Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 9 )

б)

1 – ПВС; 2 – непрозрачный экран; 3 – ОВС;
Sc – площадь облучённой части сердцевины ОВС

Рис. 2. Графические построения, иллюстрирующие
процесс модуляции мощности потока оптического излучения
с помощью непрозрачного экрана

На практике чаще всего используются экраны с круглыми отверстиями, поскольку технологически они более просты в изготовлении.

По количеству отверстий в перфорированном экране ВОДД делятся на две группы. В датчиках первой группы перфорированный экран имеет только одно отверстие, через которое поток оптического излучения может поступать в торцы ОВС. Датчики второй группы имеют перфорированный экран с несколькими отверстиями (как правило, по одному на каждый из ОВС).

При использовании в датчике набора идентичных перфорированных экранов модуляция мощности потока оптического излучения происходит в результате изменения их относительного пространственного положения. Чем больше расходятся геометрические центры отверстий, тем меньшим становится зазор, сквозь который проходит поток оптического излучения. Соответственно уменьшается и мощность потока поступающего в торцы ОВС. По аналогичному принципу работают ВОДД с набором дифракционных решёток. Например, в работе
[8, с. 92] описан датчик (рис. 3), который содержит две дифракционные решётки 10 и 14: одна из них закрепляется в корпусе 17 и является неподвижной, а вторая – присоединяется к чувствительному элементу 9 датчика и перемещается при его прогибе.

1, 24 – волоконно-оптические кабели; 2, 23 – фиксаторы; 3, 22 – герметик;
4 – ПВС; 5, 20 – колпачки с технологическими отверстиями;
6, 19 – наконечники; 7, 18 – цилиндрические капилляры; 8 – штуцер;
9 – мембрана; 10, 14 – дифракционные решётки; 11 – кольцевая прокладка;
12, 16 – градиентные стержни; 13 – плоская прокладка; 15 – втулка;
17 – корпус; 21 – ОВС

Рис. 2. Конструкция резектометрического ВОДД
с набором дифракционных решёток

При полном совпадении положений штрихов, нанесённых на дифракционные решётки 10 и 14, оптический канал обладает максимальной пропускной способностью. При их рассогласовании на половину периода пропускная способность оптического канала становится минимальной. В оптический канал датчика введены также два градиентных стержня (12 и 16), которые устанавливаются перед торцами ПВС 4 и ОВС 21. Они позволяют направить на дифракционные решётки сколлимированный пучок лучей и сфокусировать ту часть потока оптического излучения, которая прошла сквозь дифракционные решётки, на сердцевину ОВС 21.

В зависимости от конструктивно-технологического способа организации подвода и отвода потока оптического излучения из зоны модуляции резектометрические ВОДД разделяются на две группы. В атчиках первой группы для подвода и отвода потока оптического излучения из зоны модуляции используются одни и те же подводяще-отводящие волоконные световоды [9], а в датчиках второй группы эти функции разделены между ПВС и ОВС [10].

По количеству ОВС в конструкции датчика можно выделить ВОДД с одним и несколькими ОВС. Следует отметить, что если в датчике для перекрытия потока оптического излучения используется сплошной непрозрачный экран, а диаграмма направленности оптического излучения формируется непосредственно торцом ПВС (рис. 4), то такой ВОДД содержит не более двух ОВС (большее количество ОВС просто невозможно рационально расположить в зоне модуляции).

1 – непрозрачный экран; 2 – ОВС;

Sc – площадь облучённой части сердцевины ОВС

Рис. 4. Графические построения, иллюстрирующие
процесс модуляции мощности потока оптического излучения
с помощью непрозрачного экрана

Датчик, в котором используется перфорированный экран, содержит, как правило, от двух до шести ОВС. При большем количестве ОВС возникает проблема, связанная с обеспечением симметрии оптических осей ОВС относительно оптической оси ПВС. Для её решения в конструкцию датчика необходимо вводить специальный каркас и группировать ОВС относительного него.

В зависимости от количества рабочих оптических каналов различают ВОДД с одним и с двумя рабочими оптическими каналами. Наличие дополнительного оптического канала позволяет реализовать суммарно-разностный метод повышения точности измерений.

