Двухчастотный измеритель погрешностей делителей напряжения Советский патент 1982 года по МПК G01R35/00 

(5) ДВУХЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОГРЕШНОСТЕЙ ДЕЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для повышения точности измерений основной и дополнительной частотной погрешности делителей пе- ременного напряжения с большим коэффициентом деления в широком диапазоне частот.

Известно устройство:, измеряющее частотную погрешность делителей напряжения, в котором равные по амплитуде напряжения от двух независимых источников переменного напряжения первой и второй частоты поочередно с низкой частотой коммутации, подают на вход контролируемого делителя напряжения. Выходное напряжение делителя напря хения детектируют, выделяют переменное напряжение частоты коммутации и его усиливают. Усиленное напряжение синхронно детектируют и измеряют. Амплитуда напряжения частоты коммутации и измеренное выходное напряжение пропорциональны

частотной погрешности контролируемого делителя напряжения,. Устройство позволяет измерять частотные погрешности без применения образцового частотно-независимого делителя напряжения. Погрешность измеряется относительно коэффициента деления контролируемого делителя на первой фиксированной частоте (обычно 1000 Гц)1.

10

Недостаток устройства заключается в использовании двух независимых источников переменного напряжения (опорного и исполнительного), что приводит к появлению погрешности

15 даже при незначительных изменениях параметров одного из генерат.оров и невозможности измерения OCHOBHOI погрешности.

