Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 30 )

Рис.1. Схема средства поверки ШПТ
с применением составной меры сопротивления
и дифференциального компаратора напряжений

Третий резистор RS0-3 меры сопротивлений выполнен с возможностью изменения его сопротивления и номинально равен сопротивлению резистора RSP, имитирующего сопротивление измерительного прибора. При этом знать точное значение сопротивлений резисторов RS0-1, RS0-2, RS0-3, а также значение их отношений, не требуется.

Потенциальные зажимы меры сопротивлений RS0 присоединены к зажимам первого ряда X1, а потенциальные зажимы поверяемого шунта RSX – к зажимам второго ряда X2 дифференциального компаратора напряжений PN. При этом параллельно поверяемому шунту RSX присоединены резистор RSP, имитирующий сопротивление измерительного прибора, и катушка сопротивлений RS1 с возможностью их отключения посредством разъемов из измерительной цепи. Номинальное значение сопротивления катушки сопротивлений RS1 равно номинальному значению сопротивления резистора RS0-3 меры сопротивлений.

Работа средства поверки (калибровки) шунтов постоянного тока заключается в следующем.

Перед операцией поверки ШПТ производится балансировка измерительной цепи в соответствии с рис. 1. К зажимам первого ряда дифференциального компаратора напряжений PN присоединяется резистор RS0-3 меры сопротивлений, а к зажимам второго ряда – резистор RSP, имитирующий сопротивление измерительного прибора. На рядах дифференциального компаратора напряжений PN выставляются значения, равные номинальному значению падения напряжения на поверяемом шунте RSX. В измерительной цепи устанавливается значение тока, равное конечному значению диапазона измерений измерительного прибора. Затем путем изменения сопротивления резистора RS0-3 производится уравновешивание измерительной цепи, что определяется по равенству показаний первого и второго рядов дифференциального компаратора напряжений PN.

После операции балансировки измерительной цепи производится измерение коэффициента преобразования поверяемого шунта, и выполняются следующие операции.

На первом этапе измерений к зажимам первого ряда дифференциального компаратора напряжений PN присоединяется эталонная мера сопротивления RS0, составленная из резисторов RS0-1, RS0-2, RS0-3, а к зажимам второго ряда – поверяемый шунт RSX, параллельно которому присоединен резистор RSP, имитирующий сопротивление измерительного прибора. В измерительной цепи устанавливается значение тока, равное номинальному значению тока поверяемого шунта RSX. Падение напряжения на мере сопротивлений RS0 уравновешивается посредством переключения декадных переключателей первого ряда дифференциального компаратора напряжений PN. Выполняется равенство:

(1)

где U1-1, U2-1 – показания соответственно первого и второго рядов дифференциального компаратора напряжений PN.

Уравнение (1) можно представить в виде:

, (2)

где КХ – коэффициент преобразования поверяемого шунта RSX;

r1 = U1–1 / U2–1 – отношения показаний первого и второго рядов дифференциального компаратора напряжений PN.

Нa втором этапе мера сопротивлений RS0 составляется из двух параллельно соединенных резисторов RS0-1, RS0-3. Производится уравновешивание падения напряжения на мере сопротивлений RS0 и составляется новое равенство:

. (3)

Уравнение (3) можно представить в виде:

. (4)

На третьем этапе измерений к зажимам первого ряда дифференциального компаратора напряжений PN присоединяется эталонная мера сопротивления RS0 составленная из резисторов RS0-2, RS0-3, а к зажимам второго ряда – катушка сопротивлений RS1, параллельно которой присоединен резистор RSP, имитирующий сопротивление измерительного прибора. В измерительной цепи устанавливается значение тока, равное 0,1 номинального значения тока поверяемого шунта RSX. Производится уравновешивание падения напряжения на эталонной мере сопротивления RS0, что соответствует новому равенству:

. (5)

Уравнение (5) можно представить в виде:

. (6)

где К1 – коэффициент преобразования катушки сопротивлений RS1.

Решая совместно уравнения (2), (4), (6), находим коэффициент преобразования КХ поверяемого (калибруемого) шунта RSX по полученным значениям r1, r2, r3 и известному с высокой точностью коэффициенту преобразования К1 катушки сопротивления RS1.

