Компенсационный способ измерения напряжения постоянного тока

 

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, заключающийся в подаче измеряемого напряжения на rpyhny последовательно соединенных резисторов, измерении падения напряжения компенсационным методом на части резисторов группы и определении измеряемого напряжения по измеренной части напряжения и отношению сопротивления резисторов, включенных на измеряемое и измеренное напряжения , отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, измеряемое напряжение подают на две одинаковые группы подстраивае1Ф1х резисторов, сопротивление которых регулируют до равенства напряжений на них, а падение напряжения на части резисторов групп измеряют дважды при поочередном параллельном и последовательном соеte динении резисторов в .каждой группе соответственно, например, при параллельном соединении резисторов - в первой и последовательном - во второй и параллельном - во второй и последовательном - в первой, после чего результаты усредняют. ю СП 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ@ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 С 01 R 19/ОО

ГОСУДАРСТЭЕННИЙ КОМИТЕТ СССР

ПО УДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАКИЕ ИЗОБРЕТЕКИЯ

H АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3561889/24-21 (22) 09.03.83 (46) 15.12.84. Бюл ° ¹ 46 (72) С.А.Андрусяк (53) 62!.317.7(088.8) (56) 1. МИ118-77. Методика поверки цифровых вольтметров, аналого-цифровых преобразователей напряжения и комбинированных (универсальных ) цифровых приборов постоянного и переменного тока. M. Изд-во стандар- . тов, 1978, с. 4, п. 44.

2. Инструкция 184-62 по поверке амперметров, вольметров и варметров, Поверка электроизмерительных приборов. Сборник инструкций. M. Изд-во .стандартов, 1964, с. 568, рис. 3, (54)(57) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА, заключающийся в подаче измеряемого напряжения на группу последовательно соединенных резисторов, измерении

„SU„„1129534 Д падения напряжения компенсационным методом на части резисторов группы и определении измеряемого напряжения по измеренной части напряжения и отношению сопротивления резисторов, включенных на измеряемое и измеренное напряжения, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения, измеряемое напряжение подают на две одинаковые группы подстраиваемых резисторов, сопротивление которых регулируют до равенства напряжений на иих, а падение напряжения на части резисторов групп измеряют дважды при поочередном параллельном и последовательном соединении резисторов в .каждой группе соответственно, например, при параллельном соединении резисторов — в первой и последовательном — во второй и параллельном - во второй и последовательном — в первой, после чего результаты усредняют.

1 11295

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при точных измерениях напряжения постоянного тока, .в частности при проверке стрелочных н цифровых приборов постоянного напряжения компенсационным методом на пределах измерения, превышающих предел измерения компенсатора.

Известен способ измерения напряжения постоянного тока, заключающийся в непосредственном подключении измеряемого напряжения к вход1ным клеммам измерительного прибора 1.11.

ЗО другу. Для этого, например, от источника 23 подают контрольное напря15

Недостатком данного способа является ограниченный старшим пределом измерения прибора динамический диапазон измеряемых напряжений.

Наиболее близким к предлагаемому является компенсационный способ измерения напряжения постоянного тока, заключающийся в том, что измеряемое напряжение делят, измеряют поделенное напряжение компенсацион- 25 ным методом и по измеренной части напряжения и коэффициенту деления определяют измеряемое напряжение 12).

Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная погрешностью коэффициентов деления.

Цель изобретения — повышение точности измерения напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсационном способе измерения напряжения постоянного тока, заключающемся в подаче. измеряемого напряжения на группу последовательно соединенных резисторов, измерейии падения напряжения компен- 4О сационным методом на части резисторов группы и определении измеряемого напряжения по измеренной части напряжения и отношению сопротивления резисторов, включенных на измеряемое 45 и измеренное напряжения, измеряемое напряжение подают на две одинаковые группы подстраиваемах резисторов, сопротивление которых регулируют до равенства напряжений на них, а паI дение напряжения. на части резисторов групп измеряют дважды при поочередном параллельном и последовательном соединении резисторов в каждой группе соответственно, например, при па- 55 раллельном соединении реэисторов— в первой и последовательном — во второй и параллельном - во второй

