Способ определения частотных погрешностей масштабных преобразователей
Использование: определение частотных погрешностей масштабных преобразователей в цепях переменного тока широкого частотного диапазона. Сущность изобретения: при измерении амплитудночастотных погрешностей осуществляют операции по измерению фазочастотных погрешностей масштабного преобразователи. Изобретение относится к электроизмерительной технике, может быть использовано для испытания и калибровки измерительных масштабных преобразователей (измерительных трансформаторов, делителей напряжения, магазинов сопротивлений и др.), предназначенных для работы в цепях переменного тока широкого При этом формируют в третьем дополнительном канале непрерывный вспомогательный сигнал путем перемножения сигналов опорной и контролируемой частот с выделением затем колебаний с частотой, равной сумме этих частот. Выделяют из полученных радиоимпульсов с заполнением двумя колебаниями суммарной и разностной частот радиоимпульсы с частотой заполнения , равной сумме частот опорного и контролируемого сигналов, которые детектируют по фазе с использованием вспомогательного сигнала. С помощью образцового фазовращателя для разных точек частотного диапазона изменяют фазу радиоимпульсов опорной частоты и фиксируют положение образцового фазовращателя .соответствующие исчезновению напряжения частоты коммутации, полученного в результате детектирования по фазе сигналов в третьем канале. Считая, что для нижней границы частотного диапазона угловая погрешность близка к нулю, угловые погрешности на промежуточных частотах диапазона определяют по приведенной формуле. 1 ил. частотного диапазона, и является усовершенствованием известного способа, описанного в авт. св. №137Q591. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет введения операций по определению угловой погрешности в широком динамическом и частотном диапазонах. сл с vl СЛ О 00 го ю
COIO3 СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК .. Ы 1756842 А2 (я)з G 01 R 35/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР.
ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Изобретение относится к злектроизме- . рительной технике, может быть использова- но для испытания и калибровки измерительных масштабных преобразователей (измерительных трансформаторов, делителей напряжения, магазинов сопро-
: тивлений и др.), предназначенных для работы в цепях переменного тока широкого частотного диапазона, и является уСовершенствованием известного способа, описанйого в авт; св. М 1370591..
Цель изобретенйя — расширение функциональных возможностей за счет введения операций по определению угловой погрешности в широком динамическом и частотном диапазонах.
1 .. - 2 (61) 1370591 ; - При этом формируют в третьем дополни(21) 4?71594/21:; . тельном канале непрерывный вспомога(22) 19.12.89 тельный сигнал путем перемножения (46) 23.08.92. Бюл, hb 31:: .:::..::-,: сигналов опорной и контролируемой частот (71) Кишиневский научно-исследователь - " с выделением затем колебаний с частотой, ский институт злектроприборостроения H3-, равной сумме этих частот. Выделяют.иэ получно-производственного объединений ученных радиоимпульсов с заполне ем
"Микропровод" : ... двумя колебаниями суммарной и раэцост(72) Ю.А. С к р ы и н и к, В.К. В а сил ьчук и ной частот радиоимпульсы с частотой эаполЛ.А.Глазков:," .:.: .. нения. равной сумме частот опорного. и (56) Авторское свидетельство СССР . : контролируемого сигналов; которые детекйг 918911; кл; 6 01 R 35/00, 1980..: тируютпофаэесиспользованием вспомогаАвторское свидетельство СССР . --,: -. тельного сигнала. С помощью образцового
Nã 1370591, кл. G 01 R 23/20, 1986.. " :: ...: фазовращателя для разных точек частотно(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЬФ го диапазона изменяют фазу радиоимпульПОГРЕШНОСТЕЙ МАСШТАБНЫХ llPEOB- сов опорной частбты и фиксируют
РАЗОВАТЕЛЕЙ : .:.: . положение образцового фаэовращателя, со : (57) Использование: определение час«тотяы«х : ответствующие исчезйовению напряжения погрешн6стей масштабных преобразовате» частоты коммутации tio7lfheHHoro в резульлей в цепях переменного тока широкого ча- тате детектйрования по фазе сигналов в стотного диапазона. Сущность . третьем канале. Считая,чтодля нижней граизобретения: при измерении амплитудно- - ницы частотного диапазона угловая погрешчастотных погрешностей осуществляют ность близка к нулю; угловые погрешности операций по измерению фазочастотных по- ":. на промежуточных частотах диапазона oliгрешностей масштабного преобразователя."" " ределяют по привеДенйой формуле. 1 ил. (Л ос
ОО
1756842
На чертеже представлено устройство для реализации способа.
Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, перестраиваемый генератор 2 контролируемой частоты, переменные атте- 5 нюаторы 3 и 4, образцовый делитель 5 напряжения, образцовый фазовращатель 6, . автоматические переключатели 7 и 8, исследуемый масштабный преобразователь 9 (МП), балансный модулятор 10, широкопо- 10 лосный усилитель 11, амплитудный детектор 12, усилитель 13 частоты коммутации, синхронный детектор 14, генератор 15 частоты коммутации, индикатор 16 амплитудной погрешности, фильтр 17 верхних частот, 15 фазовый детектор 18, второй усилитель 19 частоты коммутации, второй синхронный детектор 20, индикатор 21 угловой погрешности, фильтр верхних частот 22, второй балансный модулятор 23.
Сущность способа заключается в следу- 20 ющем;
Сигналы фиксированной опорной частоты U1 = Un1cos (в1 t+P1} пеРестРаиваемой контролируемой частоты Uz ==Оп12соз (Nz t + <р2)поочередно с низкой ча- 25 стотой коммутации Q пропуска1от через два параллельных канала, в первый из которых включен исследуемый масштабный преобразователь 9 (МП). Фиксированную частоту в1 выбирают равной верхней гра- 30 нице в рабочего диапазона частот МП (N1 = аъ) . Перестраиваемую частоту Nz вначале выбирают равной нижней границе диапазона в„= (в2 =в,}.При этом частоту коммутации Я выбирают в 10-20 раз
35 меньше нижней границы рабочего диапазона частот МП (Й<вн).
В первом канале путем периодической коммутации сигналов Uj u Uz формируют примыкающие друг к другу во времени радиоимпульсы первой Nj и контролируемой в2 частот, которые поочередно проходят через исследуемый МП. Амплитуду радиоимпульсов с частотой заполнения в1 уста 45 навливают первым аттенюатором до допустимого уровня входного сигнала MI l
V3 = K1Um1cos (N1 t +@1 + APl), т (1) где K1 — коэффициент передачи первого ат- 50 тенюатора на опорной частоте в1, Лф1 — фазовый сдвиг, вносимый атте. нюатором на частоте в1;
Т =-р- — перйбд следования радиоим - 55
2д,;„.-. —. —.-пульсов.
Амплитуду радиоимпульсов с частотой заполнения в2 устанавливают вторым аттенюатором до такого же уровня (т.е. К10ы
= K2Urn2)
04 = K2Un zco s (в2 t + p2 + A p2), 2. < t < Т, Т (2) где К2 — коэффициент передачи второго аттенюатора, зависящий от значения контролируемой частоты в2;
Apj — фазовый сдвиг, вносимый аттен1оатором на частоте а2.
Во втором параллельном канале формируют также примыкающие друг к другу радиоимпульсы, но с противоположным чередованием опорной и контролируемой частот. Амплитуду радиоимпульсов с частотой заполнения о 2 устанавливают равной амплитуде радиоимпульсов 04
Т
05 = К2Цп2соз (072 t + p2 + A p2), 0 < t < — . (3)
Амплитуду и фазу радиоимпульсов с фиксированной частотой заполнения N1 дополнительно изменяют с помощью образцового усилителя напряжения и образцового фазовращателя
Uo= K1Ко Л1соз (в1 t+p1 +Лф1 +4rpo), — N1, Л р — фазовый сдвиг., вносимый образцовым фазовращателем на опорной чаСтОтЕ В1. Примыкающие друг к другу радиоимпульсы 0з и 04 проходят через исследуемый МП с комплексным коэффициентом передачи j d |/ (и) К(в) = К(1+ у(в))е, (5) где К = К(в,) — модуль комплексного коэффициента передачи МП на нижней частоте рабочего диапазона В1, который полагается равным его активной составляющей; (N) — — - 1К(и — К в j Ч1 В относительная частотная погрешность МП на контролируемой частоте в рабочего диапазона частот (вн <в <в,}; Лр(в) — угловая (фазовая) погрешность Mfl на контролируемой частоте в. Амплитуда и фаза радиоимпульса опорной частоты на выходе МП определяется модулем и аргументом его комплексного коэффициента передачи на частоте в1 = в U;=»(>ьйь-@+К(ь0» > Т сж(иЛ+q, i »4, »q ((o,1), О « y (6) 1756842 6 где y() и Л р(вв}- частотные погрешно- В результате амплитудного детектирости МП на верхней частоте рабочего диапй-":вания радиоимпульсов образуются видеозона во..: . импульсы-, cnegyeщие С" частотой Амплитуда радиоимпульсов контроли- коммутации Q, При квадратичной характеруемой частоты определяется составляю- 5 