SU1456900A1 - Способ метрологической поверки универсальных многодиапазонных приборов сравнени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электрических измерений, в частности к поверке мостов переменного тока. Цель изобретени  - упрощение метрологической поверки и повышение производительности труда за счет сокращени  количества измерений. Аттестаци  прибора осуществл етс  измерением основной измер емой физической величины на основной числовой отметке основного диапазона измерений, и той же величины на k-й числовой отметке того же диапазона, а также той .же величины на п-м диапазоне измерений и 1-й измер емой величины в основной точке основного диапазона измерений . Алгоритм определени  искомой погрешности определ етс  как сумма погрешностей первого из упом ну- тых измерений (опорной погрешности) и приращений погрешностей по.отношению к этой опорной при остальных измерени х . Кроме того, измер ют физическую величину, реализуемую в виде соединени  группы мер и каждой из этих мер в отдельности, измер5пот значени  группы мер измер емой величины в зонах декадного и диапазонного гистерезиса, определ ют искомую погрешность по результатам этих измерений . Все это позвол ет по результатам одной и той же сравнительно небольшой группы измерений опреде- - лить погрешности измерени  прибора в любой произвольной точке диапазона измерений любой измер емой физической величины. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. W е « ш

Description

Изобретение относитс  к области электрических измерений и может быть использовано при метрологической поверке универсальных многодиапазонных приборов сравнени , главным образом мостов переменного тока, ветвь объекта измерений и ветвь сравнени  у которых разделены и содержат независимые регулируемые блоки, а вход щие в них элементы не имеют взаимной метрологической св зи.

Цель изобретени  - упрощение процесса поверки за счет сокращени  количества измерений.

На фиг.1 приведена принципиальна схема универсапьного многодиапазонного трансформаторного моста переме кого тока, подвергаемого метрологической поверке; на фиг, 2 - обобщенна  измерительна  цепь трансформаторного моста; на фиг, 3 - график распределени  погрешностей при поверке трансформаторного моста; на фиг, 4 - геометрическое представление зоны гистерезиса цифрового автоматического моста переменного тока.

Трансформаторный мост содержит источник 1 питани , трансформатор 2 напр жени  с первичной обмоткой 3, масштабный делитель 4 ветви объекта измерени , включающий в себ  вторичную обмотку, 5 трансформатора 2, де- кадьгый делитель 6 ветви сравнени , включающий в себ  вторичную обмотку 7 трансформатора 2, коммутаторы 8 - 10, образцовые меры 11-13, объект 1 измерени  и детектор равновеси .

Масштабный делитель 4 ветви объек та 14. измерений может включать в себ  такие вспомогательные измерительные элементы, к ак трансформатор пределов, прецизионный операционный усилитель или повторитель напр же- ни , используемые дл  расширени  диапазонов измерений, формироватт  квадратурного напр жени ,и т,п,, а в качестве .образцовых мер П - 13 могут быть использованы как пассивные,так и активные (эквиваленты) меры.

Предполагаетс  также, что между элементами и узлами ветви объекта измерени  и ветви сравнени  отсутствует взаимное вли ние или оно характеризуетс  пренебрежимо малой вели- чиной, что имеет место-в трансформаторных измерительных мостах переменного тока.

Необходимый диапазон измерений в мосте выбираетс  ре.гулировкой числа витков обмотки 5 трансформатора 2 напр жени . Уравновешивание внутри выбранного диапазона осуществл етс  регулировкой числа витков обмотки 7 трансформатора 2 напр жени , вход щей в декадный делитель 6 ветви сравнени . Выбор характера измер емой величины сопровождаетс  сменой вида образцовых мер 11-13, осуществл емой при поморш коммутаторов 8-10,

Состо ние равновеси  моста анализируетс  и фиксируетс  при помр1ди детектора равновеси .

ю 6900 4

Обратимс  к более общему виду измерительной цепи рассматриваемого трансформаторного моста, котора  I представлена на фиг,2, Уравнением равновеси  ее  вл етс  равенство

IK

(1).

где 1 - ток, протекающий через

объект 14 измерени ; 1д - ТОК, протекающий через об разцовую меру 11, Токи 1 и 1д , определ ютс  из выражений

I.

UrK

(2)

Ur

к.

(3)

де и к„ , К, 1

z« напр жение источника питани ;

коэффициенты передачи напр жени  масштабного делител  4 объекта 14 измерени  и декадного делител  6 ветви сравнени  соответственно; импеданс объекта измерени  и образцовой меры 11 соответственно.

