Устройство для измерения погрешности составных емкостных делителей высокого напряжения

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения коэффициентов преобразования составных емкостных делителей напряжения. Технический результат - повышение точности. Для достижения данного результата устройство содержит составной емкостной делитель высокого напряжения, состоящий из измерительной и экранирующей цепей в виде последовательно соединенных конденсаторов, компаратор токов с регулируемым коэффициентом преобразования, воздушный конденсатор, источник напряжения питания и указатель нуля. 2 ил.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения коэффициентов преобразования составных емкостных делителей напряжения.

Известно устройство для определения коэффициентов преобразования составных емкостных делителей напряжения, содержащее средство измерения емкости конденсаторов, входящих в составной емкостной делитель высокого напряжения, и вычисление его коэффициента преобразования [Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. -М.: Энергоатомиздат, 1983, с.75]. Затем производят измерение коэффициента преобразования указанного делителя при помощи эталонного средства измерений и вычисление погрешности.

Недостаток этого устройства заключается в низкой точности измерения коэффициента преобразования составного емкостного делителя напряжения и вычисления его погрешности, что обусловлено сложностью учета влияния емкостей делителя относительно земли.

Наиболее близким является устройство для измерения погрешности масштабного преобразователя высокого напряжения, содержащее испытуемый масштабный преобразователь, образцовый масштабный преобразователь, приборы сравнения, источник напряжения, а также вспомогательные и дополнительные элементы [АС СССР №1334099, МПК G01R 35/02. Опубл. в БИ №32, 30.08.1987].

Погрешность масштабного преобразователя высокого напряжения определяется суммированием погрешности эталонного масштабного преобразователя и погрешности, указанной на первом приборе сравнения.

Недостаток этого устройства заключается в недостаточной точности, обусловленной тем, что в погрешность испытуемого масштабного преобразователя входит погрешность эталонного масштабного преобразователя, а также сложность устройства и процедуры измерения погрешности испытуемого масштабного преобразователя.

Технический результат, на получение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает повышение точности устройства для измерения погрешности составного емкостного делителя высокого напряжения путем его определения методом независимой поверки и методом передачи коэффициента преобразования от выходного конденсатора указанного делителя через воздушный конденсатор составному емкостному делителю высокого напряжения, а также упрощение конструкции предложенного устройства и процедуры измерения его погрешности.

Технический результат получен в результате того, что в устройстве для измерения погрешности составных емкостных делителей высокого напряжения, содержащем испытуемый масштабный преобразователь, клеммы для подключения испытуемого масштабного преобразователя, образцовый масштабный преобразователь, прибор сравнения и источник напряжения питания, прибор сравнения выполнен в виде компаратора тока с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным и подключено к низковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения, средняя точка которого подключена к заземленному выводу источника напряжения питания, а второе плечо выполнено многодекадным и подключено к образцовому масштабному преобразователю, квадратурной обмотки, подсоединенной через резистор к источнику напряжения питания, индикаторной обмотки, к которой подключен указатель нуля, а образцовый масштабный преобразователь выполнен в виде воздушного конденсатора без нормированной погрешности с емкостью, равной:

где N_ЕДН - коэффициент преобразования составного емкостного делителя высокого напряжения, С_вых - емкость выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения, при этом один вывод воздушного конденсатора присоединен к многодекадному плечу компаратора тока, а другой вывод при передаче коэффициента преобразования от выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения воздушному конденсатору присоединен к источнику напряжения питания и выходному конденсатору составного емкостного делителя высокого напряжения, а при передаче коэффициента преобразования от воздушного конденсатора составному емкостному делителю высокого напряжения - к источнику напряжения питания и высоковольтному выводу составного емкостного делителя высокого напряжения.

На фиг.1 приведено схематическое изображение предлагаемого устройства, обеспечивающего передачу коэффициента преобразования от выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения воздушному конденсатору.

На фиг.2 приведено схематическое изображение предлагаемого устройства, обеспечивающего передачу коэффициента преобразования от воздушного конденсатора составному емкостному делителю высокого напряжения.

Предлагаемое устройство содержит прибор сравнения в виде компаратора тока 1, состоящий из однодекадного плеча 2, многодекадного плеча 3, квадратурной обмотки 4, индикаторной обмотки 5, указатель нуля 6, испытуемый масштабный преобразователь в виде составного емкостного делителя высокого напряжения 7 с клеммами, и состоящий из конденсаторов 8 и 9, причем конденсатор 8 является выходным и опорным составного емкостного делителя высокого напряжения. Конденсатор 9 составного емкостного делителя высокого напряжения 7 выполнен в виде набора конденсаторов на рабочее напряжение с малыми потерями, которые номинально равны конденсатору 8. Каждый из конденсаторов составного емкостного делителя высокого напряжения окружен экранами, потенциал которых определяется двумя экранирующими цепями (на фиг.1 не показаны). Указанное устройство содержит также образцовый масштабный преобразователь в виде воздушного конденсатора 10 с экраном, содержащий параллельно соединенные конденсатор постоянной емкости и регулируемый конденсатор, резистор 11 и источник напряжения питания 12.

Емкость воздушного конденсатора 10 равна:

где N_ЕДН - коэффициент преобразования составного емкостного делителя высокого напряжения, С_вых - емкость выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения.

Приложенное напряжение на емкость воздушного конденсатора 10 не влияет [Илюкович A.M. Техника электрометрии. - М.: Энергия, 1976, с.75].

Устройство для измерения коэффициентов преобразования составного емкостного делителя высокого напряжения работает следующим образом.