Приведём несколько примеров ВОДД с двумя оптическими каналами, в которых используется перфорированный экран. Рассмотрим сначала ВОДД, содержащий один ПВС и два ОВС (рис. 5). Расстояние между оптическими осями ОВС 2 и 3 определяется условием ( – радиус оболочки ОВС, ), а расстояние между плоскостями, в которых лежат торцы ПВС и ОВС – условием ( – апертурный угол ОВС).

Авторы работы [11] рекомендуют в этом случае закрепить на чувствительном элементе датчика перфорированный экран 1 с двумя отверстиями круглой или квадратной формы. Если отверстия имеют круглую форму, то их радиусы целесообразно установить равными радиусу сердцевины ОВС . Если же они имеют квадратную форму, то длина их сторон должна равняться диаметру сердцевины ОВС. Расстояние между центрами отверстий по горизонтали следует выдержать равным диаметру оболочки ОВС, а расстояние между центрами отверстий по вертикали – равным диаметру сердцевины ОВС.

а)

б)

1 – перфорированный экран; 2, 3 – ОВС;

S1, S2 – площади облучённых частей сердцевин волоконных световодов

Рис. 5. Графические построения, иллюстрирующие
процесс модуляции мощности потока оптического излучения
с помощью перфорированного экрана
с двумя отверстиями круглой или квадратной формы

Датчик работает следующим образом. При отсутствии прогиба чувствительного элемента нижний край первого отверстия находится на оптической оси ОВС 2, а верхний край второго отверстия – на оптической оси ОВС 3. При таком положении перфорированного экрана 1 поток оптического излучения поступает на верхнюю половину сердцевины ОВС 2 и на нижнюю половину сердцевины ОВС 3. Благодаря этому потоки оптического излучения на выходах ОВС 2 и 3 равны между собой по мощности. Если имеет место прогиб чувствительного элемента (под действием давления), то площади облучённых частей сердцевин ОВС 2 и 3 изменяются. Как следствие на выходе ОВС 2 мощность потока оптического излучения увеличивается, а на выходе ОВС 3 – уменьшается.

Аналогичным образом работает ВОДД (рис. 6), в перфорированном экране 4 которого проделано только одно отверстие прямоугольной формы [11, с. 69]. Датчик также содержит один ПВС и два ОВС. Причём ОВС 1 и 3 располагаются друг над другом таким образом, что их оптические оси разнесены на расстояние, равное двум диаметрам оболочки ОВС.

1, 3 – ОВС; 2 – отрезок технологического ВС; 4 – перфорованный экран; S1, S2 – площади облучённых частей сердцевин ОВС

Рис. 6. Графические построения, иллюстрирующие
процесс модуляции мощности потока оптического излучения
с помощью перфорированного экрана с отверстием прямоугольной формы

Расстояние между плоскостями, в которых лежат торцы ПВС и ОВС определяется условием , а высота прямоугольного отверстия – условием . В данной конструкции по сравнению с предыдущей снижаются требования к точности юстировки ВС относительно друг друга и отверстия экрана. Недостатком датчика является низкая облучённость торцов ОВС вследствие увеличения облучаемой площади.

Рассмотрим теперь ВОДД, содержащий один ПВС и шесть ОВС. В данном случае возможны несколько способов конструктивного исполнения перфорированного экрана: а) с круглым отверстием, радиус которого равен диаметру оболочки ОВС; б) с эллиптическим отверстием, малая полуось которого равна диаметру оболочки ОВС; в) с прямоугольным отверстием, высота которого равна двум диаметрам оболочки ОВС и др.

Как показали исследования [12], поток оптического излучения наиболее рационально используется, если отверстие имеет форму круга радиусом равным диаметру оболочки ОВС, поэтому рассмотрим датчик именно с таким перфорированным экраном. ВОДД содержит один ПВС и волоконно-оптический жгут, образованный из шести ОВС и отрезка технологического ВС (рис. 7). ОВС 1 и 3 принадлежат, соответственно, первому и второму рабочим оптическим каналам.

