Способ поверки электроизмерительных приборов переменного тока

 

СОЮЗ-СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 01 R 35 00 ЧЧЮФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

f г.

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3515889/18-21 (22) 26.11.82 (46) 23.02.84. Бюл.-Р 7 (72) М.Я.Минц, В.Н.Чинков и В.Г.Разладов (53) 621.317.761 (088.8) (56) 1. Любимов Л.И., Форсилова И.Д.

Поверка средств электрических измерений. Л., "Энергия", 1979, с.57-65, 68-72.

2. Авторское свидетельство СССР

9 924647, кл. 5 01 R 35/00, 1980. (54)(57) СПОСОБ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОИЗФ

МЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА, путем подачи на поверяемый прибор входного сигнала, воздействующего на указатель прибора, определения моментов совмещения указателя с поверяемыми отметками шкалы и измерения соответствующих этим моментам времени значений входного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения погрешностей, вносимых высшими гармониками, поверку производят при входном сигнале кусоч но-ступенчатой форьы и перемещение указателя поверяемого прибора осуществляют изменением амплитудно-временных параметров ступенек.

1074828

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении поверочных систем.

Известны способы поверки электромеханических приборов переменного тока, основанные на использовании синусоидальных испытательных сигналов в компенсационном методе и мет оде сличения $1) .

Недостатком способов является сложность формирования сигналов синусоидальной формы, удовлетворяющих высоким требованиям к таким параметрам как стабильность амплитуды и коэффициент нелинейных искажений, которые существенно влияют на точность поверки.

Известен также способ поверки электромеханических приборов при входном сигнале прямоугольной формы, при котором перемещение указателя поверяемЬго прибора осуществляют изменением скважности прямоугольных импульсов по линейному или квадратичному закону, при этом привод отсчетного устройства выполняют дискретным и его перемещение осуществляют импульсами регулируемой частоты и проводят соответственно-измерения входного сигнала (2) .

Недостатком известного способа является значительная погрешность, обусловленная высшими гармоника-ми входных сигналов поверяемых приборов.

Цель изобретения — повышение точности путем уменьшения методических погрешностей, вносимых высшими гармониками.

Цель достигается тем, что согласно способу поверки электроизмерительных приборов переменного тока,. путем подачи на поверяемый прибор входного сигнала, воздействующего на указатель прибора, определения моментов совмещения указателя с поверяемыми отметками шкалы и измерения соответствующих этим моментам времени значений входного сигнала, поверку произ" водят при входном сигнале кусочноступенчатой формы и перемещение указателя поверяемого прибора осуществляют изменением амплитудно-временных параметров ступенек, На фиг. 1 представлен трапецеидальный поверочный сигнал, на фиг. 2 — типовые измерительные цепи электроизмерительных приборов.

Основные положения предлагаемого способа заключаются в следующем Ф

В обобщенном виде уравнение шкалы электромеханических приборов (как с одной, так и с двумя измерительными целями) можно описать корреляционный функцией токов в измерительных обмотках т .R I = —.),8l i, i<-il at. о где «» (g), » (1) — токи в изме рительных обмот ках; и

«О времен ный сдвиг между токами, соответствующий определенному фазовому сдвигу;

15 Т вЂ” период исследуемых сигналов.

Очевидно для амперметров и вольтметров

«»М.»,(1)= Ф -=0, 20 так что Т

R»oI - — J М d Ь ..

О

Корреляционная функция тока запишется как Т

Rill-(<»<1R„»R t>dt где передаточная функция прибора

h(«)= — K.н e «()

Т k k где К вЂ”. номера гармоник напряжений, Соотношение (3) эквивалентно уравнению шкалы прибора, так как оно дает связь между корреляционной функцией входного напряжения "u (»,) и корреляционной функцией тока R() от которой зависят показания прибора. Как»»цЯ, так и»((4) четны и периодичйы, Выражение для корреляционной

40, функции тока (3) можно представить в следующем виде:

R("<)=H„jR„pi) H <о) „() h,ÞЙ,", ц- Ы 6)

V о где»«(o), u (), Р ц (с -t > — значения

45 .производных в соответствующих точках: ц, (,)=Jи()а.

Пусть теперь функция»»ц («;) имеет непрерывных производных, а (»т> + 1), производная имеет скачки, Тогда.

"(I= j"«»»>)кцФ+" ()RI,(,»).„+,Н Р„(7ü I R (6)

»>

В (щ+2) производной P., при

>>> 3 дифференцировании скачков возник(7. j

60 нут функции и дальнейшее разложение станет невозможным.