Измерение коэффициента деления составного емкостного делителя высокого напряжения производим в два этапа в соответствии с фиг.1 и 2.

На первом этапе (фиг.1) определяется коэффициент преобразования N_Cвозд воздушного конденсатора по отношению к коэффициенту преобразования который равен единице, то есть:

Условие равновесия двух параллельных цепей (фиг.1) равно:

Z_Свых·ρ₁=Z_Cвых·µ₁,

где ρ₁ - отсчет по правому плечу компаратора тока,

µ₁ - отсчет по левому плечу компаратора тока,

Z_Свых и Z_Свозд - соответственно сопротивление выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения и воздушного конденсатора, которые равны:

и .

Условие равновесия после сокращений запишется в виде:

где С_возд - емкость воздушного конденсатора,

С_вых - емкость выходного конденсатора.

Заменим в равенстве (3) С_вых и С_воз∂ соответственно на коэффициент преобразования N_Свых и N_Свозд. При этом выражение (3) примет вид:

Откуда находим коэффициент преобразования N_Свозд:

Примем коэффициент преобразования N_Cвозд равным единице.

При N_Свозд=1 получим: .

Далее определим коэффициент преобразования составного емкостного делителя высокого напряжения (N_ЕДН) по схеме фиг.2. Условие равновесия схемы фиг.2 имеет вид:

где µ₂ и ρ₂ - соответственно отсчеты по правому и левому плечу компаратора тока.

Откуда коэффициент преобразования составного емкостного делителя напряжения равен:

Коэффициент деления составного емкостного делителя напряжения К_ЕДН равен:

Погрешность ΔК_ЕДН устройства для измерения погрешности составных емкостных делителей высокого напряжения равна:

где К_ЕДН - коэффициент деления составного емкостного делителя высокого напряжения, определенный предложенным устройством,

К_ЕДН(НП) - коэффициент деления составного емкостного делителя высокого напряжения, определенный методом независимой (автономной) поверки.

Если коэффициент деления составного емкостного делителя высокого напряжения, определенный в соответствии с выражением (6), отличается от коэффициента деления составного емкостного делителя высокого напряжения, определенного известным методом - методом независимой поверки, то необходимо изменить емкости экранирующих цепей и добиться равенства указанных коэффициентов деления, то есть добиться полного согласования измерительной и защитных цепей составного емкостного делителя высокого напряжения.

Устройство для измерения погрешности составного емкостного делителя высокого напряжения обеспечивает измерение коэффициента преобразования с учетом влияния паразитных емкостей измерительной цепи на экранирующие цепи.

Измерение емкостей составного емкостного делителя высокого напряжения методом независимой поверки производится при рабочих напряжениях на конденсаторах и при отсутствии утечек тока с конденсаторов, что обусловлено равным напряжением на конденсаторе и на его экране.

Измерение коэффициента преобразования К_ЕДН(НП) составного емкостного делителя высокого напряжения заключается в следующем. На плечах 2 и 3 компаратора тока 1 выставляют коэффициенты преобразования соответственно µ=ρ=1, где µ и ρ - соответственно отсчеты по правому и левому плечу компаратора тока.

На конденсатор 8 и конденсатор 10, включенные последовательно с плечом 3 компаратора тока 1, подается переменное напряжение 100 В от источника напряжения питания 12. При помощи регулируемого конденсатора уравновешивают плечи компаратора тока 1. Затем производят измерение всех емкостей составного емкостного делителя высокого напряжения относительно емкости конденсатора 8. Коэффициент деления составного емкостного делителя высокого напряжения по показаниям ρ₁…ρ_n плеча 3 компаратора тока определяется по формуле

где n - количество конденсаторов в составном емкостном делителе высокого напряжения.

Таким образом, полное согласование измерительной и экранирующей цепей составного емкостного делителя высокого напряжения, что определяется равенством или минимальным расхождением коэффициентов преобразования составного емкостного делителя высокого напряжения, определенных при помощи предложенного устройства и методом независимой поверки, обеспечивает высокую точность составного емкостного делителя высокого напряжения.

Устройство для измерения погрешности составных емкостных делителей высокого напряжения, содержащее испытуемый масштабный преобразователь, клеммы для подключения испытуемого масштабного преобразователя, образцовый масштабный преобразователь, прибор сравнения и источник напряжения питания, отличающееся тем, что в нем прибор сравнения выполнен в виде компаратора тока с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным и подключено к низковольтному выводу составного емкостного делителя напряжения, средняя точка которого подключена к заземленному выводу источника напряжения питания, а второе плечо выполнено многодекадным и подключено к образцовому масштабному преобразователю, квадратурной обмотки, подсоединенной через резистор к источнику напряжения питания, индикаторной обмотки, к которой подключен указатель нуля, а образцовый масштабный преобразователь выполнен в виде воздушного конденсатора без нормированной погрешности с емкостью, равной
,
где N_ЕДН - коэффициент преобразования составного емкостного делителя высокого напряжения, С_вых - емкость выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения, при этом один вывод воздушного конденсатора присоединен к многодекадному плечу компаратора тока, а другой вывод при передаче коэффициента преобразования от выходного конденсатора составного емкостного делителя высокого напряжения воздушному конденсатору присоединен к источнику напряжения питания и выходному конденсатору составного емкостного делителя высокого напряжения, а при передаче коэффициента преобразования от воздушного конденсатора составному емкостному делителю высокого напряжения - к источнику напряжения питания и высоковольтному выводу составного емкостного делителя высокого напряжения.