Известно устройство для измере20ния погрешности резистивных делителей напряжения, содержащее один генератор перестраиваемых сигналов, автоматические прерыватели, периоди3чески шунтирующие два встречно вклю ченных вЬ1прямительных диода, разделенных контролируемым делителем напряжения, и нуль-индикатор. Формиро вание испытательного напряжения переменной частоты и опорного (выпрям ленного) напряжения от одного генератора повышает точность измерения частотной погрешности, особенно делителей с малым коэффициентом деления 2J. Однако при входных напряжениях 1-10 В. и больших коэффициентах деле.ния (более 1000) выходные напряжения контролируемого делителя становится меньше 1-10 мВ, которые непосредственно не выпрямляются. Включение ши рокополосного усилителя, поочередно усиливающего постоянное опорное и пе ременное испытательное напряжения, на входе детектора резко снижает точность измерения, так как .частотная погрешность усилителя значительно больше частотной погрешности конт ролируемого делителя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является изме ритель частотных погрешностей делителей напряжения, содержащий два генератора гармонических сигналов, выходы которых соединены со входами первого балансного смесителя, переключатель, вход которого соединен с выходом первого балансного смесителя, первый выход соединен со входом согласующего каскада через контролируемый делитель напряжения, а второй выход - со входом согласующего каскада непосредственно, выход которого через фильтры верхних и нижних частот соединен с двумя входами первого автоматического коммутатора, второй балансный смеситель, первый вход которого подключен к выходу первого генератора гармоничес кого сигнала, второй вход - к выходу первого автоматического коммутатора а выход - через избирательный усилитель с первым входом второго автоматического коммутатора, второй вход которого соединен с первым выходом третьего автоматического коммутатора и входом интегратора, а выход через выпрямитель соединен со входом третьего автоматического коммутатора генератор частоты коммутации, подключенный к управляющим входам автоматических коммутаторов, измеритель 14 длительности коммутирующих импульсов и нуль-индикатор, соединенный с выходом интегратора. Использование пакетов напряжений разностной и суммарной частот в качестве опорного и испытательного сигналов повышает точность измерения, так как амплитуды этих сигналов являются результатом произведения исходных напряжений и, в одинаковой мере, зависят от флуктуации. Второе смешивание выходных напряжений контролируемого делителя с напряжением одного из генераторов преобразует напряжения разностной и суммарной частот в напряжение одной частоты, совпадающее с частотой второго генератора. Усиление пакетов напряжений одной частоты усилителем, даже с большой неравномерностью АЧХ, не вносит дополнительных искажений, что повышает точность измерения относительной погрешности делителей напряжения с большим коэффициентом деления ГЗ} Недостатком известного устройства является ограниченная функционал ьная возможность проводимых из.мерений, в частности, невозможность измерения основной погрешности на частоте опорного напряжения 1000 Гц. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, измерение основной погрешности наряду с дополнительной частотной погрешностью делителей переменного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в двухчастотном измерителе погрешностей делителей напряжения, содержащем первый, и второй перестраиваемые по частоте генераторы гармонических сигналов, выходы которых соединены с входами первого балансного смесителя, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, выход которого подключен к первому входу первого автоматического переключателя, контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеситель, первый вход которого соединен с выходом первого перестраиваемого по частоте генератора гармонического сигнала, генератор частоты переключения, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго автоматических переключателей, и измерительный прибор, в него 5 введены установочный и образцовый делители напряжений, полосовые фильтры постоянной и перестраиваемой частот, трехпозиционный переклю чатель, регулируемый усилитель, амплитудный детектор, усилитель час тоты переключения, синхронный детек тор и блок автоматической регулировки усиления, причем входы фильтров нижних и верхних частот соедине ны с выходом первого балансного смесителя, вход установочного делителя напряжения соединен с выходом фильтра нижних частот, а его выход с вторым входом первого автоматичес .кого переключателя и через образцовый делитель напряжения - с первым входом второго автоматического переключателя, выход которого через полосовой фильтр постоянной частоты подключен к первому входу трехпозицИонного переключателя, выход первого автоматического переключателя соединен с вторым входом трехпозиционного переключателя и через контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеситель и полосо ,вой фильтр переменной частоты - с третьим входом трехпозиционного переключателя, первый и третий выходы которого объединены, и через регули руемый усилитель, амплитудный детектор И усилитель частоты переключения соединены с первым входом синхронного детектора, а второй выход трехпозиционного переключателя соединен с входом амплитудного детектора, при этом выход контролируе мого делителя напряжения соединен с вторым входом второго автоматическо переключателя, блок автоматической регулировки усиления включен между выходом амплитудного детектора и управляющим входом, регулируемого ус лителя, вход синхронного детектора соединен с выходом генератора часто ты переключений, а его выход - с входом измерительного прибора. Функциональная схема измерителя, представлена на чертеже. Выходы перестраиваемых по частот генераторов 1 и 2 гаомонических сиг налов соединены с входами первого балансного смесителя 3.- Выход смеси теля 3 через параллельно включенные фильтр k нижних частот, установочны (регулируемый) делитель 5 напряжения и фильтр 6 верхних частот соеди 1 нен со входами первого автоматического переключателя .7- Выход автоматического переключателя 7 через входную и выходную клеммы контролируемого делителя 8 напряжения подключен к одному входу второго балансного смесителя 9. ДРУГОй вход которого соединен с выходом перестраиваемого по частоте генератора 1 гармонического сигнала. Выход установочного делителя 5 напряжения через образцовый делитель 10 напряжения соединен с одним входом второго автоматического переключателя 11, выход которого соединен с входом полосового фильтра 12 постоянной частоты, другой вход автоматического переключателя 11 соединен с выходной клеммой контролируемого делителя 8 напряжения. Управляющие входы первого и второго автоматических переключателей 7 и 11 соединены с выходом генератора 13 частоты переключения. Трехпозиционный переключатель 1 одним входом соединен с выходом полосового фильтра 12 постоянной частоты, другой его вход соединен с выходом первого автоматического переключателя 7 третий вход соединен с выходом фильтра 15 перестраиваемой частоты, вход которого соединен с выходом второго балансного смесителя 9. Полосовой фильтр 15 настраивается на частоту синхронно с перестраиваемым по частоте генератором 2 гармонического сигнала. Выход трехпозиционного переключателя 1 подключен через последовательно соединенные регулируемый усилитель 16, ; амплитудный детектор 17 и усилитель 18 частоты переключения к синхронному детектору 19. Блок 20 автоматической регулировки усиления включен между выходом амплитудного детектора 1 7 и управляющим входом регулируемого усилителя 1б. Синхронный детектор 19 управляющим входом соединен с выходом генератора 13 час- тоты переключения, а его выход - с измерительным прибором 21. Устройство работает следующим образом. Колебания перестраиваемых по час.