Двухчастотный измеритель погрешностей делителей напряжения

 

Союз Советских

Социалистических

Реслубли»

ЬП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (н)918911 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)M. Кл. (22) Заявлено 120980 (2l ) 2979658/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 070482. Бюллетень М 13

Дата опубликования описания 070482

6 01 R 35/00

Гааударстаанный каинтет

СССР ао делам нзабретеннй н аткрытнй (53) УДК621 ° 317

° 7.089 6 (088. 8) Ю.А.Скрипник, Л.А.Глазков, Б.А.И и В.К.Васильчук (72) Авторы изобретения

Киевский технологический инсти (7I) Заявитель промышленности (54) ДВУХЧАСТОТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОГРЕШНОСТЕЙ

ДЕЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

15

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для повышения точности измерений основной и дополнительной частотной погрешности делителей переменного 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 дели. теля напряжения детектируют, выделяют переменное напряженис частоты коммутации и его усиливают. Усиленное напряжение синхронно детектируют и измеряют. Амплитуда напряжения частоты коммутации и измеренное выходное напряжение пропорциональны частотной погрешности контролируемо го делителя напряжения, Устройство позволяет измерять частотные погрешности без применения образцового частотно-независимого делителя на пряжения. Погрешность измеряется относительно коэффициента деления контролируемого делителя на первой фиксированной частоте (обычно

1000 Гц)(1).

Недостаток устройства заключается в использовании двух независимых источников переменного напряжения (опорного и исполнительного), что приводит к появлению погрешности даже при незначительных изменениях параметров одного из генераторов и невозможности измерения основно" погрешности.

Известно устройство для измерения погрешности резистивных делителей напряжения, содержащее один генератор перестраиваемых сигналов, автоматические прерыватели, периоди918911 чески шунтирующие два встречно вклю ченных выпрямительных диода, разделенных контролируемым делителем напряжения, и нуль-индикатор. Формирование испытательного напряжения .переменной частоты и опорного (выпрямленного) напряжения от одного генератора повышает точность измерения частотной погрешности, особенно делителей с малым коэффициентом деления (2).

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 широкополосного усилителя, поочередно усиливающего постоянное опорное и переменное испытательное напряжения, на входе детектора резко снижает точность измерения, так как частотная погрешность усилителя значительно больше частотной погрешности контролируемого делителя.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель 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

1о

2О

25 зо

55 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 флуктуаций. 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 (3 j.

Недостатком известного устройства является ограниченная функциональная 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 первоro и второго автоматических переключателей, и измерительный прибор, в него

918911 введены установочный и образцовый делители напряжений, полосовые фильтры постоянной и перестраиваемой частот, трехпозиционный переключатель, регулируемый усилитель, амплитудный детектор, усилитель частоты переключения, синхронный детектор и блок автоматической регулировки усиления, причем входы фильтров нижних и верхних частот соединены с выходом первого балансного смесителя, вход установочного делителя напряжения 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 >0 подключен к первому входу трехпозиционного переключателя, выход первого автоматического переключателя соединен с вторым входом трехпозиционного переключателя и через 25 контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеситель и полосо,вой фильтр переменной частоты - с третьим входом трехпозиционного переключателя, первый и третий выходы 50 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 напряжения соединен с вторым входом второго автоматического о переключателя, блок автоматической регулировки усиления включен между выходом амплитудного детектора и управляющим входом. регулируемого усилителя, вход синхронного детектора 45 соединен с выходом генератора частоты переключений, а его выход - с входом измерительного прибора.

Функциональная схема измерителя представлена на чертеже.

В

Выходы перестраиваемых по частоте генераторов 1 и 2 гармонических сигналов соединены с входами первого балансного смесителя 3. Выход смесителя 3 через параллельно включенные фильтр 4 нижних частот, установочный (регулируемый) делитель 5 напряжения и фильтр 6 верхних частот соединен со входами первого автоматического переключателя 7. Выход автоматического переключателя 7 через входную и выходную клеммы контролируемого делителя 8 напряжения подключен к одному входу второго баланс" ного 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 14 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 1 перестраиваемой частбты, 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 14 под ключен через последовательно соеди ненные регулируемый усилитель 16, амплитудный детектор 17 и усилитель

18 частоты переключения к синхронно" му детектору 19. Блок 20 автоматической регулировки усиления включен между выходом амплитудного детектора 17 и управляющим входом регулируемого усилителя 16. Синхронный детектор 19 управляющим входом соединен с выходом генератора 13 час-> ( тоты переключения, а его выход — с измерительным прибором 21.

Устройство работает следующим о6разом.

