединенные первый фазовращатель, секция поверяемого делителя второй индуктивный делитель напряжения и нуль-индикатор, выход первог индуктивного делителя напряжения соединен со вторым входом первого фазовращателя, первый вход которого соединен с одним из входов первого индуктивного делителя напряжения, параллельно которому включена вторая вторичная обмотка понижающего трансформатора, третья вторичная обмотка которого одним выводом соединена с первым входом второго фазовращателя, вторым выводом - со входом второго индуктивного делителя напряжения и со вторым входом второго фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом второго индуктивного делителя напряжения.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для определения погрешностей индуктивных делителей напряжения, на которой не показаны цепи, служащие для уменьшения токов утечки, экраны и другие вспомогательные элементы. , Устройство дпя опреде ения погрешностей индуктивных делителей напряжения содержит понижающий трансформатор 1, первый индуктивный делитель 2 напряжения и первьй фазовращатель 3 синфазного сигнала, второй индуктивный делитель 4 напряжения и второй фазовращатель 5 квадратурного сигнала, нуль-индикатор 6, развязывающий трансформатор 7, источник 8 питания, поверяемый делитель 9 с секциями 10,11,.. ,i,ц -1,п.

Устройство работает следзпощим образом.

Понижающий трансформатор служит для получения трех напряжений, из которых формируется напряжение компенсации измеряемого сигнала U секции i поверяемого делителя 9: синфазного напряжения 0 , компенсирующего основную часть сигнала , напряжения Ot , которое используется для -точной компенсации сигнала J по модулю с помощью делителя 2, и напряжения U-j для получения компенсации по квадратуре. Фазовращатель 3 служит для устранения остаточного фазового сдвига между напряжениями и и U(j, а фазовршцатель 5 - для получения напряжения , находящегося в квадратуре с напряжением питания и . С помощью делителя 4 в цепь компенсации вводится частьи

т напряжения иц, необходимая для полной компенсации сигнала Uy:; .