Датчик работает следующим образом. При отсутствии прогиба чувствительного элемента потоки оптического излучения, передаваемые по первому и второму оптическим каналам, равны между собой по мощности. Это обусловлено тем, что равны между собой площади и облучённых частей ОВС 1 и 3. При прогибе чувствительного элемента под действием давления и перемещении перфорированного экрана соотношение между указанными площадями изменяется. Это находит отражение в изменении соотношения между мощностями потоков оптического излучения.

1, 3 – ОВС; 2 – отрезок технологического ВС; 4 – перфорованный экран;

S1, S2 – площади облучённых частей сердцевин ОВС

Рис. 7. Графические построения, иллюстрирующие
процесс модуляции мощности потока оптического излучения
с помощью перфорированного экрана с отверстием круглой формы

По способу пространственного расположения торцов ПВС и ОВС в зоне модуляции резектометрические датчики можно разделить ВОДД, в которых торцы ПВС и ОВС расположены в двух параллельных плоскостях [12], и ВОДД, в которых торцы ПВС и ОВС расположены в одной плоскости [13]. В первом случае поток оптического излучения из торца ПВС направляется непосредственно в сторону торцов ОВС. Во втором случае он сначала направляется на отражающую поверхность и лишь за тем – в сторону торцов ОВС.

Следует отметить, что одноплоскостное расположение торцов ВС по сравнению с двухплоскостным более рационально, поскольку обеспечивает большую механическую надёжность конструкции датчика и упрощает процессы его сборки и юстировки.

По способу формирования диаграммы направленности оптического излучения, направляемого на торцы ОВС, можно выделить ВОДД, в которых диаграмма направленности формируется торцом ПВС, и ВОДД в которых она формируется оптическим элементом, введённым в оптический канал.

Дополнительный оптический элемент целесообразно вводить в двух случаях: когда необходимо увеличить расстояние между торцами ПВС и ОВС (такое требование выдвигается, в частности, в ВОДД с набором перфорированных экранов или дифракционных решёток), или когда необходимо сформировать однородный поток оптического излучения с заданной формой поперечного сечения. Отметим, что оптический элемент, может быть конструктивно обособленным от ПВС или быть его неотъемлемой частью [8, с. 287].

Метрологические характеристики резектометрических ВОДД в значительной степени зависят от характера распределения мощности по сечению потока оптического излучения в плоскости торцов ОВС. Известно [14], что поток оптического излучения, формируемый торцом ПВС, имеет неоднородную структуру. Поэтому если торцы ПВС и ОВС располагаются в двух параллельных плоскостях, зазор между которыми меньше чем расстояние, определяемое условием , то наблюдается неравномерность распределения мощности в плоскости торцов ОВС. Это явление нежелательное, поскольку существенно усложняет математическую модель процесса модуляции. Если же зазор между торцами ПВС и ОВС устанавливается большим чем , то в плоскости торцов ОВС мощность равномерно распределяется по сечению потока оптического излучения. Связи с этим по характеру распределения мощности по сечению потока оптического излучения в плоскости торцов ОВС следует выделить ВОДД с равномерным и неравномерным распределением мощности.

В зависимости от наличия оптической маски перед торцами ОВС необходимо различать ВОДД с оптическими масками и ВОДД без оптических масок. Оптические маски используются для приведения функции преобразования датчика к требуемому виду [9]. Рассмотрим пример.

Пусть ВОДД содержит один ПВС 1 и волоконно-оптический жгут, который образован из шести ОВС 5, симметрично расположенных относительно отрезка технологического ВС 3 (рис. 8). На торец волоконно-оптического жгута нанесена оптическая маска 4 с шестью отверстиями квадратной формы. Расстояние между торцами ПВС 1 и ОВС 5 определяется из условия .

Для отсечения части потока оптического излучения используется перфорированный экран 2, шесть отверстий которого по форме совпадают с отверстиями в оптической маске 4. Центры отверстий экрана 2 и маски 4 располагаются относительно оптических осей ОВС 5 таким образом, чтобы в исходном положении в плоскости торцов ОВС 5 сформировались облучённые участки квадратной формы со стороной . Функция преобразования такого датчика носит линейный характер.