тоте генераторов 1 и 2 гармонических сигналов U/( Uy,,,ic.os (( t +V/f ) п - Uyy,2. cos (CiAi t + .) сме1иваются в первом балансном смесителе 3, 7 образуя на его выходе двухчастотный сигнал Ui HiUiUi iKbUm,U,{coA(d,-a (u)tiu)a) 4.4,44 -где Kj - коэффициент преобразования смесителя 3 Ш mi Чи . . - соответственно амплитуды и начальные фаз гармонических сигналов генерато ров 1 и 2. Генераторы 1 и 2 гармонических сигналов перестраиваются по частоте таким образом, что разностная часто та их сигналов остается постоянной, а суммарная частота направленно мен ется. Из двухчастотного сигнала Ujфильтрами нижних и верхних 6 частот выделяются сигналы разностной и суммарной частот. Низкочастотная составляющая постоянной разностной частоты (VA + (/2. o const исполь зуется как опорный сигнал. Высокочастотная составляю1;ая суммарной пе ременной частоты ии + . cw var используется как испытательный сигнал. Первый автоматический переключатель 7 сигналами генератора частоты переключений формирует пакеты опорUr сигнаи/, и испытательного ..;M,4K3K4KsUra,Um2,-cau{a)ot-b4i-4i)} Us-- iMgUm, и, (u)t - Ча) где К,, К коэффициенты передачи фильтра нижних частот i и установочного (регулируемого) делителя 5 напряжения на разнос ной частоте К . - коэффициент передачи фильтра 6 верхних часто на суммарной испытатель ной частоте. Частота переключения генератора 13 выбирается значительно меньше разностной постоянной частоты (5 10 Гц). Пакеты опорного и испытательного сигналов подаются на контролируемый делитель 8 напряжения, ослабляются и воздействуют на один вход второго балансного смесителя 9 другой вход которого находится под непрерыв ным воздействием сигнала генераторЖ 1. Ослабление опорного и испытательного сигналов контролируемым делителем напряжения 8 зависит от его коэффициента деления К и основной погрешности fo на разностной (1000 Гц) и дополнительной частотной gf погрешности . в диапазоне изменений суммарной частоты. Поэтому на выход контролируемого делителя напряжения 8 проходят по разному ослабленные и/ и суммарной и сигналы разностной частот ( .); и - На Кь 11 Un,,. ) coл(a),.) , основная погрешность коэффициента деления делителя напряжения 8 на частоте ( 3 ц;Дт2. соответственно дополнительная амплитудночастотная погрешность коэффициента деления и фазовый сдвиг контролируемого делителя напряжения 8 на частоте (SJ . В отличие от контролируемого делителя напряжения 8, через который поочередно проходят пакеты опорного и испытательного сигналов, образцовый делитель 10 включен так, что на его входе поступает непрерывный сигнал постоянной разностной частоты (ЮОО Гц). Поэтому на выход образцового делителя напряжения 10 проходит сигнал, значение которого обратно пропорционально калиброванному коэф- . ициенту деления U 4 II ,1 8-2 Ко m. coл(u)ot ЧгЧг) Кр- калиброванный коэффициент деления. Измерение основной и дополнительой частотных погрешностей коэффициета еления контролируемого делителя напряения8 происходит в.следующем порядке. Измерение основной погрешности онтролируемого делителя напряжения начинают с установки коэффициента еления образцового делителя напряения 10, равным номинальному знаению коэффициента деления контролиуемого делителя напряжения 8 {К к), а трехпозиционный переключ,-.9тёль 1 4 - в положение 22. При синхронной работе первого 7 и второ го 11 автоматических переключателей (исходное положение переключателей указано на чертеже) с выхода второго переключателя 11 на полосовой фильтр постоянной частоты 12 поочередно поступают пакеты одночастотных сигналов и Ug. Частота настройки полосового фильтра 12 выбра на равной разностной частоте WQ опо ного сигнала. Отклонение действительного значения коэффициента деления К контролируемого делителя напряжения 8 от установленногообразцовым делителем напряжения 10 номинального значения К на величину равнозначно неравенству ампли туд пакетов сигналов U и Ug, прошедших через делители напряжения 8 и 10. При непрерывной работе авто матических переключателей 7 и 11 возникает амплитудная модуляция, глубина которой пропорциональна погрешности jfp . Усиленный регулируемын усилителем 16 амплитудномодулированный сигнал воздействует на амплитудный детектор 17. Модулированный сигнал амплитудным детектором 17 преобразуется в напряжение содержащее переменную и постоянную составляющие. Постоянная составляющая напряжения на выходе амплитудно го детектора 17 Н - и W Us Ua Ug-r,gl j7г i Ка,цКзКу« К II и До - и m и tnj, rrj 1 где К - коэффициент усиления регулируемого усилителя 16, К - коэффициент преобразования амплитудного детектора 17Постоянное напряжение U через блок 10 автоматической регулировки усиления воздействует на управляющий вход регулируемого усилителя 16 С учетом значения опорного напряже,const блока 10 автоматйчес ки устанавливается величина коэффициента усиления регулируемого усилителя 16 ., rVie ,, , Амплитуда переменной составляюще напряжения частоты переключения на выходе амплитудного детектора 17 соответственно равна И -и И 5-0л., J 2. KaKAKsKifeKi к м k Um;, Подставляя величину автоматически установившегося коэффициента усиления регулируемого усилителя 1б в соотношение U.., получают ft П - II - о о .- Jl02лK Переменная составляющая и.„ усиливается усилителем частоты переключения 18 (коэффициент усиления ) синхронно - детектируется (выпрямляется синхронным детектором .19 (коэффициент преобразования ) u,i-KfjKiftUto- irj ; Выходное напряжение измеряется прибором 21. С учетом малого различия установленных коэффициентов деления делителей 8 и 10 ( измеренное напряжение равно -Цц--0., где C(fO,5R,aKt9 - постоянный коэффициент пропорциональности в режиме измерения основной .погрешности коэффициента деления. Следовательно, шкала измерительного прибора 21 может быть отградуирована непосредственно в относительных значениях основной погрешности ЗГо контролируемого делителя напряжения 8 от абсолютного значения его коэффициента деления К. Измерение дополнительной частотной погрешности « коэффициента деления контролируемого делителя напряжения 8 начинается предварительным уравниванием амплитуд пакетов опорного и испытательного сигналов, для чего трехпозиционный переключатель 14 устанавливают в положение 23. В этом положении пакеты опорного и испытательного сигналов непосредствен У но поступают на амплитудный детектор 17- Неравенство коэффициентов передач фильтров k и верхних 6 частот (К и Kg) вызывает появление переменной составляющей напряжения на выходе амплитудного детектора 17