34 2 и последовательном — в первой, после чего результаты усредняют, На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит первую группу последовательно соединенных подстранваемых резисторов 1, 2, 3 (R1, И2,03) и вторую группу последовательно соединенных подстраиваемых резисторов 4, 5, 6 (Н4, Б, Ыб), ключ 7, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 1 и вторым выводом резистора 2, ключ 8, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 2 и вторым выводом резистора 3, ключ 9, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 4 и вторым выводом резистора 5, ключ 10, первый вывод которого соединен с первым выводом резистора 5 и вторым выводом резистора 6, переключатель 11, первый контакт которого соединен с первым выводом резистора 1, второй контакт с первым контактом переключателя 12, второй контакт которого соединен с первым выводом резистора 4, первая входная клемма 13 подключена к первому выводу резистора 1, вторая входная клемма 14 — к первому выводу резистора 4, подвижный контакт

I переключателя 11 соединен с клеммой !

5, подвижный контакт переключателя

l2 — с клеммой 16, клемма 17 подключена к первому выводу резистора 2, клемма 18 — к первому выводу резистора 3, клемма 19 — к второму выводу резистора 3, к второму выводу резистора б и к второму контакту переключателя 11, клемма 20 подключена к первому выводу резистора б, а клемма 21 — к первому выводу резистора

5, компенсатор 22 постоянного тока, на чертеже подключенный к клеммам 15 и 16. Источник 23 измеряемого напряжения подключен к входным клеммам

13 и 14.

Устройство работает следующим образом.

Вначале устанавливают равенство сопротивлений всех резисторов друг жение на клеммы 13 и 14 (при этом все резисторы соединены последовательно, т.е. ключи 7-10 разомкнуты ).

Выставив на компенсаторе 22 показание и поочередчо подключаясь комнен29534 4 компенсатором 22 в общем случае состоит иэ допустимой погрешности компенсатора Ф„ и погрешности отсчета сд, вызванной конечным числом дискретных ступеней в его декадных переключателях. В связи с этим, а также учитывая,что измеряются равновеликие значения напряжения, выражение (4 ) можно переписать следующим

10 o6PasoM:

Ь(к

d" =0 5 — — 100

Ь у

1 к!

30 (2)

40

R4 R5 Re

32 RÔ,R5+R5P6+RФ Ь

Результаты измерений усредняют, т.е. находят

К и+ К,О2 А

Х 2 (4)

Поскольку при измерении 01 и U2 погрешность компенсатора 22 практически одинакова, то в принципе U„ и 02 от своего среднего значения отличаются только за счет погрешнос- 55 тей о (1 и Уо и погрешностей коэф1 2 фициентов передачи d"< и d" . Погреш1 2 ность измерения напряжения 0„ и 0

3 ll сатором к каждому резистору, т.е. к клеммам 13-17, 17-18, 18-19, 19-20, 20-21 и 21 — 14, регулировкой сопротивления резисторов 1-::6 уравновешивают компенсатор 22. При этом получалт равенство сопротивлений всех резисторов друг другу с погрешностью отсчета do компенсатора, т.е. 1 (1 fd ) 82(1 -d ) .. В (1 d )(1) где aU цена последней декады компенсатора (jq — напряжение на резисторах.

После этого подключают компенсатор 22 к клеммам 15-!6, замыкают ключи 7-8, а переключатели 11 и 12 устанавливают в положение 24. На клеммы 13-!4 подают измеряемое напряжение 0„. Уравновесив компенсатор 22 регулировакой его декад, по их показаниям отсчитывают выходную часть напряжения 0

Затем размыкают ключи 7 и 8, а ключи 9-10 замыкают, переключатели II и 12. переводят в положение 25 и регулировакой декад уравновешивают компенсатор 22, находя при этом

Выходную часть напряжения. U2 °

uÄ =);Ä uÄ ° о„= к и

6 6

Х,,„Х а,.

i=4 1=4 где К = = )+

Э Э1

3 а К =1+ > (3)

2 Йэг

R1R2R3

) где

1 2 2 3 1 Ъ

К2!V1(МО)Н(") (0

- „ ю",)к, (i+a„g, где U — номинальное значение из1Н меренных частей напряжения;

КК вЂ” номинальное значение коэффициентов передачи;

d — допустимая погрешность компенсатора (потенциометра), численно равная его классу точности (при использовании первой декады).