1 – ПВС; 2 – перфорированный экран; 3 – отрезок технологического ВС;

4 – оптическая маска; 5 – ОВС;

Sc – площадь облучённой части сердцевины ОВС

Рис. 8. Графические построения, иллюстрирующие
процесс модуляции мощности потока оптического излучения
с помощью оптической маски и перфорированного экрана

По количеству чувствительных элементов резектометрические датчики разделяются на ВОДД с одним и двумя чувствительными элементами. Использование двух чувствительных элементов позволяет удвоить чувствительность датчика. Рассмотрим два примера. В работе [15] описан ВОДД, имеющий два чувствительных элемента (мембраны), к каждому из которых прикреплена дифракционная решётка. Прогиб чувствительных элементов под действием давления вызывает взаимное перемещение решёток, которое, в свою очередь, обуславливает изменение мощности потока оптического излучения, улавливаемого торцами ОВС.

По аналогичному принципу работает ВОДД, описанный в работе [13]. Его отличительной особенностью является то, что модуляция мощности потока оптического излучения происходит в результате перемещения в противоположных направлениях торцов ПВС 4 и ОВС 13, на которые методом фотолитографии нанесены дифракционные решётки (рис. 9).

1, 16 – волоконно-оптические кабели; 2, 15 – фиксаторы; 3, 14 – наконечники;

4 – ПВС; 5, 12 – крышки; 6, 11 – штоки; 7, 10 – держатели; 8, 9 – мембраны;

13 – ОВС; 17 – дифракционные решётки

Рис. 9. Конструкция резектометрического ВОДД с подвижными ПВС и ОВС

Выводы

1. В результате анализа и обобщения существующего многообразия резектометрических ВОДД выявлены существенные признаки, которые определяют их индивидуальность и общность. На основе данных признаков разработана иерархическая система классификации резектометрических ВОДД.

2. Сравнительный анализ известных технических решений резектометрических датчиков показал, что с метрологической точки зрения наиболее перспективными являются ВОДД с оптическими масками, ВОДД с набором дифракционных решёток и ВОДД с двумя оптическими каналами (с взаимноинверсными функциями преобразования). Преимущество датчиков первой и второй разновидностей заключается в том, что они обеспечивают получение линейной функции преобразования давления в мощность потока оптического излучения. Датчики же третьей разновидности позволяют реализовать суммарно-разностный метод повышения точности измерения.

3. Установлено, что для упрощения математической модели процесса модуляции оптического сигнала в резектометрических датчиках необходимо обеспечить равномерность распределения мощности по сечению потока оптического излучения в плоскости торцов ОВС.

4. Установлено, что одноплоскостное расположение торцов ПВС и ОВС более рационально по сравнению с двухплоскостным, так как обеспечивает большую механическую надёжность датчика и упрощает процессы его сборки и юстировки.

5. Предложенная классификация позволяет осуществить достаточно глубокий качественный анализ резектометрических ВОДД и определить их принадлежность к той или иной разновидности.

Литература

1. Hashemian H. M., Black C. L., Farmer J. P. Assessment of fiber optic pressure sensors. NCR Report NUREG/CR-6312, April 1995. – P. 25-28.

2. Световодные датчики / , , -тьев и др. – М.: Машиностроение, 1990. – С. 12-15.

3. Medlock R. S., “Fibre optic intensity modulated sensors” in Optical Fiber Sensors: Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Optical Fiber Sensors by A. N. Chester et al., Erice, Italy, 1987, P. 132.

4. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике / , , Р. Вильш, Г. Швотцер – Алма-Ата: Наука, 1989. – С. 103-104.

5. Кондратов В. Т., Редько  волоконно-оптиче-ские датчики давления: основные определения и классификация // Сб. докладов IV межд. науч.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерительных систем», Пенза, 2-5 октября 2007 г. – С. 171–181.

6. Пат. 5005584 US, МПК A61 B 5/00. Fiber optic pressure transducer / R. L. Little (US). – № 000; Заявл. 05.01.1990; Опубл. 09.04.1991. – 7 с.

7. Мурашкина Т. И., Волчихин  волоконно-опти-ческие датчики автономных систем управления: Монография. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. – 188 с.

8. Волоконная оптика и приборостроение / , , / Под общ. ред. . – Л.: Машиностроение, 1987. – 328 с.