которая усиливается регулируемым усилителем 18 и выпрямляется синхроным детектором 19. Регулировкой коэффициента передачи установочного делителя 5 (К) дЬбиваются равенства амплитуд пакетов разночастотных сигналов, что соответствует равенству К/К К или нулевому показанию измерительного прибора 21.

Для измерения дополнительной частотной погрешности трехпозиционный переключатель k устанавливают в положение 2k. Во втором балансном смесителе 9 (коэффициент преобразования Kg) происходит перемножение Пакетов сигналов разностной Ug и суммарной и 7 частот с выхода контро лируемого делителя напряжения 8 с сигналом U/f частоты Ш генератора 1 На выходе балансного смесителя 9 в оба такта работы переключателя 7 поочередно формируются сигналы

(:/,ч U,Us t/m. co(a),t «PJi

.UmaVcoACu))4

Jl ,,i I, ,. ) Unti, ,

{C0b(lj0at -IfJl-CO b

1гц-102. Ш Ui Up - Un,, сод.

(i 4 IP i Kb KfcKs . iT 4)2 K())

Urn, Um -СОЛ (lOt t If, fi + Д ifz.)

. (u)t + 4 ). bO

(2tO,tu),),)

с помощью полосового фильтра 15t настраиваемого синхронно с генератора 2 на частоту (Л) , выделяется спектральная составляющая частота iUj. , которая усиливается регулируемым усилителен 16 и детектируется детектором 17- В результате детектирования выделяются постоянная U и переменная U составляющие,

С учетом выполнения условия К j получают соотношения I, / ./ UiM + Ui5 1 КйКб( Ui6 IT -Z. - К

}.И . . . (1Ч)(и}(

И - « к IJ 5 1 V Uir - 16 2. о

.