25 30

35

Сравнива  (2),(З) и (l), найдем выражение дл  измер емого импеданса

25 30

их

17Кп,

О К к

(4)

Использу  уравнение (4), проведем анализ погрешностей измерени  моста, 40 С учетом погрешностей, вносимых делител ми 4 и 6, уравнение (4) можн 6 записать следукхцим образом,

(Zo +

к„,( ...

(5)

К

.) 2o -f О + 8 ).

(6)

откуда где

Из (6) следует

откуда где

S. ..

т

к

(7)

.х суммарна  погрешность измерени  моста; погрешность образцовой меры;

В погреганость, вносима  неи- делльностью масштабного делител  4 ветви объекта 14 измерений;

к погреганость, вносима  неи- деальностью декадного делител  6 ветви сравнени , Представим каждую из составл ющих равой части уравнени  (7) в виде уммы двух погрешностей

+ uSJ

С о

г,

Sr« 5

+ &.

S. S

О)

ь8

К

(8) (9) (10)

где

{,0

о 2 погрешность образцовой

меры, используемой при измерении первой измер емой величины, например ем- кости;

°Zo приращение погрешности моста , возникающее при измерении i-й измер емой величины и св занной с включением другой образцовой меры, соответствующей .характеру i-й измер емой величины;

тд погрешность маср1табного делител  4 ветви объекта 14 измерений, соответствующа  основному диапазону . измерений; до„ - приращение погрешности

вносимое масштабным делителем 4 при переходе на га-й диапазон измерений; погрешность декадного делител  6, соответствующа  первой (основной) числовой отметке старшей декады на основном диапазоне измерений;

прирашение погрешности декадного делител , возникающее при переходе декадного делител  в состо ние, соответствующее k-й числовой отметке старшей декады на основном диапазоне измерений ,

Тогда выражение дл  общей погрешости моста примет вид

f..,

о- й(..

то

(11)

1456900

или после гр5Т1пировки

5 z. 0 Л«7 (12)

где

5. . +.и .

т,, 0(0

(13)

0

5

0

5

Рассмотрим особенности реализации способа метрологической поверки.

Вначале определ ют приращение погрешности йОц внутри основного диапазона измерений путем измерени  мер физической величинь, значени  которых соответствуют всем числовым отметкам старшей декады декадного делител  6 ветви сравнени . Предполотким, что первой измер емой величиной  вл етс  емкость С, а основной диапазон измерений ограничен значени ми емкости , равными 1000 и 9999 пФ, В этом случае к мосту подключают и измер ют последовательно меры емкости с номинальными значени ми 1000, 2000, 3000,.,,, 9000 пФ, после чего дл  каждого результате измерений опреде- , л ют приращение &5 по формуле

(14)

: SI - SI,

30 где S , Si

35

40

45

- Погрешности измерени  емкости, соответствующие основной и k-й числовым отметкам соответственно,

В этом режиме в ветви сравнени  моста при помощи коммутатора 8 включаетс  внутренн   образцова  мера 11, имекща  емкостный характер.

Затем определ ют погрешность измерени  емкости S на остальных диапазонах путем измерени  мер емкости с номинальными значени ми, соответствующими одной и той же, например,основной числовой отметке дл  каждого т-го диапазона измерений, и наход т приращение погрешности и5 , возникающей при смене состо ни  масштабного делител  4, дл  каждого т-го диапазона по формуле.

ai 81 - S

(15)

и)

Дл  у снени  этого этапа проце- дуры поверки обратимс  к графику распределени  oпpeдeл e fыx погрещ- ностей, представленному на фиг,3. На оси абсцисс расположены числовые отметки k, на оси ординат - значени  относительной погрешности , Крива  I изображает зависимость погperaHocfH uS от k, т.е. дS f(k) крива  II .- зависимость погрешности iS от k на m-диапазоне, т.е.

uS f(k,Tn). При и Ио + 1 , гдв ; (1Пр - основной диапазон, крива  II отображае зависимость „ f(k).

В этом случае дл  получени  значений необходимо измер ть меры емкое- ти следующих номинальных значений: 10000, 20000, 30000,...,90000 пФ. Началу кривой соответствует значение емкости, равное 10000 пФ (основна  числова  отметка).

Анализиру  график распределени  погрешностей, представленный на фиг.З, и выражени  (12) - (15), легко видеть, что дл -получени  зависимости ti. f(k,n) нет необходи- мости осуществл ть все k - измерений на всех т-диапазонах и что люба  точка этой зависимости может быть найдена -аналитически путем вычислений на основании S , , и,.