9. Пат. 4611600 US, МПК A61 B 5/02. Optical fiber pressure transducer / D. M. Cohen. – № 000; Заявл. 21.11.1983; Опубл. 16.09.1986. – 7 с.

10. Бадеева Е. А., Пивкин А. Г., Мещеряков В. А., Мурашкина -оптический датчик давления аттенюаторного типа для летательных аппаратов // Датчики и системы. 2003. – № 4. – С. 11-14.

11. Пивкин А. Г., Мурашкина -оптические датчики давления аттенюаторного типа для космической техники: Монография. – Пенза: Информ.-изд. центр ПГУ, 2005. – 152 с.

12. Бадеева  конструктивного исполнения предельных аттенюаторов волоконно-оптических датчиков// Датчики и системы. – 2003. – № 7. – С. 47-49.

13. Пат. 4293188 US, МПК G02 B 5/172. Fiber optic small displacement sensor / D. H. McMahon (US). – № 000; Заявл. 24.03.1980; Опубл. 06.10.1981. – 20 с.

14. Бадеева Е. А., Гориш А. В., Котов А. Н., Мурашкина Т. И., Пивкин  основы проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с открытым оптическим каналом: Монография. – М.: МГУЛ, 2004. – С. 65-72.

15. Бусурин В. И., Носов -оптические датчики: Физические основы, вопросы расчёта и применения. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – С. 37.

Авторы

– ведущий научный сотрудник Института кибернетики им. НАН Украины, д. т.н., профессор

Тел.: +38 (0E-mail: *****@***com

– инженер производственно-технического отдела -93», соискатель.

Тел.: +38 (0E-mail: *****@***ru

Децентрализованная система измерения
(воспроизведения) переменного напряжения
на основе электростатического компаратора

В современных условиях возрастают требования к точности измерений переменного напряжения. Опрос по влиянию основных тенденций в области измерительной техники, произведенный компанией «Keithley Instruments» (Кливленд, США) показал, что существуют постоянные требования к повышению точности средств измерений, в том числе для измерений напряжения в цепях переменного тока [1].

Проблема повышения точности измерений переменного напряжения решена в результате применения электростатических компараторов постоянного и переменного напряжения, в которых высокая точность обеспечена путем использования системного подхода – ростом системности на основе структурной избыточности. При этом отдельные элементы электростатического компаратора выполнены в виде систем, в результате чего возникли новые свойства – повысились его чувствительность и точность [2 – 5].

Электростатический компаратор напряжения, выполненный на основе структурной избыточности, имеет конструкцию, аналогичную весам, и образован поперечной горизонтальной балкой, подвешенной на системе растяжек, с возможностью вращения балки вокруг оси системы растяжек. По краям балки укреплены многокамерные цилиндрические электроды двух конденсаторов, вторые многокамерные электроды которых жестко связаны с основанием компаратора, расположенным параллельно балке.

При подключении к компаратору сравниваемых постоянного и переменного напряжений, на подвижные электроды действуют силы, пропорциональные приложенным напряжениям. Равенство этих напряжений соответствует горизонтальному положению балки и может быть точно зарегистрировано фотоэлектрическим методом.

Вторым перспективным направлением повышения точности измерения переменного напряжения является децентрализованная система воспроизведения и передачи размера единиц [6], обеспечивающая автономное (без использования сторонних эталонных средств) поддержание единства измерений в процессе эксплуатации.

Централизованная система поверки средств измерений, широко распространенная в настоящее время, стала и технически и экономически нецелесообразной [6].

Поверочные схемы при децентрализованной системе воспроизведения и передачи размеров единиц будут иметь меньше ступеней от эталонов до рабочих, так как средства измерений будут способны к автономному поддержанию единства измерений в процессе эксплуатации [6].

Поэтому актуальной проблемой является разработка децентрализованной системы воспроизведения и передачи размеров единиц на основе более активного использования автономных средств поверки и самоповерки [7].

Децентрализованная система измерения (воспроизведения) переменного напряжения при помощи электростатического компаратора основана на методической избыточности с применением следующих методов:

1. Поэлементном экспериментальном определении составляющих погрешности компарирования и суммировании указанных погрешностей статистически в предположении равномерного распределения слагаемых в поле допуска.

2. Экспериментальном определении погрешности компарирования методом противопоставления.