Г

где К.,- новое значение коэффициента

усиления регулируемого усилителя 16.

воздействием постоянного напряже:иия и через блок 20 автоматической рег лировки усиления на управляющий Ехрд-регулируемого усилителя 16 автоматически устанавливается новое значение коэффициента усиления

и„ -SMb,,

MeKsKirUXUmi

. ()).д) .beViif-u)

I С .учетом установившегося значения Kfjпеременная составляющая напряжения IL« усиленная усилителем 16, становится равной

U,a I ..р.к,8

isи)

и т, Urn

)()) , .&KUio K5Hei;9Hi7 V,gU,Umi , ()((LU) ,

-yu)

-...« 1/ Уи)

tj/

Переменная составляющая преобразуется синхронным детектором 19 в постоянное напряжение, величина которого измеряется прибором 21. С р учетом того, показание прибора будет пропорциональным напряжению

U«-0.5Krt-ni9-Uio-ia)Cu)a).

где С.. 0, постоянный коэффициент пропорциональности в режиме измерения дополнительной частотной погрешности коэффициента деления.

Таким образом, показания измерительного прибора 21 прямо пропорциональнь дополнительной частотной .погрешности (ji), не зависят от основной погрешности Jb и коэффициента деления К контролируемого делителя напряжения 8. 13 Следовательно, предлагаемое иэобретение устраняет недостатки известного - ограниченную функциональную возможность проводимых с их помощью измерений, в частности невозможность измерения основной погрешности, на частоте опорного напряжения. Расширение функциональных возможностей устройства заключается в измерении основной погрешности наряду с дополнительной частотной погрешностью делителей переменного напряжения. Формула изобретения Двухчастотный измеритель погрешностей делителей напряжения, содержа щий первый и второй перестраиваемые по частоте генераторы гармонических сигналов, выходы которых соединены с входами первого балансного смесителя, фильтр нижних частот и фильтр верхних частот, выход которого подключен к первому входу первого автоматического переключателя, контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеситель, первый вход которого соединен с выходом первого перестраиваемого по частоте генерато ра гармонического сигнала, генератор частоты переключения, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго автоматических переключателей, и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измерителя, в него введены установочный и образцовый делители напряжений, полосовые фильтры посто-яннои и перестраиваемой частот, трехпозиционный переключатель, регулируемый усилитель, амплитудный детектор, усилитель частоты переклю. чения, синхронный детектор, блок автоматической регулировки усиления, причем входы фильтров нижних и верхних частот соединены с выходом первого балансного смесителя, вход установочного делителя напряжения П..14 соединен с выходом фильтра нижних частот, а его выход - с вторым входом первого автоматического переключателя и через образцовый делитель напряжения - с первым входом второго автоматического переключателя, выход которого через полосовой фильтр постоянной частоты подключен к первому входу трехпозиционного переключателя, выход первого автоматического переключателя соединен с вторым входом трехпозиционного переключателя и через контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеситель и полосовой фильтр переменной частоты - с третьим входом трехпозиционного переключателя, первый и третий выходы которого объединены, и через регулируемый усилитель, амплитудный детектор и усилитель частоты переключения соединены с первым входом синхронного детектора, а второй выход трехпозиционного переключателя соединен с входом амплитудного детектора, при этом выход контролируемого делителя напрях ения соединен с вторым входом второго автоматического переключателя, блок автоматической регулировки усиления включен между выходом амплитудного детектора и управляющим входом регулируемого усилителя, вход синхронного детектора соединен с выходом генератора частоты переключений, а его выход - с входом измерительного прибора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Скрипник Ю.А. Об измерении частотных погрешностей делителей напряжения. - Измерительная техника, 1972, № 8, с. 50. 2.Авторское свидетельство СССР W it90026, кл. G 01 R 27/02, 197. 3.Авторское свидетельство СССР If , кл. G 01 R 27/02, 1979 (прототип).