. (7)

Коэффициент преобразования поверяемого шунта RSХ можно представить в виде:

. (8)

Решая совместно уравнения (7), (8), определим сопротивление поверяемого (калибруемого) шунта RSХ:

(9)

Так как в процессе поверки (калибровки) ШПТ не требуется знать точное значение сопротивлений резисторов меры сопротивления RS0, то обеспечивается не только упрощение средства поверки шунтов постоянного тока (по сравнению с известными аналогами), но и повышение точности поверки.

Однако при поверке шунтов постоянного тока, как отмечалось выше, существует необходимость в применении высокостабильных источников больших постоянных токов, зачастую отсутствующих.

Решение этой проблемы возможно при использовании компаратора напряжений, выполненного в виде электромагнитного компаратора тока и двух преобразователей напряжения. При этом в схеме поверки может применяться источник постоянного тока невысокой точности.

Средство поверки ШПТ (рис. 2), реализующее этот метод поверки (калибровки), содержит источник постоянного тока G, составную меру сопротивления (составной шунт) RS0, поверяемый шунт постоянного тока RSХ, катушку сопротивления RSР, имитирующая сопротивление измерительного прибора, катушку сопротивлений RS1, преобразователи напряжений U1, U2, электромагнитный компаратор тока PN и нулевой индикатор РН. Каждый из преобразователей постоянного напряжения в пропорциональное ему переменное напряжение U1, U2 содержит модулятор, усилитель переменного напряжения, индуктивный делитель напряжения и демодулятор.

Мера сопротивлений RS0, как и в предыдущем случае, выполняется в виде трех параллельно соединенных шунтов RS0-1, RS0-2, RS0-3 с ненормируемой погрешностью с возможностью отключения из измерительной цепи. Требования к остальным элементам схемы аналогичны.

Потенциальные зажимы меры сопротивлений RS0 присоединены к входу первого преобразователя напряжения U1, а потенциальные зажимы поверяемого шунта RSХ – к зажимам второго преобразователя напряжения U2. При этом параллельно поверяемому шунту RSХ присоединены катушка сопротивления RSР, имитирующая сопротивление измерительного прибора, и катушка сопротивлений RS1.

Измерительная цепь для определения погрешности поверяемого (калибруемого) ШПТ реализована в виде многодекадного компаратора тока PN с регулируемым коэффициентом преобразования. Первое плечо L1 компаратора тока выполнено однодекадным и через переключатель S1 и переменный резистор R1 подключено к выходу преобразователя напряжения U1. Второе плечо L2 компаратора тока выполнено многодекадным и через переключатель S2 и резистор R2 подключено к выходу преобразователя напряжения U2. Компаратор тока содержит также квадратурную обмотку L4, которая через переключатель S3 и конденсатор С1 подключена к выходу преобразователя U2, индикаторную обмотку L3, к которой присоединен нулевой индикатор PH.

Работа средства поверки (калибровки) ШПТ заключается в следующем.

Рис. 2 Схема средства поверки ШПТ
с применением составной меры сопротивлений
и электромагнитного компаратора тока

Перед операцией поверки ШПТ производится балансировка плеч компаратора тока PN. Производится отключение из измерительной цепи составной меры сопротивлений RS0, поверяемого шунта RSХ и катушек сопротивлений RS1, RSР. При подаче на оба преобразователя напряжений от стороннего источника напряжения, номинально равного падению напряжения на поверяемом ШПТ, и при равенстве плеч компаратора тока, путем изменения сопротивления резистора R1 и положения переключателя S1, регулирующего количество включенных ампер-витков квадратурной обмотки L1, производится уравновешивание плеч компаратора тока. В результате проведенной балансировки плеч компаратора тока нулевой индикатор РН должен показывать минимальное или нулевое значение. Преобразователи U1 и U2 преобразуют подаваемое на них постоянное напряжение при помощи модуляторов в переменное напряжение, которое затем усиливается при помощи усилителей переменного напряжения и подается на плечи, соответственно, L1 и L2 компаратора тока PN. Переменное напряжение с выхода усилителей через индуктивные делители напряжения поступает на демодуляторы, с выхода которых сигналы обратной связи подаются на входы модуляторов. Разность подаваемых на модуляторы напряжений и сигнала обратной связи с демодуляторов снова подается на усилители переменного напряжения, результате чего обеспечивается высокое входное сопротивление схемы сравнения, а также высокая температурная стабильность измерительной цепи.