Способ метрологической поверки универсальных многодиапазонных приборов сравнения

 

Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к поверке мостов переменного тока. Цель изобретения - упрощение метрологической поверки и повышение производительности труда за счет сокращения количества измерений. Аттестация прибора осуществляется измерением основной измеряемой физической величины на основной числовой отметке основного диапазона измерений, и той же величины на k-й числовой отметке того же диапазона, а также той .же величины на п-м диапазоне измерений и 1-й измеряемой величины в основной точке основного диапазона измерений . Алгоритм определения искомой погрешности определяется как сумма погрешностей первого из упомянутых измерений (опорной погрешности) и приращений погрешностей по.отношению к этой опорной при остальных измерениях . Кроме того, измеряют физическую величину, реализуемую в виде соединения группы мер и каждой из этих мер в отдельности, измер5пот значения группы мер измеряемой величины в зонах декадного и диапазонного гистерезиса, определяют искомую погрешность по результатам этих измерений . Все это позволяет по результатам одной и той же сравнительно небольшой группы измерений опреде- - лить погрешности измерения прибора в любой произвольной точке диапазона измерений любой измеряемой физической величины. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. W е « ш

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК „Я0„„145690

®11.1 G 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ нения у которых разделены и содержат независимые регулируемые блоки, а входящие в них элементы не имеют взаимной метрологической связи.

Цель изобретения — упрощение процесса поверки за счет сокращения количества измерений.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4267081/24-21 (22) 22.06.87 (46) 07,02.89. Бюп. М 5 (72) М.Н.Сурду, P.Ä.Òó÷èí, А.Д.Василенко, В.Г.Мепьник, Н.И.Михайленко, В.М.Могиленский .и Л.Н.Семенычева (53) 62!.317.733 (088.8) (56) Мосты автоматические уравновешенные цифровые переменного тока.

Общие технические условия. ГОСТ

25242-82.

Мосты переменного тока уравновешенные. Методика поверки. ГОСТ

8.294-85 ГСОЕИ, (54) СПОСОБ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЙ ПОВЕРКИ

УНИВЕРСАЛЬНЫХ МНОГОДИАПАЧОННЫХ ПРИБОРОВ СРАВНЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электрических измерений, в частности к поверке мостон переменного тока. Цель изобретения — упрощение метрологической поверки и повышение производительности труда за счет сокращения количества измерений. Аттестация прибора осуществляется измерением основной измеряемой физической

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано при метрологической поверке универсальных многодиапазонных приборов сравнения, главным образом мостов переменного тока, нетвь объекта измерений и ветвь сраввеличины на основной числовой отметке основного диапазона измерений, и той же величины на k-й числовой отметке того же диапазона, а также той же величины на п-м диапазоне измерений и i-й измеряемой величины в основной точке основного диапазона измерений. Алгоритм определения искомой погрешности определяется как сумма погрешностей первого из упомянутых измерений (опорной погрешности) и приращений погрешностей по.отноше" нию к этой опорной при остальных измерениях. Кроме того, измеряют физическую величину, реализуемую в виде соединения группы мер и каждой из этих мер в отдельности, измеряют значения группы мер измеряемой величины в зонах декадного и диапазонного гистерезиса, определяют искомую погрешность по результатам этих asмерений. Все это позволяет по результатам одной и той же сравнительно небольшой группы измерений определить погрешности измерения прибора в любой произвольной точке диапазона измерений любой измеряемой физической величины. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1456900

Ix

10 где I„

Токи ражений

11Л т

Х

Ф х х (2) Ф

Ur

Ф о (3) 20

1 где U„

50 з

На фиг.1 приведена принципиальная схема универсального многодиапазонного трансформаторного моста перемен ного тока, подвергаемого метрологической поверке; на фиг. 2 — обобщенная измерительная цепь трансформаторного моста; на фиг. 3 — график распределения погрешностей при поверке трансформаторного моста; на фиг. 4 — геометрическое представление зоны гистерезиса цифрового автоматического моста переменного тока.

Трансформаторный мост содержит источник 1 питания, трансформатор 2 напряжения с первичной обмоткой 3, масштабный делитель 4 ветви объекта измерения, включающий в себя вторичную обмотку, 5 трансформатора 2, декадный делитель 6 ветви сравнения, включающий в себя вторичную обмотку

7 трансформатора 2, коммутаторы 8—

10, образцовые меры 11-13, объект 14 измерения и детектор равновесия.

Масштабный делитель 4 ветви объекта 14,измерений может включать н себя такие вспомогательные измерительные элементы как трансформатор пределов, прецизионный операционный усилитель или повторитель напряжения, используемые для расширения диапазонов измеренИй, формирования квадратурного напряжения,и т.п,, а в качестве.образцовых мер 11 — 13 могут быть использованы как пассивные,так и активные (эквиваленты) меры.