Понижающий трансформатор 1 выполнен по двухстержневой схеме, при которой обмотка подмагничивания намотана на основном сердечнике большего сечения, а равная ей по числу витков первичная обмотка охватывает основной и допол1штельный сердечник, имеющий меньшее сечение, и соединена параллельно с обмоткой подмагничивания. Все вторичные обмотки охватывают оба сердечника, что обеспечивает минималыпяе фазовые расхождения между ЭДС этих обмоток и высокую стабильность отноше ния ЭДС к напряжению на первичной рбмотке. Номинал отношения К/, напря жения первой вторичной обмотки к напряжению питания выбран по соотноше1шюKI к„ом+ О- 4-„ Ьк|, (}J где - номинальное значение коэ фициента передачи секций поверяемого делителя 9 по модулю: йК - предел измерения погрешн ти коэффициента передачи секций поверяемого делителя 9 по модулю. В частности, при ,I и йК 5ЛО К 09905,1 что может быть реализовано приближенно отноше нием числа витков первой вторичной обмотки к числу витков первичной, равным 99:1000. Коэффициент передачи Kj понижающего трансформатора 1 по вторичной обмотке выбран по формуле V -у Г91 Кп 2 -г(2 KHOW При тех же значениях л К К/2 10 , что реализуется одним витком второй в торичной обмотки, если первичная содержит 1000 витков Коэффициент передачи К понижающего трансформатора 1 по третьей вторичной обмотке выбран по условию кз- .. где Кфу - коэффициент переда чи фазовращателя 5 {J/ - предел измерения п решности коэффицие та передачи секций поверяемого делите ля по фазе. Для обеспечения стабильности шун тирующего действия делителей 2 и 4 па источники их входных сигналов на вторую вторичную обмотку понижа щего трансформатора 1 и фазовращате 5 соответственно использованы дели тели индуктивного типа, имеющие высокое постоянное входное и низкое выходное сопротивления. При урави ве1чивани11 сигнала U)( частично скомпенсированного напря6.в жением и , подбирают коэффициент передачи К делителя 2 до получения минимума разности сравниваемых напряжений, что контролируется с помощью нуль-индикатора 6. При этом сигналОх; уравновешивается по модулю. После этого подбирают коэффициент передачи и делителя 4 до получения минимального остаточного неуравновешенного напряжения, что соответствует уравновешиванию сигналаУх по квадратуре. Процесс повторяют до получения минимально возможного значения разности сравниваемых напряжений ( в пределе равного нулю) и записывают окончательные показания К и Vf делителей 2 и 4. Так выполняют измерения для всех секций поверяемого делителя 9 напряжения. Б точных делителях сумма модулей коэффициентов передачи всех секций равна единице, а сумма фазовых оаибок - нулю, поэтому погрешность дК секции i по модулю вычисляется по формуле д 1. ЛК- fl - число секций поверяемого каскада делителя. Погрешность oL; i -той секции по фазе вычисляется по аналогичной формуле Д, VI , 11 - п В этих формулах отсчеты К и V; содержат постоянные составляющие, величина которых зависит от конкреттных значений напряжений U, , U(L и U)ig. Второй член формул (4) и 15) представляет собой именно эти значения постоянных составляющих по синфазной и квадратурной погрешностям. После вычитания в значениях ДК и oL остаются только случайные погрешности, определяемые случайными сшибками делителей 2 и 4, с помощью которых осуществляется выделение необходимых частей напряжений Ujj и и . Поскольку в качестве таких делителей использованы индуктивные делители, то ошибка определения погрешностей Д К и А; находутся на уровне предела измерений этих погрешностей, . что вполне достаточно для аттестации любого современного индуктивного делителя напряжения. Отсутствие постоянных составляющих в полученных значениях дК и cL;;означает. 88 что эти значения янляются абсолют( с точностью до ошибки множителя, соответствующей точности определения коэффициентов Kj и Kj по абсолютной величине. В настоящее время аттестация этих коэффициентов может быть выполнена не грубее чем 10 Таким образом, подключение первого индуктивного делителя 2 после понижающего трансформатора 1 устраняет нестабильность, их взаимного влияния, что повьшает точность работы делителя и устраняет фазовую ошибку, связанную с изменением режима работы магнитных цепей этих элементов схемы, выбор коэффициентов передачи по первой и второй вто ричной обмоткам понижающего трансформатора 1 в соответствии с формулами (1) и(2 обеспечивает работу первого индуктивного делителя 2 в режиме, когда его коэффициент передачи близок к единице, при этом всегда включена одна и та же секция его старшего каскада, что повышает фазовую стабильность выходного напряжения этого делителя. Формиров ние напряжения компенсации сигнала поверяемого делителя 9 по модулю . из двух напряжений от одного транс- форматора обеспечивает высокую степень синфазности этих напряжений, что повьшает точность измерений как по модулю, так и по фазе, так как первый фазовращатель 3 при -измерениях выходных сигналов всех секций поверяемого делителя 9 должен созда вать один и тот же малый фазовый сдвиг, равный углу между напряжения ми первой и второй вторичными обмот ми понижающего трансформатора 1. Пр менение второго фазовращателя 5 с постоянными параметрами и индуктивн го делителя 4 его выходного напряже ния для получения напряжения компен сации квадратурной составляющей выходного сигнала поверяемой секции значительно уменьщает нестабильност изменения коэффициента передачи по квадратурной цепи и повышает точнос измерения фазовой ошибки аттестуемо секции. Эти особенности позволяют п высить tO4HOCTb измерений в целом, а при обработке результатов измерений использовать основное свойство точ1л 1х делителей (.равенство суммы 5926 модулей коэ(1к{)ициентов передячи секинГ| единице и суммы фазовых ошибок иулю для получения по формулам (4. и (З) абсолютных значений погрешностей как по модулю, так и по фазе. j Формула изобретения Устройство для определения погрешностей индуктивных делителей напряжения, содержащее источник питания, соединенный через развязывающий трансформатор с поверяемым делителем, первый индуктивный делитель напряжения, понижающий трансформатор, первичная обмотка которого включена параллельно поверяемому делителю, первый фазовращатель, о т л и ч а ю щ е я тем, что, с целью повьш1ения точности, введены второй индуктивный делитель напряжения, второй фазовращатель, причем в цепь первой вторичной обмотки-понижающего трансформатора включены последовательно соединенные первый фазовращатель,: секция поверяемого делителя, второй индуктивный делитель напряжения и нуль-индикатор, выход перг вого индуктивного делителя напряжения соединен со вторым входом первого фазовращателя, первый вход которого соединен с одним из входов первого индуктивного делителя напряжения, параллельно которому включена вторая вторичная обмотка понижающего трансформатора, третья вторичная обмотка которого одним выводом соединена с первым входом второго фазовращателя, вторым выводом - со входом второго индуктивного делителя напряжения и со вторым входом второго фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом второго индуктивного делителя напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Поверка электроизмерительных приборов. Сборник инструкций. М., Изд-во Госкомитета стандартов, 1964, с.464. 1. Hie р.J., Deacon т.л./пеог ,ciesic5n апД ущдабигтлеп of nauctive voB-fcac e 6|iViders.- Proceediric o UEE, V. 1-15, MQV ,.Ne5 -igfeajfnPoToTMn).