Соотношение (б) представляет собой разложение »»(т ) по степеням малого параметра. Я = (>,,7, где »7 постоянная времени, определяемая

65 реактивными элементами, так что

1074828 гг) член в формуле (6) имеет порядок Я"", Из этого обобщенного урав-, нения могут быть получены уравнения шкал электромеханических приборов для различных по форме входных сигналов, Наибольший интерес пред-ставляют, очевидно, такие сигналы, кОторые наиболее просты для формирования. К таким сигналам относятся кусочно-ступенчатые, для формирования которых имеются хорошо разработанная в теоретическом и схемном отношениях цифроаналоговые преобразования, обеспечивающие высокую точность и стабильность задания параметров.

Рассмотрим воэможности использования для поверки электромеханических приборов ступенчатых сигналов с треугольным и трапецеидальным законами их изменения, в частности, трапецеидального сигнала с исключенной третьей гармоникой. Эти сигналы выбраны исходя из наибольшей простоты и схемной реализации. 25

Запишем аналитическое выражение для трапецеидального сигнала (фиг, 1)

U - () С В г ()

° „() в

30 .«т

Для 22 () получим

2)/„, 2,(2l- „(о i2-ei-u < +e)) при всех а

n (H)

1, При > д-9 используются условия симметрии и периодичности (6). При

Т 9 — получаем треугольный сиг4 нал, а при 9 =(г прямоугольный, ти "па меандр . .Для вычисленияЯ2,(ь) согласно выражению (3) заметим,что в силу сим- 40

1 метрии достаточно вычислить R (t)

О л, т при Q 2, < + . Так как U(t) — кусочный полйном не выше второй степени .то 0(t) ° () (t-t) — кусочный поли 45 ном не выше второй степени, а

R2ã() — кусочный полином не выше третьей степени, Причем () (1) непрерывная функция, а () (1) имеет разрывы в точках 2 9 > л 9, T g и )21.д. Вторая производная Uu (+) будет суммой О функций

65

u"В= — K \- i (S)t e- —,")-S(t;e- )). (Ы

Поэтому из выражения (3) получим

" )1-Я2«)") -i)et= — )-) ) Ю. о О. «(S(t -2 «e -e) - S (t ", e e) i et (2) 2 1

Учитывая,что.в интервал интегрирования попадают только две о функции имеем ()(;.Е-U(-В"-,),.ри О.". Е;

u(i+e!+u(-e), пр 8 2-Е ° т (4

U (t. + 8 - - ) > LI (9, - Î ) n 22)S — - 9 2 4 — .

2 Г 2 2 R )) = (О"(<-e)-О (г 8)1 — „, (-1) 22) «(2S(2-ь-)-S(2-28-5-)-S(2212e-e-)) 4 ), Используя формулу (6) находим 2 л1 „",2,.i i Jhq(tl(2li("-e-",)-,„

-S(2.28 5 — )-S(212e-Б — )) Как показал анализ, интегралы в выражении (13) имеют порядок не выше, чем Н г) Rue () т.е. L .

Это означает, что с точностью до )-„ рассматривают выражение

R(i)=Н„)((„() Н „Р „().-"," Ru()eO(6 ) (1) Выражение (14) можно записать

Яф )) ()И()) л „) (-

ГдЕЬ=Н< 1(иЯ+Г,1Н 1 (VA)<-"y1H" fu((„)).

-l И"())) ()" S W) < 0(E ); (К) Для синусоидального сигнала иэ выражения (14) находим

R g (l = lg h) () ) ) СОЬ (S«S i +-SS2), ($ S)) где Н . «)-) д . 182) (")) ° (1 ) " 4QQ)) )

М — действующее значение синусоидального напряжения.

Иэ сравнения формулы (15) для трапецеидального и формулы (18) для синусоидального сигналов видно, что они отличаются двумя факторами.

Во-первых, вместо Соз (ы ьч Ю) в выражение (15) входит функция

1074828

11иY V). Однако поскольку функция

f{M7) известна и не зависит от реактивных элементов, то это отличие легко учестЬ при калибровке источ. ника поверочных сигналов. Во-вторых в формуле (15) имеется составляющая Ь, зависящая от реактивных элементов, и при неизвестных реактивных элементах измерительной цепи прибора ее учесть нельзя, Именно эта составляющая определяет дппол нительную методическую погрешность поверки при несинусоидальных пове". рочных сигналах,и ее, естестненно, необходимо оценить.

Для этого разложим в выражении . (15) неличины tH(„)(И1(<д(+,„)с точностью до Е включительно и, преобразуя, получим к ()=н 1и(;,Дцл»»)») o j, ((») где

- »» (((»(1 -Лю »(Й и

Полученное выражение (19) при анализе погрешностей следует сравнить с выражением (18) .

Определяем выражение (18) и (19) для амперметров и вольтметров..

