Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 31 )

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

На первом этапе измерений составная мера сопротивлений RS0 составляется из шунтов RS0-1, RS0-2, RS0-3. Параллельно поверяемому шунту RSХ присоединяется катушка сопротивлений RSР. В измерительной цепи выставляется ток, равный номинальному значению тока поверяемого шунта RSХ. Падение напряжения на мере сопротивлений RS0 и параллельно соединенных поверяемом шунте RSХ и катушке сопротивлений RSР уравновешивается посредством изменения числа ампер-витков плечевых и квадратурной обмоток компаратора тока PN посредством декадных переключателей S2, S3. Выполняется равенство

, (11)

где μ, ρ1 – отсчеты по шкалам соответственно первого и второго плеч компаратора тока PN.

Уравнение (11) можно представить в виде

, (12)

На втором этапе составная мера сопротивлений RS0 составляется из двух параллельно соединенных шунтов RS0-1, RS0-3. Производится новое уравновешивание измерительной цепи, что соответствует новому равенству

или

. (13)

На третьем этапе производится отключение из измерительной цепи поверяемого шунта RSX, при этом составная мера сопротивлений RS0 составляется из шунтов RS0-2, RS0-3, а параллельно катушке сопротивления RSР присоединяется катушка сопротивлений RS1. В измерительной цепи устанавливается ток, равный 0,1 номинального тока поверяемого шунта RSХ. Производится новое уравновешивание:

,

или

. (14)

где К1 – коэффициент преобразования катушки сопротивлений RS1.

Решая совместно уравнения (12), (13), (14), получим известное выражение (9) коэффициента преобразования КХ поверяемого ШПТ по полученным значениям r1, r2, r3 и известному с высокой точностью коэффициенту преобразования К1 катушки сопротивления RS1.

.

Действительное значение сопротивления поверяемого шунта RSХ в данном случае определяется аналогично.

Поверка (калибровка) ШПТ с высокой точностью и в широком диапазоне измеряемых величин с применением источников больших токов невысокой стабильности обеспечивается тем, что предложенное устройство представляет собой мостовую схему, где высокая стабильность источника больших токов не требуется.

Проведем анализ погрешностей предложенного метода поверки (калибровки) ШПТ. Погрешность измерения коэффициентов преобразования ШПТ, в первом случае, будет обусловлена влиянием следующих факторов:

– погрешностью, вносимой дифференциальным компаратором напряжений;

– погрешностью, связанной с изменением тока в резисторе RS0-1 при определении r2;

– погрешностью катушки сопротивлений RS1 второго разряда;

– погрешностью резистора RSР, имитирующего сопротивление измерительного прибора;

– погрешностью, обусловленной нестабильностью источника постоянного тока.

Во втором случае суммарная погрешность измерения коэффициентов преобразования ШПТ будет определяться погрешностью, вносимой электромагнитным компаратором тока, погрешностью нулевого индикатора, погрешностью преобразователей напряжения, погрешностью, связанной с изменением тока в резисторе RS0-1 при определении r2, погрешностью катушки сопротивлений RS1, погрешностью резистора RSР, имитирующего сопротивление измерительного прибора. Высокая стабильность источника постоянного тока, как отмечалось выше, в данном случае не требуется.

Из разложения выражения (7) в ряд Тейлора после преобразования получим общее выражение погрешности измерения коэффициента преобразования калибруемого шунта

В соответствии с выражением (15) ожидаемая погрешность метода поверки ШПТ пропорциональна отношению RS0-2/RS0-1≈10. Это очевидно для первых двух членов выражения. Весовой коэффициент при третьем члене выражения пренебрежимо мал (KRS1→0, т. к. RSP>>RS1).

В первом случае в качестве устройства сравнения в схеме применен дифференциальный компаратор напряжений Р3003 класса точности 0,0005. С учетом коэффициента влияния (выражение (15)) погрешность, вносимая двухрядным потенциометром постоянного тока, будет составлять gPN = ± 0,005 %.