Колебания перестраиваемых по частоте генераторов 1 и 2 гармонических сигналов 0,1 = 0, соь(U) t + 9, ) и 0 = U cos(ОУ с + Vg) сме. иваются в первом балансном смесителе 3, -где Kg - коэффициент преобразования смесителя 3 (1/В(, .сум

0,,, 0,, 4 4, Ч - соответст- 1О кон венно амплитуды и начальные фазы 8 и гармонических сигналов генерато- си(ров 1 и 2. час

Генераторы 1 и 2 гармонических сигналов перестраиваются по частоте 15 US таким образом, что раэностная частота их сигналов остается постоянной, а суммарная частота направленно меняется. Из двухчастотного сигнала 0 фильтрами нижних 4 и верхних 6 час- 2О тот выделяются сигналы разностной и суммарной частот. Низкочастотная составляющая постоянной разностной частоты (1Л1 + (И = Щ = const используется как опорный сигнал. Высоко- д частотная составляющая суммарной переменной частоты (Ю1 + Ю = tN = чаг используется как испытательный сигнал.

Первый автоматический переключатель 7 сигналами генератора частоты переключений формирует пакеты опорного 04 и испытательного 0 сигна . - Ц- Я ь К4} И Urll ОГОЕВ» °

35 его

7 9189 образуя на его выходе двухчастотный сигнал

Uy= И уфд=zi(sUmq "ma6

tiil» Ч ) sos((id,+d j++Ю,+Ч1) -с.мЬ41+ М Чi )

"s=3

5 40 фильтра нижних частот

4 и установочного (регулируемого) делителя

5 напряжения на разностной частоте, коэффициент передачи

45 фильтра 6 верхних частот на суммарной испытательной частоте.

Частота переключения генератора

13 выбирается значительно меньше разностной постоянной частоты (510 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 непрерывным воздействием сигнала генератора (1. Ослабление опорного и испытательного сигналов контролируемым делителем напряжения 8 зависит от его ксэффициента деления К и основной погрешности "р на раэностной (1000 Гц) и дополнительной частотной Я пошности . в диапазоне изменений марной частоты. Поэтому на выход тролируемого делителя напряжения роходят по разному ослабленные налы разностной U и суммарной U 7 тот

<КК Кв

) Um Um caw (loot +Vi fz);

А=XК(.Фа) Ое Um(:og(Qg+g +ф ГО - основная погрешность коэффициента деления делителя напряжения 8 на частоте Ы р, Д((((д - соответственно дополнительная амплитудночастотная погрешность коэффициента деления и фазовый сдвиг контролируемого делителя напряжения 8 на частоте tN .

В отличие от контролируемого делинапряжения 8, через который поедно проходят пакеты опорного пытательного сигналов, образцоделитель 10 включен так, что на входе поступает непрерывный сигнал постоянной разностной частоты (1000 Гц). Поэтому на выход образцового делителя напряжения 10 проходит сигнал, значение которого обратно пропорционально калиброванному коэф- . фициенту деления

И 5йк4квu И

8 Л 11 о П((т12

° CO (u)>t > Ч 1- Щ, i где К - калиброванный коэффициент о деления.

Измерение основной и дополнительной частотных погрешностей коэффициета деления контролируемого делителя напряжения 8 происходит в следующем порядке.

Измерение основной погрешности контролируемого делителя напряжения

8 начинают с установки коэффициента деления образцового делителя напряжения 10 равным номинальному значению коэффициента деления контролируемого делителя напряжения 8 (K

= К), а трехпозиционный переключ,где К вЂ” коэффициент усиления регу 6 лируемого усилителя 16,.

К вЂ” коэффициент преобразования амплитудного детектора 17.

Постоянное напряжение 0 через блок 10 автоматической регулировки усиления воздействует на управляющий вход регулируемого усилителя 16.

С учетом значения опорного напряжения 0,1 = const блока 10 автоматически устанавливается величина коэффициента усиления регулируемого усилителя 16

В +

Ф р ) Ку=

Амплитуда переменной составляющей напряжения частоты переключения на

9 9189 тель 14 — в положение 22. При синхронной работе первого 7 и второго 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 0 и U 8. Частота настройки полосового фильтра 12 выбрана равной разностной частоте Qlo onop. ного сигнала. Отклонение действительного значения коэффициента деления К контролируемого делителя напряжения 8 от установленного образцовым делителем напряжения 10 номинального значения К на величину " рав означно неравенству амплитуд пакетов сигналов U и 0о, прошедших через делители йапряжения

8 и 10. При непрерывной работе автоматических переключателей 7 и 11 возникает амплитудная модуляция, ; лубина которой пропорциональна погрешности ttр . 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 амплитудного детектора 17

U h к ОЮФU8

9 Ю 11

К 1 ЧКф КМ К ll | i i i Д + 4

Ц К иm„ ra 1, 10 выходе амплитудного детектора 17 соответственно равна

U„=ex = з 64Ks aNe u 1 а "ь! а

Подставляя величину автоматически установившегося коэффициента усиления регулируемого усилителя 16 в соотношение U получают

И

go

"а = io g++у, Переменная составляющая 0 усиливается усилителем частоты переключения 18 (коэффициент усиления К„ ) синхронно . детектируется (выпрямляется ) синхронным детектором .19 (коэффициент преобразования K )

Ц. =KÚ)(Åu1Î g 1

Выходное напряжение 0 измеряется прибором 21. С учетом малого различия установленных коэффициентов деления делителей 8 и 10 (Щ с < 1), измерен" ное напряжение равно

: 4 @ в а(о = - О где f — - Ц Щ ф, — постоянный коэффи!