Предполагается также, что между элементами и узлами ветви объекта измерения и ветви сравнения отсутствует взаимное влияние или оно характеризуется пренебрежимо малой величиной, что имеет место в трансформаторных измерительных мостах переменного тока.

Необходимый диапазон измерений н мосте выбирается регулировкой числа витков обмотки 5 трансформатора 2 напряжения. Уравновешивание внутри выбранного диапазона осуществляется регулировкой числа. витков обмотки 7 трансформатора 2 напряжения, входящей в декадный делитель 6 ветви сравнения. Выбор характера измеряемой величины сопровождается сменой вида образцовых мер 11-13, осуществляемой при помощи коммутаторов 8-10.

Состояние равновесия моста анализируется и фиксируется при помощи детектора равновесия, Обратимся к более общему виду измерительной цепи рассматриваемого трансформаторного моста, которая представлена на фиг.2. Уравнением равновесия ее является равенство — ток, протекающий через объект 14 измерения; — ток,протекающий через образцовую меру 1 1, Х„ и Х,определяются из вы— напряжение источника 1 питания;

К, К„- коэффициенты передачи напряжения масштабного делителя 4 объекта 14 измерения и декадного делителя 6 ветви сравнения соответственно;

Ех, 20 — импеданс объекта измерения и образцовой меры 11 соответственно.

Сравнивая (2),(3) и (1), найдем выражение для измеряемого импеданса

7J Е е

Km х о (4) к

Используя уравнение (4), проведем анализ погрешностей измерения моста.

40 С учетом погрешностей,:вносимых делителями 4 и 6, уравнение (4) можно записать следующим образом, откуда х(2х) + 2о + 4 + к ) (6) Из (6) следует

Sz = z +4+8„, (7) 55

2х о где F „— суммарная погрешность измерения моста; z, — погрешность образцовой меры;

1456900

S„= 8„, + nt; (9) 8к= (, +«к ° (1О) о где 3 — погрешность образцовой

Ze меры, исп ол ь з уе мой при иэ мер ении и ер ной из меряемой величины, например емкости до, — приращение погрешности моста, возникающее при измерении i-й измеряемой величины и связанной с включением другой образцовой меры, соответствующей .характеру i-й измеряемой величины; m — погрешность масштабного о делителя 4 ветви объекта

14 измерений, соответствующая основному диапазону измерений; ь3 — приращение погрешности, вносимое масштабным делителем 4 при переходе на ш-й диапазон измерений; погрешность декадного делителя 6, соотнетствуищая первой (оснонной) числовой отметке старшей декады иа основном диапазоне измерений; д8„ - приращение погрешности декадного делителя, возникающее при переходе декадного делителя в состояние, соответствующее k-й числовой отметке старшей декады на основном диапазоне измерений.

Тогда выражение для общей погрешности моста примет нид

+ д8„+ 6(о + д8„, (11) — погрешность, нносимая неидепльностьи масштабного делителя 4 ветви объекта !

4 измерений; (— погрешность, вносимая неидеальностьи декадного делителя 6 ветви сравнения.

Представим каждуи из составляющих правой части уравнения (7) в виде суммы двух погрешностей

Р, = 8; +»i. (8) или после группировки

+ Ьг + дг +д8„, (12) о где (13) с с

30 где 8<,), 8„ — rtorрешности измерения емкости, соответствующие основной и

k-й числовым отметкам соответственно, В этом режиме н ветви сравнения моста при помощи коммутатора 8 включается внутренняя образцовая мера

11, имеющая емкостный характер .

Затем определяют погрешность изме40 рения емкости о„„ на остальных диапазонах путем измерения мер емкости с номинальными значениями, соответствующими одной и той же, например,основной числовой отметке для каждого

45 m-го диапазона измерений, и находят приращение погрешности д8, возникающей при смене состояния масштабного делителя 4, для каждого m-го диапазона по формуле

«= 5 Д - 8(,). (15) Дпя уяснения этого этапа процедуры поверки обратимся к графику распределения определяемых погрешностей, представленному на фиг ° 3.

На оси абсцисс расположены числовые отметки k на оси ординат †. значения относительной погрешности Ez„

Кривая I изображает зависимость погРассмотрим особенности реализации

10 способа метрологической поверки.

Вначале определяют приращение пог- решности Ь|„внутри основного диапазона измерений путем измерения мер физической величины, значения кото15 рых соответствуют всем числовым отметкам старшей декады декадного делителя 6 ветви сравнения. Предположим, что первой измеряемой величиной является емкость С, а основной диапазон

20 измерений ограничен значениями емкости, равными 1000 и 9999 пФ. В этом случае к мосту подкличают и измеряют последовательно меры емкости с номинальными значениями 1000, 2000, 3000...,, 9000 пФ, после чего для каждого результате измерений опреде-, ляют приращение д8 по формуле дг„ = 8, — Е(1, (14) 7 1456900 решнос>>и ь8„от k, т.е. g Бс = > (К), кривая TI — зависимость погрешности

00 до„„от k íà m-диапазоне, т.е, с

Ь| = f(k m), При m = ш + 1, где-, 5

e - основной диапазон, кривая II о

С отображает зависимость 33 >„= t" (k) .