ристикедетектора амйлитьудйвидеоимпульщими комплексного коэффициента . сов принимают значения передачи Mll на этой частоте U,=k(è)U,=k(4+)(leg))kaU., * ))«= р("(+K(v))kМьО U„,) " т х сов (от, + ьрв+ ссра+С ьр (ы,)), — (р в р, (7) Ф (К(м)) аа т ) )и ь тв) 1 О т Ь с ) где y() и Ьф (ср р) — частотные погртетлшнтО-" сти МП на контролируемой частоте в2.:- : далвв ПарЕМНОМСаЮт радИОИМПуПЬСсЫ 15 . @ И(т)))С " 105 l((> ((др))«v 0„Ltm<х ",20 чрстотах; ... Кз и 9 — коэФфйциентты усилейия широ1 софизмов) ььр+ср ьасрьсьр таьр(СС)тщь) кополосного усилилтеля соответственно на частотах (о) +в и mj - coj, сос((ц ьсв)тя-ьрв+ЬЬр,-оьрв+ур(щгСЬрв)) -- :. : Выделяютиасйослроедьотвательности видеУ 25 оимпульсов U1) и 012 прямоугольное напр 0 а1 с — р - -. -.: .:.: женйе частоты коммутаиции - .. (8) О„-и« а Радиоимпульсы контролируемой частоты ..-: Ц= kG . вф s)h A.т.— e радиоимпульсами опорной частоты " -. Эл0 (5 К y + 5y К 4 (5< (с к Дд. Ll k„< У„),Д х ()и-))в))ь- К(йтр(ит))К,Каро()м,))ив(сов((у+ „Е ь (П.-E+kа(ьот0 дя ро 8 6 g о ))р л)й,i, -: 5, п „) я () ьвтв)С ьрьсрв" вср СьрвьссрМв) .вьрььИт)ь З5 где К5 — коэффициент. усйления на низкой ьсоа((я -Q )t>(p -Срвьбьр вцела Ььр(яа)::-, .:: частоте : stgnsln Qt — прямоугольная огибающая -lb + all)Q )) ) (t < T -, (9) видеоимпульсов с частотой коммутации Й. Измейяют образцовым делителем на40: пряжения амплитуду радиоимпульсов опорс где 31 — крутизйа множительного првобра-, -- ной частотьыь во втором канале до зователя; завйсящая от частоты перемноже- исчезновения напряжения 01з частоты комния сигналов в) и с ; ..::;: ., - мутации. При определенном значении коэфЛрз, Лрз -дополнительный фазовый фициента передачй Ко делителя сдвиг, возникающий в процессе перемно- 45 напряжения выполняется равенство жения сигналов и зависящий от соотноше-;" .:, .1 +У(в)) = 1 +7(в2) Ко. ":. (13) ния их амплйтуд (коэффициентов передачи.-: - Учитывая, что вначале устанавливают МП на частотах в и в2) .: "::::::: : cd =й4, можно ссчитать-частотную погрешность модуля коэффициента передачи МП В результате перемножения радиоим- 50 на нижней границе частотного диапазона, пульсов формируется новая последователь- близкой к нулю (у(а ) =д(врр) = 0) . Тогда ность радиоим пульсов Ug и U1p с относительное значение частотной погрешзаполнением двумя колебаниями, равными ности модуля МП на верхней границе чассумме в +сЩ и разности в) — а опор- . тотного дйапаэона в1 = а); ной сд " и контролируемой щ частот..55 7(вв) = Ко-1. (14) Двухчастотные радиоимпульсы Ug u Ujp bio- . Для определения. угловой погрешности очередно усиливают шйрокополосным утсй-" МП из усиленных радиоимпульсов Ug и U
1756842 а при перемножении радиоимпульсов Uig c Г у,1„К, Г(1» (сигналом Ll1(; — видеоимпульсы с амплиту- дой i 0 а*- k(«jf(ug)k,kàkîk,kь0лч0м,соа (у "оса(а% ачачи(м+щлча У",чаат,тйq,— 4 И О„ @, Щ Ы 2 ЬС (О ) <(((ky,> ЬУ" + 10 (.гб Vу) > "4 ." 5.(у - " . где Яв — крутизна фазового детектирования. Выделяют из последовательности видегдеК6-коэффициентпередачифильтрввер- оимпульсов второе прямоугольное напряхних частот;... 15 жение частоты коммутации (Дф4 — дополнительный фазовый сдвиг, вносимый широкополосным усилите- и- à, (с) 2 5 )й 1 (б с(. 2 Ъ лем; Aps — дополнительный фазовый д,2 сдвиг, вносимый фильтром верхних частот., 20" б > вЛ ai o ("% а 1 3 Радиоимпульсы суммарной частоты подвергают фазовому детектированию с участием непрерывного вспомогательного >Kg(Q ) hg,+йЯ +hg„iraq -5g - т)., сигнала этой частоты. Вспомогательный сигнал суммарной частоты формируют в 25 rye Ка —. второй коэффициент усиления на третьем канале перемножением исходных низкой частоте. сигналов 01 и 02 и последующей фильтра- Изменяют образцовым фазовращатецией на с ммарной частоте а суммарной частоте лем сдвиг фаз Др,во втором канале до Я исчезновения напряжения U1g частоты ком1 16= 4 1 2= 2: . 