Погрешность, обусловленная изменением тока в резисторе RS0-1 при отключении RS0-2 в процессе определения ρ2, определена из условия, что резисторы поверяемого и эталонного шунтов в процессе поверки находятся в термостате с нестабильностью температуры ±0,1°С. При температурном коэффициенте сопротивления материала резисторов шунтов ТКС = ±0,000005 °С-1 и с учетом выражения (15), указанная погрешность составляет gρ2 = ±0,0005 %.

Погрешность, вносимая катушкой сопротивлений второго разряда RS1 при определении r3, пренебрежимо мала, так как весовой коэффициент при третьем члене выражения (15) равен нулю.

Погрешность, вносимая резистором RSР, имитирующей сопротивление измерительного прибора, с учетом выражения (15), составляет gRSp = ± 0,002 %.

Существенную погрешность при поверке ШПТ может вносить источник постоянного тока. Эта составляющая погрешности носит случайный характер, тогда как остальные составляющие погрешности измерения коэффициента преобразования являются систематическими. В качестве источника постоянного тока в данном случае применен нестандартизованный источник постоянного тока с кратковременной нестабильностью не более 0,01% за время проведения измерений, вследствие чего этой составляющей погрешности можно пренебречь.

Исходя из этого, суммарная погрешность в первом приближении составит ±0,0075%.

Во втором случае в качестве устройства сравнения применен нестандартизированный компаратор тока класса точности 0,0001.

С учетом коэффициента влияния погрешность, вносимая компаратором тока в результат измерений, возрастает в 10 раз: γPN = ± 0,001 %.

Погрешность, обусловленная порогом чувствительности нулевого индикатора, с учетом коэффициента влияния составляет γPН = ±0,001%.

Погрешность преобразователей напряжения с учетом коэффициента влияния составляет γU = ±0,005 %.

Суммирование составляющих систематической погрешности производим в предположении равномерного распределения её составляющих в поле допуска. Считая составляющие погрешности некоррелированными, определим границы систематической погрешности метода поверки ШПТ при доверительной вероятности Р = 0,99:

Таким образом, в соответствии с выражением (9) размер единицы сопротивления передается поверяемому шунту RSХ от сопротивления RSР, имитирующего сопротивление измерительного прибора, при помощи дифференциального компаратора напряжений или электромагнитного компаратора тока и преобразователей напряжений и составной меры сопротивления с ненормированной погрешностью.

Литература

1. МИ 1991-89 “ГСИ. Преобразователи измерительные электрических величин. Шунты постоянного тока измерительные. Методы и средства поверки”.

2. Векслер  переменного тока / , . – Л.:Энергоатомиздат, 1987. – С.11–13, 79–81.

3. Любимов  поверки и аттестации масштабных преобразователей переменного тока / , , . – М.: Машиностроение, 1984. – С. 4–10.

4. Семенко  и средства измерений больших постоянных токов и их метрологическое обеспечение / , . – М.: Изд-во стандартов, 1982. – С. 37–41.

Автор

– зам. зав. кафедрой “Информационно-измерительная техника” Пензенского государственного университета, к. т.н.

Россия, 440026, Пенза, ул. Красная, 40

Тел. [phone], 36-82-21. E-mail: *****@***ac. ru

4. Новые разработки Измерительных Систем
И ИХ КОмпонентов

Программно-технический комплекс “ТЕКРОН”

Программно-технический комплекс (ПТК) “ТЕКРОН” является передовой совместной разработкой научно-производственной фирмы “КРУГ” и “Промконтроллер”, представляющей собой полномасштабный программно-технический комплекс на базе новейшей версии модульной интегрированной SCADA “КРУГ” и программно-логических контроллеров серии “ТЕКОН”, вобравших в себя многолетний опыт их успешной эксплуатации и отвечающих современным требованиям в области автоматизации технологических процессов.

1 Назначение и область применения

ПТК “ТЕКРОН” предназначен для агрегатирования в составе автоматизированных информационно-измерительных и управляющих систем, в том числе в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами, систем телемеханики, систем коммерческого учёта энергоресурсов, обеспечивающих:

– сбор данных телеизмерений и телесигнализации с датчиков телеметрии, коммутационного, технологического и вспомогательного оборудования, выдача и контроль выполнения команд телеуправления и телерегулирования коммутационным оборудованием и исполнительными механизмами;