Дапее прибор перевод т в режим измерений следующей измер емой величины , , например ивдуктйвности L. В этом случае в ветви сравнени  при помощи коммутатора 8 вклю- чаетс  образцова  мера 12, имеюща  индуктивный характер.

тем определ ют погреиность

внутри основного диапазона путем измерени  меры ивдуктйвности с номинальным значением, соответствующим основной числовой отметке ()5 и наход т uS

приращение

0

по формуле

s

К - (0

(16)

-где

Ri- г.

погрешность прибора,вызванна  сменой характера, внутренней образцовой меры.

Аналогичную операцию осуществл - Ьт дл  последующей измер емой в.ели- чины, например активного,сопротивлени  R. В этом случае в ветви сравнени  при помощи коммутатора 10 включаетс  образцова  мера 13, имеюща  характер активного сопротивлени , а

. лК

приращение погрешности .До наход т

по формуле

А-8 Si - SI

(17)

Zo 0 (

После проведени  указанных операций погрешность измерени  моста дл 

любой k-й числовой отметки на любом т-диапазоне измерений дл  любойЧ-й измер емой физической величины определ ют по формуле

5, s :° йС -busSus;

44)

,(18)

5

0 5

0

5

0

5

0

5

делены при измерении основной измер емой величины.

Найденные таким образо метрологические характеристики сравнивают с паспортными данными на прибор и суд т о его метрологической пригодности .

Предложенный способ поверки позвол ет также упростить определение погрешности tiS внутри основного

диапазона измерений. Упрощение достигаетс  путем использовани  мер физической величинь равнономинальных значений. Допустим, как -это уже обуславливалось , основной измер емой величиной  вл етс  емкость. Тргда дл  определени  погрешности Л&ц внутри основного дтшпазона необходимо иметь. IB наличии 9 высокоточных мер емкости , номинальное значение каждой из которых соответствует каждой числовой отметке первой декады прибора, т.е. пропорционально числам 1, 2, 3,.с.,9, что существенно затрудн ет поверку.

Это обсто тельство можно.истшю- чить, применив п равнономинальных мер емкости, соответствующих либо начальной, либо конечной числовой отметке о.тносительно низкого класса точности. При поверке, например,прибора , имеющего класс точности 0,02 - 0,05, можно использовать меры класса точности 0,2-0,5, т.е. на пор док ниже. При этом каждую из п мер низкого класса точности измер ют при помощи повер емого прибора, затем путем параллельного соединени  мер образуют эквивалентную меру с номинальным значением, соотве ств тощим k-й числовой отметке первой декады, и измер ют ее значение, а погрешность uS

определ ют по формуле

к ,

д5..-iiL: ±..™:-.. (19)

oW k

где A

И(

р«СЧ

расч .

- эквивалентное значение параллельно соединенных п мер, найденное р счетным путем;

значение, найденное путем измерени .

При отсутствии равнономинальных мер физических величин определение приращени  погрешностей л8 ° и

ft о

.т может быть проведено при использовании других, менее точных мер, в качестве которых могут быть использованы такие широко распространенные элементы, как резисторы типа МИТ, С2-29 и др., конденсаторы КСО, КЗ 1-1 О и им подобные элементы, Дп  этой цели используют меры, действительные значени  которых наход тс  в зоне гистерезиса декадного делител  дл  каждой Тс-й числовой отметки и в зоне гистерезиса между диапазонами.

В цифровых автоматических мостах переменного тока гистерезис вводитс  дл  устранени  функциональной неустойчивости системы уравновешивани  на границах диапазонов, а также в окрестност х размена первой (старшей ) декады с младшими, второй декады с младшими и т.д. Рассмотрим кратко работу цифрового автоматического моста при прохождении границ зоны гистерезиса между диапазонами и внутри декадного делител  при разменах декад. Это удобно сделать,-использу  геометрическое представле- ни.е зоны гистерезиса, приведенное на фиг.4. Точка а соответствует набору на декадном делителе, равному (9,999.. .)j(l , точка б - набору на декадном делителе, равному (10,00... ...)«1 на соседнем диапазоне. Параллелограмм адег образует зону гистерезиса , ограничивающую состо ни  уравновешивающего элемента, которые он может принимать в процессе уравновешивани  дл  исключени  циклических переходов схемы уравновешивани  из точки а в точку б и обратно.