>>\

В этом случае для получения значений необходимо измерять меры емкости следующих номинальных значений:

10000, 20000, 30000...,,90000 пФ. .Началу кривой соответствует значение емкости, равное 10000 пФ (основная числовая отметка). Анализируя график распределения погрешностей, представленный на фиг.3, и выражения (1 2) — (1 5), лег" ко видеть, что для -получения зави 6 симости h8 f (k>m) нет необходимости осуществлять все k — измерений на всех m-диапазонах и что любая точка этой зависимости может быть найдена аналитически путем вычислений на основании Р „1, Ь Вк и 9„,<,1.

Далее прибор переводят в режим измерений следующей измеряемой величины,,например индуктивности L. В этом случае в ветви сравнения при помощи коммутатора 8 включается образцовая мера 12, имеющая индуктивный характер. Ватем определяют погрещность 8z внут7-0, (1S) 40

55 (17) ри основного диапазона путем измерения меры индуктивности с номинальным значением, соответствующим основной числовой отметке (k=1), и находят приращение b8 по формуле 0

1 то 8п1, (1б) ь4 .где о — погрешность прибора,вызванная сменой характера. внутренней образцовой меры.

Аналогичную операцию осуществля1от для последующей измеряемой величины, например активного, сопротивления R. В этом случае в ветви сравнения при помощи коммутатора 10 включается образцовая мера 13, имеющая характер активного сопротивленйя, а н приращение погрешности, b 8 находят о по формуле

Он н рс

После проведения указанных операций погрешность измерения моста для

35 любой k-й числовой отметки на любом

m-диапазоне измерений для любой i-A измеряемой физической величины определяют по формуле

I где погрешности с индексом i, определены при измерении основной измеряемой величины, Найденные таким образом, метрологические характеристики сравнивают с паспортными данными на прибор и судят о его метрологической прйгодности

Предложенный способ поверки позволяет также упростить определение погрешности h5„ внутри основного диапазона измерений. Упрощение достигается путем использования мер физической величины равнономинальных значений. Допустим, как это уже обуславливалось, основной измеряемой величиной является емкость. Тогда для .0с определения погрешности Ь о к внутри основного д>:.апазона необходимо иметь

l>3 наличии 9 высокоточных мер емкости, номинальное значение каждой из которых соответствует каждой числовой отметке первой декады прибора, т.е. пропорционально числам 1, 2, 3,...,9, что существенно затрудняет поверку, Это обстоятельство можно исключить, применив п равнономинальных мер емкости, соответствующих либо начальной, либо конечной числовой отметке относительно низкого класса точности. При поверке, например,прибора, имеющего класс точности 0,02—

0,05, можно использовать меры класса точности 0,2-0,5, т.е, на порядок ниже, При этом каждую из п мер низкого класса точности измеряют при помощи поверяемого прибора, затем путем параллельного соединения мер образуют эквивалентную меру с номинальным значением, соответствующим К-й числовой отметке первой декады, и измеряют ее значение, а погрешность й3 „; <„1 », к определяют по формуле к расч н м

А А (19)

<оФ

У

;СА... где, А „- "эквивалентное значение параллельно соединенных и мер, най1456900

10 денное расчетным путем;

А„ „ - то же значение, найденное путем измерения.

При отсутствии равнономинальных мер физических величин определение приращения погрешностей 8 „ и

Ь о

Ь о может быть проведено при использовании других, менее точных мер, в качестве которых могут быть использованы такие широко распространенные элементы, как резисторы типа ИЛТ, С2-29 и др., конденсаторы

КСО, КЗ1-10 и им подобные элементы.

Дпя этой цели используют меры, действительные значения которых находятся в зоне гистерезиса декадного делителя для каждой k-й числовой отметки и в зоне гистерезиса между диапазонами.