В процессе экспериментального поэлементного исследования определены следующие погрешности (систематические и случайные):

1. Погрешность от асимметрии gа.

2. Частотная погрешность gf .

3. Погрешность yн от нечувствительности ЭКН.

4. Погрешность gнх от неидентичности характеристик электростатических преобразователей.

5. Погрешность yд от дрейфа нуля нулевого индикатора ЭКН.

6. Погрешность yвп от вариации показаний ЭКН.

7. Погрешность gвп, обусловленная волновыми процессами.

Погрешность gа от асимметрии исключена методическим путем в результате измерений при двух полярностях постоянного напряжения. Эта погрешность принята равной погрешности от нечувствительности ЭКН, что обусловлено возможностью влияния порога чувствительности ЭКН на указанную погрешность.

Частотная погрешность gf определена в соответствии с [8]:

= 0,00007%,

где f0 – резонансная частота измерительной цепи ЭКН.

Погрешность yн от нечувствительности ЭКН определена экспериментально. Она равна: yн = 0,0002%.

Погрешность gнх от неидентичности характеристик электростатических преобразователей не обнаружена. Данная погрешность принята равной погрешности от нечувствительности ЭКН: gнх = 0,0002%.

Погрешность y вп, обусловленная вариацией показаний ЭКН, не обнаружена. Данная погрешность принята равной погрешности от нечувствительности ЭКН y вп = 0,0002%.

Погрешность gвп, обусловленная волновыми процессами, определена в соответствии с выражением [8]:

=1,7×10-4 = 0,00017%,

где z – длина электростатического преобразователя, l = с / f = 3000 м – длина волны при частоте f = 105 Гц.

Считая рассмотренные составляющие погрешности ЭКН некоррелированными и равновероятными, оценим доверительную погрешность компарирования gк (погрешность перехода с постоянного напряжения на переменное), вносимую ЭКН при доверительной вероятности 0,99:

7×10-4 = 0,0007%.

Вторым независимым методом экспериментального определения погрешности электростатического компаратора напряжения является метод противопоставления [8], при котором измерения выполняются с двумя наблюдениями, проводимыми так, чтобы причина постоянной погрешности оказывала разные, но известные по закономерности воздействия на результат наблюдений.

Схема соединения средств измерений при определении погрешности ЭКН представлена на рис. 1.

Рис.1. Определение погрешности ЭКН методом противопоставления

Метод противопоставления при определении погрешности ЭКН заключается в следующем. На левый и правый ЭС преобразователи от калибратора 745А и усилиА (Hewlett&Packard) подается переменное напряжение 400 В при частоте 1000 Гц и регулируется идентичность левого и правого ЭС преобразователей ЭКН при помощи подстроечных электродов.

Затем на левый ЭС преобразователь подается напряжение 400 В от усилиА, а на правый – от калибратора постоянного напряжения П320. Измерение производится при двух полярностях постоянного напряжения. Результаты наблюдения заносятся в протокол. Далее калибратор 745А с усилителем 746А подключают к правому ЭС преобразователю, а П320 – к левому ЭС преобразователю. Измерение производится также при двух полярностях постоянного напряжения. Переключение источников постоянного и переменного напряжений производится при помощи разъемов Х1 и Х2, показанных на рис. 1.

По описанной методике произведена серия измерений при частотах 103 Гц, 5×104 Гц, 105 Гц. Результаты заносятся в протокол. Средние значения показаний на этих частотах приведены в таблице 1.

Таблица 1

Частота, Гц	Напряжение, В
Левый преобразователь	Правый преобразователь
1×103	401,2176	401,2171
5×104	401,2168	401,2162
1×105	401,2565	401,2563

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что погрешность gк перехода с постоянного напряжения на переменное не превышает погрешность от порога чувствительности ЭКН, то есть
gк £ 0,0002+0,0002=0,0004%.

Таким образом, электростатический компаратор постоянного и переменного напряжения на основе системного подхода обеспечивает с весьма высокой точностью децентрализованное измерение (воспроизведение) переменного напряжения.

Литература

1. Hickey J. Survey identifies key trends in measurement systems //Instrumental and Control Systems – 1998, November.

2. А. с. № 000 (СССР) / , Нефедьев . в БИ, 1991, №29.