Легко видеть, что при измерении меры, значение которой находитс  в зоне гистерезиса, система уравновешивани  в зависимости от направлени  уравновешивани  может принимать два состо ни , соответствующие одной и той же точке равновеси . Например , если уравновешивание осуществл етс  от меньших измер емых вели45690010

чин к большим (это направление указано стрелкой л), система уравновешивани  может прин ть состо ние, соот- g ветствук цее отрезку ад, что соответствует отсчетам (9.9N9...) 1, (9,99N...)x 1, где N 10, а если уравновешивание осуществл етс  от больших измер емых величин к мень- 10 шим (стрелка В), система уравновешивани  может прин ть состо ние, соответствующие отсчетам (09,99.. .)« 1 (0,9,Ш9)И и т.д. (отрезок Д).

15 При сокращении числа измерений сократитс  и врем , затрачиваемое на проведение поверки. Часть процедуры поверки, св занна  с вычислени ми , может осуществл тьс  при по20 мощи микро-ЭВМ, что также уменьшает затраты времени и снижает трудоемкость поверки.

Общим эффектом реализации способа  вл етс  упрощение поверки и повы25 шение производительности труда при ее проведении.

Claims (3)

1. Формула изобрет-ени 

   30 1. Способ метрологической поверки универсальных многодиапазонных приборов сравнени , заключающийс  в том, что измер ют значени  мер физических величин, определ ют отно-

   35 сительнуто погрешность при каждом измерении по, формуле

   «  А /

   L

    р

   ч

   100%,

   40

   где А„р

   - показание отсчетного

   устройства прибора; А- - действительное значение

   меры физической величины, и определ ют погрешность измерени  дц дл  всех числовы-х отметок первой (старшей) декады прибора внутри основного диапазона измерений т основной измер емой величины 1, отличающийс  тем, что, с целью gg упрощени  процесса поверки, выбирают в качестве .опорной относительную погрешность на первой числовой отметке, прин той зА основную, измер ют основную измер емую физическую величину на всех числовых отметках

   55

   первой декады основного диапазона измерений, одредел ют приращени  погрешности (n) на всех остальных (k-ых) числовых отметках по формуле

   (Ч

   1,1

   S °

   ы

   производ т на всех остальных диапазонах измерени  значений основной измер емай величины, равных N 10, где N - мантисса числового значени  измер емой величины, т - номер диапазона измерений, и определ ют прира щение погрешностей 4 5, по отношению к опорной погрешности по формуле

   ЛС,., «,/0 - i l

   mor m(,)

   т,Ы

   к i,

   где - погрешность измерени  основной измер емой неличин на т-м диапазоне,

   затем внутри основного диапазона измерений поочередно измер ют остальные физические величины, мантиссы числовых значений которых соответствуют числу W, и определ ют приращени  погрешностей дл  каждого из этих измерений по°отношению к опорной погрешности по формуле S К °

   оИ1 (| °rtio.(0

   где Ото(1 погрешность измерени  1-й измер емой величины на основном диапазоне ,

   и .определ ют искомую погрешность т(.к) любой i-й измер емой физической величины по формуле

   -(к) ;,и1 (,, -

   (0

   использу  по одному соответствующему результату измерений из каждой упо- м нутой выше группы проведенных измерений ,
2. 2. Способ по п., о т л и ч а ю - Щ и и с   тем, что при помощи по

   4569ПО 12

   вер емого прибора измер ют п равно- номинальных значений физической величины , соответствующих начальной g (конечной) числовой отметке основного диапазона, затем измер ют эквивалентное значение параллельно (или последовательно) соединенных k мер, соответствующих k-й числовой от|4ет- 10 ке, а приращение погрешности uJ ° ,

   определ ют подформуле

   f-А А л, . кГТ

   )-

   ,РС1СЧ

   1

   где - эквивалентное значение параллельно (или последовательно ) включенных k-мер, найденное расчетным путем; измеренное повер емым прибором это же эквивалентное значение.
3. 3. Способ по пп, 1 и:2, о т л и- 2g ч а ю щ и и с   тем, что приращение погрешности S . , определ ют как

   loVKj

   относительную разность результатов первого и второго измерений значений k мер физически: величин по формуле .30 : А-р - А .

   йО„ ,,,,:

   Ал

   motyr II

   Апр Ал

   Ч

   -лС .

   35 где А„ , А - показани  прибора,

   соответствующие первому и второму изме- . рени м одного и того же значени  измер емой величины в точках зоны декадного гистерезиса в окрестности k-й числовой отметки;

   40

   45

   А/ - действительное значение меры.

   c//fi

   /4/г/

   Фие.2

   О 1 г J «55 78 9 JO

   Фиг.