После упрощения имеем

К1 К2

U =() К (t+d" +d" ) 1+-.— — — . (5)

Х 1К Н lI Ь

Из (5) видно, что на погрешность измерения влияет суммарная norpem сть d „ коэффициентов передачи ДН. (6)

Для определения суммарной погрешности d" находят сначала выражения для сопротивлений последовательно,го и параллельного соединения резисторов, входящих в (2 ) и (3 ).

3 6

Находят т-, а также Рэ, R; и =Ф

И Э2 ПРИ Э

R и условии что все реэисторь» имеют одинаковое номинальное сопротивление, например 38 и погрешности г„,д2, ° °, д6, т.е.

=3 R (1+ 41) i 2 =3 R (1+ +2) ° ° ° ° у 6=3 (1+ 46 ) ю

3 3 тогда Е Ri =9) 1+3 — с";

I=! Ю 3;.„

I сАналогично Z )1; =90 1+- d".

1=4 3,,6

Используя разложение в степенной ряд, а также свойства степенного.ряда получим

Э Э

4 - ++-" X. -,--"Z,. 4 — ", ЕН".

1=1 Э i 1 31 1

1129534

Ь

- - » d", 100%

1 ч

Из уравнений 6-10 получим

Ь 6 Ь а

9R 14 — K с/ .

31.4 1

3 3 3 2.

R 14-)-+Ф - — Х д + — ф

3;1 1.3 1 1 3;1

20 (Т) 35

Составитель С. Рыбин

Редактор, В, Ковтун Техред Л, Коцюбняк Корректор А. Зимокосов

Заказ 9444/35 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4 /5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

С точностью до величин второго порядка малости на основе (2 ) н (3 ) имеем (Данное вь)ражение после преобразований с учетом свойств степенного ряда и ограничения величинами вто- 15 рого порядка малости приобретает вид ь э 9

К =10 1+О;9 — У.- —.. d".+ — d". -4 11

- Z,.Å",.) а погрешность д"„„ определяется из выражения

KH- Ki

10- К

"coo/ = — 1юо%-"

Н

3 Ь

--"Х " . МОЪ (В)

Аналогично (18) и (19) для К7 и 4/к2 имеем з ь ь

К =10 140,9 - д — —, .У.+- d".—

3 6 аЕ д,. »Е Ф . (9) ь 6 3 6

» =»,» ».— "Е»",. - :ЕХ,"2 3 4 < 3 lвз )e1 1-4

» 1 (»"„,» „) я»» (»,i (», " +»»; »",, + 1 14 2 5 1 Ь 2 4 Э Б Ь 6

0.Ш (» „р g>+ <+a + у2 ) 06»(» . («)

1 2 3 4 5 6Ц

Формула (11)описывает методическую погрешность параллельно-последовательного преобразования соединений резисторов, которые при эксплуатации в нестабильных температурных условиях или с течением времени могут явиться источником значительных погрешностей при измерении напряжения. Поэтому перед измеренняйи регулируют сопротивления резисторов

14-;6 до выполнения условия (1), т ° е. при этом практически d" с = d = d<= з

=d" =У = а 9 =О, поскольку выражение (11) при этом обращается в нуль, т.е. методическая погрешность при равенстве резисторов отсутствует.

Из (1.1) также слепсфт, что погреш. э 6 ности 1, резисторов 1-:6 — о",) —,» сР, взаимно компенсируются, а методическая погрешность также отсутствует при соблюдении условия (1), Следовательно, на основании сказанного, формулу (5) можно записать следующим образом

"к 10" и (1+ а+ в)

Таким образом, данный способ измерения напряжения, значение которого- превышает верхний предел измерения компенсатофа, позволяет осуществлять измерения практически с допускаемой погрешностью компенсатора.