Способ измерения заряда импульсов тока

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения заряда импульсов тока. Способ измерения заряда импульсов тока основан на сравнении измеряемых сигналов и получаемых от эталона при поочередном их подключении к устройству сравнения. В качестве эталона используют источник постоянного тока. При подключении к устройству сравнения генератора импульсов тока определяют и запоминают значение интеграла по времени измеряемых импульсов тока и временной интервал дискретизации. При подключении к устройству сравнения источника постоянного тока определяют интеграл постоянного тока при том же значении интервала дискретизации. Изменением числа дискретных значений и величины силы постоянного тока добиваются равенства отсчетов устройства сравнения, а величину заряда импульсов тока определяют как произведение силы постоянного тока, числа дискретных значений и значения интервала дискретизации. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности измерения заряда импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения заряда импульсов тока.

Известны способы измерения заряда импульсов тока, основанные на измерении амплитуды импульсов напряжения и емкости конденсатора (например, ГОСТ 20074-83 «Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов»). Заряд q будет определяться выражением

где: С - емкость конденсатора;

U - напряжение генератора импульсов.

Однако этот способ не обеспечивает необходимой точности измерения значения заряда импульса тока. Особенно в случаях, когда величина емкости составляет единицы пикофарад, а напряжения - доли вольта.

Известен способ измерения заряда, основанный на интегрировании напряжения на резисторе при протекании по нему импульса тока, наиболее близкий по технической сущности (Международный стандарт МЭК 60270 Методы высоковольтных испытаний. Измерение частичных разрядов; ГОСТ Р 55191-2012 Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов).

При использовании аналогового интегратора значение заряда q будет определяться выражением:

где: i(t) - импульс тока;

R - сопротивление нагрузочного резистора;

- импульс напряжения, снимаемый с нагрузочного резистора. Погрешность определения величины заряда будет складываться из погрешностей интегрирования импульса напряжения и резистора нагрузки генератора импульсов. При малых величинах длительности импульсов (10-20 нс) и зарядов (10 и менее пКл) погрешность определения заряда может составить 5-10 и более процентов.

При цифровом интегрировании, в частности при использовании цифровых осциллографов, величина заряда может быть определена по формуле (3)

где: Ui - мгновенные значения отсчетов напряжения;

Δτ - временной интервал дискретизации - интервал времени, через который задают отсчеты.

Временной интервал дискретизации может быть определен, как

где: Kτ - коэффициент развертки осциллографа;

N - число делений развертки осциллографа;

n - число дискретных отсчетов Ui.

Погрешность в этом случае будет складываться из погрешности измерения мгновенных значений напряжения, погрешности временного интервала дискретизации и погрешности значения резистора.

Погрешность измерения амплитудных параметров сигналов, определяемая погрешностью коэффициента вертикального отклонения, может составить величины от ± 0,5% (например, для осциллографа TELEDYNE LECROY HDO 4054) до ± 3% (например, для осциллографа АКИП-4122/4).

Погрешность временного интервала дискретизации, определяемая погрешностью коэффициента развертки горизонтального отклонения, может составить от (например, для осциллографа TELEDYNE LECROY HDO 4054) до ± 0,01% (например, для осциллографа АКИП-4122/4).

Погрешность сопротивления нагрузочного резистора R в диапазоне частот до нескольких десятков мегагерц может составить величину порядка 0,1-0,5%.

Таким образом, и в этом случае погрешность определения значений заряда может оказаться недопустимо большой величиной.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерения заряда импульсов.

Достигается названная цель тем, что в предлагаемом способе измерения заряда импульсов тока, основанном на сравнении измеряемых сигналов и получаемых от эталона при поочередном их подключении к устройству сравнения, в качестве эталона используют источник постоянного тока, при подключении к устройству сравнения генератора измеряемых импульсов тока определяют и запоминают значение интеграла по времени и временной интервал дискретизации, при подключении к устройству сравнения источника постоянного тока определяют и запоминают интеграл постоянного тока при том же значении интервала дискретизации, путем изменения числа дискретных отсчетов и величины силы постоянного тока добиваются равенства показаний устройства сравнения при подключении к устройству сравнения - осциллографу генератора измеряемых импульсов тока и источника постоянного тока, а значение заряда импульсов тока находят как произведение силы постоянного тока, числа дискретных значений и значения интервала дискретизации.