3. Патент РФ № 000 / // Опубл. в БИ, 1997, №9.

4. Патент РФ № 000 / // Опубл. в БИ, 2007, №18.

5. , Кравченко метод создания точных электростатических компараторов постоянного и переменного напряжений до 1000В и частот до 1000кГц // Измерительная техника, 2000, №4, с.63-67.

6. Конюхов обеспечение в приборостроении. – М.: Изд-во стандартов, 1990, с.40.

7. Тарбеев задачи научных метрологических исследований. // Измерительная техника, 1985, №9.

8. Векслер приборы с электростатическими механизмами. – Л.: Энергия, 1974.

Автор

– к. т.н., доцент кафедры «Электротехника» Волгоградского государственного технического университета.

Россия, г. Волгоград, пр. Ленина, 28

Тел.:(844E-mail: *****@***ru

,

Средства встроенного метрологического контроля
измерительных каналов измерительных систем

Для метрологического обеспечения измерительных каналов (ИК) измерительно-вычислительных комплексов (ИВК) и измерительных систем (ИС) применяются преимущественно многофункциональные дорогостоящие калибраторы, обеспечивающие воспроизведение тысячи (и более) точек в каждом из многочисленных диапазонов воспроизводимых величин. Однако контроль метрологических характеристик достаточно проводить в существенно меньшем количестве точек диапазона измерений ИК. Так, в соответствии с рекомендациями, приведёнными в приложении 2 МИ 2440 [1], для большинства ИК с номинальной линейной функцией преобразования достаточно проводить проверку всего в пяти точках его диапазона измерений. Следовательно, большинство возможностей многофункциональных калибраторов для решения задачи метрологического контроля ИК ИВК и ИС оказываются невостребованными.

Вместе с тем, существуют простые способы построения недорогих устройств, обеспечивающих высокую точность воспроизведения величин. Схема одного из таких устройств – многозначной меры напряжения, предназначенной для воспроизведения 5 значений напряжения: – приведена на рис. 1.

Рис.1. Схема многозначной меры напряжения

В этой схеме сопротивления резисторов равных номиналов.

Значения выходного напряжения, равные 0 и , обеспечиваются подключением выводов делителя с помощью переключателей и к шине нулевого потенциала или к выходу опорного источника напряжением соответственно.

Значение выходного напряжения, равное , обеспечивается настройкой коэффициента деления делителя (схема настройки на рис. 1 не показана). При этом ключи замкнуты, переключатели и поочерёдно подключают выводы делителя к шине нулевого потенциала или к выходу опорного источника напряжением . Настройку осуществляют сведением к нулю амплитуды переменной составляющей прямоугольной формы выходного сигнала делителя.

Значение выходного напряжения, равное и , обеспечивается принципом построения делителя: в случае настройки делителя с коэффициентом деления 0,5 (при замкнутых ключах ), делитель с коэффициентами деления 0,1 (при замкнутых ключах и разомкнутых ключах ) и 0,9 (при замкнутых ключах и разомкнутых ключах ) также не будет иметь погрешности коэффициента деления.

Таким образом, предложенная многозначная мера напряжения может стать основой одного из средств встроенного метрологического контроля ИК ИВК и ИС.

Литература

1. МИ 2440-97. ГСИ. Методы экспериментального определения и контроля характеристик погрешности измерительных каналов измерительных систем и измерительных комплексов.

Авторы

– зам. директора ФГУ “Пензен-ский ЦСМ”, д. т.н., профессор

Россия, Пенза, www. pcsm. *****

Тел. (841, E-mail: *****@***ru

– ст. преподаватель кафедры “Метрология и системы качества” Пензенского государственного университета

Россия, Пенза, ул. Красная, 40

Тел. (841E-mail: *****@***ru

[1] Прим. ред. – Высказывание авторов противоречит требованиям пункта 1.6 ПР 50.2.006: “Поверка производится в соответствии с нормативными документами, утверждаемыми по результатам испытаний по утверждению типа средства измерений”.

[2] Прим. ред. – Автор имеет ввиду Закон РФ “Об обеспечении единства измерений” от 27 апреля 1993 года N 4871-1