30 мутации. При определении значения фазоU сов фд1 yN2) g - ваго сдвига Др, вносимого образцовым 7 m1 m2COS f(N1 1 1- уу, -1 Д б -(- Д,р71,, (17) фазовращателем, устанавливается баланс где S4 — крутизна второго множительного фаз преобразования; .. Ду(в1) + Дуз = Ду(в2) + Др + Доз .. Так как образцовым делйтелем произДулб- дополнительный фазовый сдвиг, ведено предварительное уравнение произвозникающий в процессе перемножения ведений. амплитуд радиоимпульсов частоты сигналов; N1 u Nz перемножаемых между собой, то у су Дфу-дополнительный фазовыйсдвиг, 40 фазовые сдвиги Дрь =Дф =Доз. Поэтовносимый вторым фильтром верхних частот, му исчезновение напряжения частоты комПри фазовом детектировании радиоим- мутации имеет место при условии пульсы U14 и 01, амплитуды которых уран- .. Ду1(N1) =Дф(йг) +Д(о. (22) 45 аются образцовым делителем Полагая на нижней границе частотного . напряжений, поочередно перемножаются с диапазона угловую погрешность ис: непрерывным вспомогательным сигналом следуемого масштабного преобразоU16. В результате перемножения радиоим- вателя близкой к нулю пульсов U14 с непрерывным сигналом 01в (Др((а) = Др(ви) =О),получаем значе- . образуется последовательность видеоим- ние угловой погрешности на верхней гранипульсов с амплитудой це частотного диапазона Др(оъ) =h,yo. (2З) Затем повышают контролируемую частоту и на ряде промежуточных частот рабо8 > р "7". у" :: чего дйапазона определяют из выражения + + А +(((22) значения угловой погрешности Лта (ал) = тыл (оъ) -Ьуаа (га) Я Ит1 где Дрц — фазовый сдвиг, вносимый образцовым фазовращателем. на промежуточной частоте й. 1756842 Одновременно на промежуточной частоте сй определяют согласно выражению (13) относительную частотную погрешность модуля К где у (ав) — относительная погрешность на верхней границе частотного диапазона; Кщ — коэффициент передачи образцового делителя напряжения на промежуточной частоте а . Аналогичным образом определяют частотные погрешности МП при других значениях его коэффициента передачи. При этом уменьшение коэффициента передачи иссле- 1 дуемого Mll, приводящее к значительному уменьшению амплитуды детектирующих сигналов, компенсируется широкополос. -ным усилением этих сигналов. Возникаю-. щие при этом амплитудно-частотные и 20 фазочастотные искажения во входных цепях амплйтудного и фазового детекторов,не влияют на точность определения составляющих частотной погрешности МП, Отсчет этих погрешностей при различных эначени- 25 ях койтролируемой частоты производится по образцовым делителю напряжения и фа-. зовращателю, работающих на опорной фик- сированной частоте, Устройство работает следующим образом. Автоматические переключатели 7 и 8, управляемые гейератором 15 частоты коммутации, формируют. примыкающие друг к другу радиоимпульсы из сигналов генерато- 35 ров 1 и 2 с противоположным чередованием частоты заполнения импульсов. Аттенюаторы 3 и 4 устанавливают необходимый уро-" . вень амплитуд радиоимпульсов и выравнивают их амплитуды. Радиоимпуль-. 40 сы в первом канале переходят через исследуемый МП 9 и поступают на первый вход балансного модулятора (перемножителя) 10. Дополнительное изменение амплитудь| и фазы радиоимпульсов опорной фиксйро- 45 . ванной частотй во втором канале производят образцовым делителем 5 напряжения и образцовым фазовращателем 6, из которого радиоимпульсы поступают на второй вход балансного модулятора 10, Радиоимпульсы 50 суммарной и разностной частот усиливают- сА широкополосным усилителем 11 и детек-: тируются амплитудным детектором 12. Напряжение частоты коммутации усиливается низкочастотным усйлителем 13, вы- 55 прямляется синхронным детектором 14, который управляется напряжением генератора 15, и поступает на первый вь1х0дной индикатор 16. Из усиленного усилителем 11 напряжения фильтром 17 верхних частот выделяется сигнал одной суммарной частоты, который поступает на первый вход фазового детектора 18. Непрерывное вспомогательное напряжение формируется в третьем канале с помощью дополнительного балансного смесителя 23, на входы которого непосредственно