В цифровых автоматических мостах переменного тока гистерезис вводится для устранения функциональной неустойчивости системы уравновешивания на границах диапазонов, а также в окрестностях размена первой (старшей) декады с младшими, второй декады с младшими и т.д. Рассмотрим кратко работу цифрового автоматичес" кого моста при прохождении границ зоны гистерезиса между диапазонами и внутри декадного делителя при разменах декад. Это удобно сделать, используя rеометрическое представление зоны гистерезиса, приведенное

l на фиг.4. Точка а соответствует набору на декадном делителе, равному (9,999...)x1, точка б — набору на декадном делителе, равному (10,00... ...)х1 на соседнем диапазоне. Параллелограмм адег образует зону гистерезиса, ограничивающую состояния уравновепивающего элемента, которые он может принимать в процессе уравновепивания для исключения циклических переходов схемы уравновешивания из точки а н точку б и обратно, Легко видеть, что при измерении меры, значение ко"орой находится в зоне гистерезиса, система уравновешивания в зависимости от направления уравновешивания может принимать дна состояния, соответствующие одной и той же точке равновесия. Например, если уравноненивание осуществляется от меньших измеряемых вели30 1 ° Способ метрологической поверки универсальных многодиапазонных приборов сравнения, заключающийся в том, что измеряют значения мер физических величин, определяют отно35 ситeszbнУи поГPemHoсть цо пРи каж дом измерении по формуле

А„- А

3-- — — —-- 1ООХ о

А ф 1 где А „— по к аз ание от сч етн ого устройства прибора;

А — действительное значение меры физической величины, и определяют погрешность измерения

45 для всех числовых отметок первой (старшей) декады прибора внутри основного диапазона измерений ш основной измеряемой величины i о т л и-. .ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса поверки, выбирают в качестве, Опорной относительную погрепность 3",1 на перной числовой ю отметке, принятой за основную, измеряют основную измеряемую физическую

55 величину на всех числовых отметках первой декады основного диапазона измерений, определяют приращения поги о решности ьо,„ на всех остальных и О ( (Х-ых) числовых отметках по формуле

25 чин к большим (это направление указано стрелкой A) система уравновенинания может принять состояние, соответствующее отрезку ад, что соответствует отсчетам (9.9N9...) 1, (9,99N...) > 1, где N = 10, а если уравнонешивание осуществляется оТ больших измеряемых величин к меньшим (стрелка Б), система уравновешивания может принять состояние, соответствующие отсчетам (09 99 )x1 (0,9,N9)>1 и т.д. (отрезок Д) ° !

При сокращении числа измерений сократится и время, затрачиваемое на проведение поверки. Часть процедуры поверки, связанная с вычислениями, может осуществляться при помощи микро-3BN, что также уменьшает затраты времени и снижает трудоемкость поверки.

Общим эффектом реализации способа является упрощение поверки и повышение производительности труда при ее проведении.

Формула изобретения

145б900

I \ о() o (kl производят на всех остальных диапазонах измерения значений основной измеряемой величины, равных N ° 10", где N — мантисса числового значения измеряемой величины, m — - номер диапазона измерений, и определяют прира (о щение погрешностей Ь о 1 по отноше Чл) нию к опорной погрешности по формуле " (О " (1) tel (4) о где о — погрешность измерения осллл(л) новной измеряемой величины на m-и . диапазоне, затем внутри основного диапазона измерений поочередно измеряют остальные физические величины, мантиссы числовых значений которых соответствуют числу N, и определяют приращения погрешностей оз () для каждого

Мо (л из этих измерений по отношению к опорной погрешности по формуле

g1 лло(л). л ло(л) mo(l)

I где 8m,(„) — погрешность измерения

i-Й измеряемой величины на основном диапазоне, и определяют искомую погрешность для любой i-й измеряемой фит (к) эической величины по формуле .I

Рл

"л о(л) используя по одному соответствующему результату измерений из каждой упо мянутой выше группы проведенных измерений.

?. Способ по п,l, о т л и ч а ю— щ и Й с я тем, что при помощи по40 веряемого прибора измеряют п равноФ номинальных значений физической величины, соответствующих начальной

5 (конечной) числовой отметке основного диапазона, затем измеряют эквивалентное значение параллельно (или последовательно) соединенных k мер, соответствующих k-Й числовой от((ет10 ке, а приращение погрешности Ь8 („), ллл( определяют по„формуле

A расч A и )м

Р "4

У

15 где, А „ — эквивалентное значение л» параллельно (или последовательно) включен-. ных k-мер, найденное расчетным путем;

А „ — измеренное поверяемым прибором это же эквивалентное значение.

3 ° Способ по ППВ 1 H 29 о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что приращение погрешности b S определяют как

n1o(k) относительную разность результатов первого и второго измерений значений:

k мер физических. величин по формуле

Эо; А „- А> вло ллв("1 А

ll

A„P — A3

А д8„, 3

З5 где А„, А„— показания прибора, соответствующие первому и второму измерениям одного и того же значения измеряемой величины в точках зоны декадного гистереэиса в окрестности

k-й числовой отметки;

А — действительное эна45 чение меры.

Ил (д

C m (g/

1 Г Ю 4 Х Ю 7 8 9

Составитель В. Семенчук

Редактор В.Данко Техред Л.Олийнык Корректор В.Гирняк

Заказ 7548/44 Тиран 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уигород, ул. Проектная, 4