8 19 циент пропорциональности в режиме измерения основной .погрешности коэффициента деления.

Следовательно, шкала измерительного прибора 21 может быть отградуирована непосредственно в относительных значениях основной погрешности "О 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 но поступают на амплитудный детектор 17. Неравенство коэффициентов передач фильтров нижних 4 и верхних

6 частот (Кд. и K6) вызывает появление переменной составляющей напряжения на выходе амплитудного детектора

918911

mt ll rn

25, Unlk

35 которая усиливается регулируемым усилителем 18 и выпрямляется синхронным детектором 19. Регулировкой коэффициента передачи установочного делителя 5 (К ) добиваются равенст ва амплитуд пакетов разнойастотных сигналов, что соответствует равенству К К = К или нулевому показанию измерительного прибора 21.

Для измерения дополнительной частотной погрешности трехпозиционный переключатель 14 устанавливают в положение 24. Во втором балансном смесителе 9 (коэффициент преобразования К ) происходит перемножение

Пакетов сигналов разностной 0 б и суммарной U y частот с выхода контро лируемого делителя напряжения 8 с сигналом Ц,с частоты (И} генератора 1, На выходе балансного смесителя 9 в оба такта работы переключателя 7 поочередно формируются сигналы

UA = Ц 4 = Um, соь(0),6 +,) д,- g(q g g )

КьМ Кз в u.,,Um, C0 (u).t %-Ч )=. ,Ф,.

4 (+ () (соь(Ю Е + Vc) с соь ф .Я((4}Д + 1 6)f 1

45 04 07 — fll Во

М " <<} c кр-у ggj

Um, Уя„соо (cbt t c}, + fz i cc t} „) = (tact(u)c t t 9с ct Vc } + со@ ((2Ы, u}c}< t 29, Ч + д Я }

С помощью полосового фильтра 15, настраиваемого синхронно с генератора 2 на частоту 09, выделяется спектральная составляющая частота

i, которая усиливается регупируемым усилителем 16 и детектируется детектором 17. В результате детектирования выделяются постоянная U< и переменная (}1 составляющие.

С учетом выполнения условия К = К получают соотношения

5 . 6

\ у и> Н Uttt+Uts g НьНасососо

<с +tc IT

0 0"" (6.)(! а 5)

12

tt„c.ь"", " 1 °

° „,Б (,, 5 с где К вЂ” новое значение коэффициента усиления регулируемого усилителя 16.

Воздействием постоянного напряже10 ния U g через блок 20 автоматической регулировки усиления на управляющий вход--регулируемого усилителя 16 автоматически устанавливается новое значение коэффициента усиления

С учетом установившегося значения

;К переменная составляющая напряжения U, усиленная усилителем 16, становится равной

ll

9=ф 1(Um,0е

1и)

Уы) — ll It,„, -, 7 — . .—.

Переменная составляющая К} преобразуется синхронным детектором 19 в постоянное напряжение, величина которого иЗмеряется прибором 21. C учетом того, что " с 1 и Я г<н 1 показание прибора будет пропорциональным напряжению

Ив=0,aliis 6а Ою Ы = u) 3®. где С = 0,5Кф - постоянный коэффициент пропорциональности в ре жиме измерения дополнительной частотной погреш50 ности коэффициента деления.

Таким образом, показания измерительного прибора 21 прямо пропорциональны дополнительной частотной по55 грешности Щ, не зависят от основной погрешности $o и коэффициента деления К контролируемого делителя напряжения 8.

9189

Следовательно, предлагаемое изоб-, ретение 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.

10 формула изобретения

Двухчастотный измеритель погрешностей делителей напряжения, содержащий первый и второй перестраиваемые по частоте генераторы гармонических

20 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 генератоЗ0 ра гармонического сигнала, генератор частоты переключения, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго автоматических переключателей, и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с

35 целью расширения функциональных возмон<ностей измерителя, в него введены установочный и образцовый делители напряжений, полосовые фильтры посто40 янной и перестраиваемой частот, трехпозиционный переключатель, регулируемый усилитель, амплитудный детектор, усилитель частоты переклю. чения, синхронный детектор, блок автоматической регулировки усиления, 45 причем входы фильтров нижних и верхних частот соединены с выходом первого балансного смесителя, вход установочного делителя напряжения11 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 пос" тоянной частоты подключен к первому входу трехпозиционного переключателя, выход первого автоматического переключателя соединен с вторым входом трехпозиционного переключателя и через контролируемый делитель напряжения, второй балансный смеси- . тель и полосовой фильтр переменной частоты — с третьим входом трехпозиционного переключателя, первый и третий выходы которого обьединены, 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 напряжения 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,A. Об измерении частотных погрешностей делителей напряжения. - Измерительная техника, 1972, N 8, с. 50.

2. Авторское свидетельство СССР

N 490026, кл. G 01 R 27/02, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

N 654915, кл. G 01 R 27/02, 1979 (прототип).

918911

Составитель В.Костин

Техред М. Гергель Корректор M.Äåì÷èê

Редактор H. Гунько

Фипи, п ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2133/30 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5