поступают сйгналы генераторов 1 и 2, и фильтра 22 верхних частот, выходной сигнал которого поступает на второй вход фазового детектора 18. В результате фазового детектирования радиоимпульсов суммарной частоты с использованием вспомогательного сигнала выделяется напряжение частоты коммутации, которое; jñèëèâàåòñÿ вторым низкочастотным усилителем 19 и выпрямляется вторым синхронным детектором 20, управляемым также напряжением генератора 15. Выпрямленное напряжение поступает на второй выходной индикатор 21, Вначале частоту генератора 2 устанавливают равной нижней границе рабочего диапазона частот МП 9 и. коэффициент деления делителя 5 напряжения изменяют до получения нулевого показания индикатора 16. Затем изменяют положение фазовращателя 6 до получения нулевого показания индикатораа 21. Относительную частотную погрешность модуля МП 9 на верхней частоте рабочего диапазона определяют по формуле (14) с учетом установленного коэффициента деления делителя 5, а угловую частотную погрешность МП 9 на этой частоте определяк т по формуле (23) с учетом вводимого фазового сдвига.фазовращателем 6. Повышают частоту генератора 2 и на ряде промежуточных частот рабочего ди- . апазона частот МП 9 изменениями коэффициента деления делителя 5 напряжения и вводимого фаэовращателем 6 фазового сдвига восстанавливают нулевые показания ийдикаторов 16 и 21. Составляющие частотной погрешности МП 9.определяют по формулам (24) и (25) с учетом получаемых значений коэффициента деления и фазового сдвига образцовых делителя напряжения и фаэовращателя, работающих на фиксированной частоте генератора 1. Использование предлагаемого способа позволяет более полно оценивать частотные свойства МП по частотным изменениям модуля и аргумента его комплексного коэффициента передачи в широком диапаэойе частот(от 1 кГц до 10-20 МГц) и калиброванным ослаблением до 80-100 дб. В диапазоне частот до (0,5-1) МГц в качестве образцового фазовращателя испольЗуют индукционные фазовращатели (БИФ-025, 1756842 ПСГ-2 и др.), на более высоких частотах— емкостные четырехквадрантные фазовращатели. При малых значениях угловых погрешностей (до 5-10 ) используют RC-фазовращатели (интегрирующие и диф- 5 ференцирующие цепочки с регулируемой емкостью). Формула изобрете н и я Способ определения частотных погрешностей масштабйых преобразователей по 10 авт. св. KL1370591, отл ича ю щи йся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет введения операций rio определению угловой погрешности в ши- роком динамическом и частотном диапазо- 15 нах, . формируют непрерывный всйомогательный сигнал в дополнительном третьем канале путем перемножения исходных сигналов опорной и контролируемой частот с последующим выделением колебаний 20 с частотой; равной сумме частот опорного и контролируемого сигналов, выделяют из полученных радиоимпульсов с зайолнением двумя колебаниями суммарной и разност— ной частот радиоимпульсы с часто той запол- 25 нения; равной сумме частот опорного и койгролируемога сигналов, которые детектируют по фазе по отношению к непрерывному вспомогательному сигналу, выделяют из полученных видеоимпульсов напряжейие частоты коммутации, затем, установив значение частоты контролируемого сигнала на нижней границе диапазона, изменяют во втором канале с помощью образцового фазовращателя фазу опорного сигнала до момента исчезновения напряжения частоты коммутации, изменяя частоту контролируемого сигнала в диапазоне до ее верхней границы, по показаниям образцового фазовращателя определяют угловые погрешности на верхней и промежуточной частотах диапазона по формуле М(д= p() М где Лф(в ) — угловая частотная погрешность при 1-м значении частоты а контролируемого сйгнала; Ьф(в,)- угловая погрешность на верхней границе частотного дйапазона аа, Apjl- фазовый сдвиг, вносимый образцовым фазовращателем нв частоте в, при этом должно выполняться условие, что угловая погрешность на нижней границе частотного диапазона близка к нулю.