При поверке амперметров и вольтметров передаточные Функции Y {p)

= У {p) "- Y { p) поэтому )1(1р)= Y(< )(1,ф ) „)) т.е, функция Н,„ вещественная, Это означает, что .= 0-;- Кроме того, »»

О, следовательно, из выражения (17) 1(o 1. Для этого случая

Формулы (18) и (19) будут

1 я» (1 {()у)) ) (» = 1й(,,„)11(1

Если при понерке обеспечить равенство действующих значений напряжений Ч = V9, .учитывая что измеряемая величина равна 4, получим для абсолютной погрешности р(%1=» «1 и (4 ((,-()=(,(()(((;„,ь,,((»» ддя относительной погрешности ь К 1 ь „

Я ("

Численное значение относительной погрешности как видно из вы" ражения (24) зависит, во-перных, от формы сигнала посредством (( неличины(1<д ) 1("„) J «o и во-вторых, от реактивных элементов прибора.

Вычислим каждую из этих состав» (( лЯющих поГРешности. ДлЯ(1(ю-,)11(д Д воспользовавшись выражением (17), находим (( М"1 (ы ),) = 9

5 "1 3 Р) где )=43 8 =,„, причем0сра —"

Найдем то значение Р трапецеидального сигнала, при котором эта составляющая погрешности минимальна, Так как величина Ц1- — P)

», л

Р! я имеет максимум при P = †" то это

В значение и соответствует наименьшему по модулю значению величины К

V Яи 32 — = — "=(- —,=-o,oe. () (Il

Для треугольного сигнала =—

2О и величина равна

„2

=-О 2!6. М

Для трапеции с устраненной третьей гармонийой (1 = ()g ) величина

4О

54 (),() gq. {1")

ЗО

Вторая составляющей погрешнос: ти, обусловленная реактивными элементами измерительных цепей прибора, представлена двумя случаями:

35 измерительные цепи без компенсации (фиг, 2а и с компенсацией (фиг.26) индуктивности.

Для каждого из этих случаев соответственно получим г Я ) С

Г2Я )"яс2 Ьо)

2 где М вЂ” для различных значений определяется соотношениями (26) †(28), Выражения, определяющие методические погрешности, вносимые ныс5О шими гармониками, присутствующими в поверочных сигналах, покажем для следующих случаев, приведенных на фиг. 2 а,б, Для амперметров и нольтметрон с измерительной цепью без компенсации индуктивности {фиг. 2a).

Согласно известному f2j, для таких приборов при использовании прямоугольных сигналов относительное значение методической погрешности определяется соотношением

И

16<1=TЬ1(ч л ) лом Е4

25 где

35 21 (0! 2) 6 0 2 Р

Составитель И. Катанова

Редактор Н.Джуган Техред T.Ìàòî÷êà Корректор N.Øàðîøè

Заказ 442/21 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 ю филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Для кусочно-ступенчатых сигналов эта погрешность согласно выражению (29) равна

Напомним, что Y — коэффициент, зависящий от фор!ы поверочного сигнала- в соответствии с выражениями (26) — (28 ) .

Таким образом, при трапецеидальном сигнале, у которого P = 8 !j8 методическая погрешность уменьшается по сравнению с прямоугольным более, чем в 12 раэ, при трапецеидальном сигнале с устраненной третьей .гармоникой — более, чем в

10 раз, при треугольном сигнале почти в 5 раз °

Для амперметров и вольтметров с компенсацией индуктивности в изме- 20 рительной цепи (фиг. 2б). Относительная методическая погрешность при поверке прямоугольным сигна"! ь

Относительная методическая погрешность при поверке кусочноступенчатым сигналом согласно выражению (30} лц гДе !2 = г2 С2

Поскольку для измерительных приборов величины ыо 2 очень малы, погрешности при рассматриваемых сигналах оказываются еще меньше, чем в первом случае. Это позволяет испольэовать такий сигналы для проверки не только рабочих но и образцовых приборов. Конкретные значения погрешностей можно получить из приведенных формул для конкретных типов приборов.

Все сказанное справедливо и для электромеханических ваттметров, измерительная цепь которых представляет сочетание измерительных цепей (фиг. 2). Однако для ваттметров предлагаемый способ обеспечивает еще и следующее преимущество.

При использовании поверочных сигналов несинусоидальной формы показания ваттметра сильно зависят от функции1(! ) . Чем больше эта функция отличается от Cob g тем, существеннее будет Методи-. ,ческая погрешность. При использовании прямоугольных сигналов это отличие несколько велико (q = 0,21), что для уменьшения методической погрешности, согласно (2 нвобходим пересчет показаний прибора. Для треугольного сигнала (! р п,! О, 02) это отличие примерно в 10 раз меньше, а для трапецеидального сигнала с исключенной третьей гармоникой (Ящц Е 0,0035) — примерно в 60 раэ меньше. Такое уменьшение методической погрешности позволяет обойтись без пересчета показаний прибора, что значительно упрощает процесс поверки.

Таким образом, способ поверки электроизмерительных приборов переменного тока позволяет повысить тонность поверки за счет. Уменьшения методических погрешностей, вносимых высшими гармониками, присутствующими в поверочных сигналах.