Действие предлагаемого способа может быть пояснено с помощью рисунка фиг. 1. На рисунке обозначено: 1 - генератор импульсов тока; 2 - эталонный источник постоянного тока; 3 - нагрузочный резистор; 4 - устройство сравнения; 5 - цифровой осциллограф; 6 - компьютер, (т.е., 3, 5 и 6 образуют устройство сравнения 4); 7 - переключатель; 7.1 - положение переключателя «генератор импульсов-включено»; 7.2 - положение переключателя «эталон-включено».

Пусть переключатель 7 находится в положение 7.1. В этом случае ко входу устройства сравнения 4 подключен генератор 1 измеряемых импульсов тока. Ток генератора, протекая по нагрузочному резистору 3 создает на нем падение напряжения . Это напряжение поступает на вход осциллографа 5. В осциллографе происходит усиление электрического сигнала и преобразование его в цифровую форму. При этом сигнал будет подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню и представлен в виде последовательности дискретных значений Ui, отстоящих друг от друга на временной интервал . Полученные данные далее поступают в компьютер, где происходит вычисление в соответствии с выражением (2) значения заряда импульсов тока генератора 1. Значения Kτ и KU запоминают. При этом изображение импульса тока устанавливают, по возможности, на большей части экрана, а коэффициент развертки и коэффициент вертикального отклонения не изменяют.

Далее переключатель 7 устанавливают в положение 7.2. В этом случае ко входу устройства сравнения 4 оказывается подключен эталонный источник постоянного тока. Постоянный ток, протекая через резистор 3, создает на нем падение напряжения UЭ которое поступает на тот же вход осциллографа 5. Напряжение, поступившее на вход осциллографа 5, подвергают такому же преобразованию: дискретизации по времени и квантованию по уровню. Полученные данные поступают в компьютер 6, где происходит их обработка в соответствии с выражением (3)

где: UЭ - значение напряжения, снимаемое с резистора R, при подключении ко входу устройства сравнения эталонного источника постоянного тока;

nЭ - число дискретных значений при подключении эталонного источника постоянного тока.

Поскольку величина IЭ постоянная, выражение (4) может быть представлено в виде

Т.е., значение эталонного заряда находят как произведение величины силы постоянного тока, числа дискретных значений и величины интервала дискретизации.

Изменением числа дискретных значений и величины силы постоянного тока добиваются равенства отсчетов устройства сравнения при поочередном подключении к его входу генератора импульсов тока и эталонного источника постоянного тока. По достижении равенства отсчетов при подключении импульсов тока и постоянного тока q=qЭ фиксируют измеряемое значение заряда импульса тока

Возможна реализация способа при одновременном, но противофазном подключении к устройству сравнения генератора измеряемых импульсов тока и эталонного источника постоянного тока - рисунок фиг. 2. При этом задают временные пределы интегрирования, равные, но не более длительности импульсов тока по основанию. Выбор пределов интегрирования может быть осуществлен с помощью курсоров. Затем определяют разность интегралов по времени. Изменением силы постоянного тока добиваются нулевого показания устройства сравнения, а величину заряда импульсов тока определяют как произведение значения силы постоянного тока, количества дискретных значений силы постоянного тока и величины интервала дискретизации.

Погрешность определения заряда импульса тока δq в соответствии с выражением (3) будет складываться из погрешностей резистора δR, временных δτ и амплитудных параметров осциллографа - коэффициентов вертикального отклонения KU а и коэффициента развертки Kτ., соответственно. Полагая источники погрешностей независимыми и не учитывая влияния помех, получим оценку для относительной погрешности измерения

При этом примем, что число N делений развертки осциллографа и число n дискретных значений Ui могут быть определены с пренебрежимо малой погрешностью.

При измерении заряда по предлагаемому способу - выражение (7) погрешность определения заряда δq будет складываться из погрешностей задания эталонного тока - δI и временных параметров осциллографа δτ. Также, как и в первом случае, будем считать, что число n отсчетов дискретных значений IЭ могут быть определены с пренебрежимо малой погрешностью. Полагая источники погрешностей независимыми и не учитывая влияния помех, получим оценку для относительной погрешности калибровки:

Сравнение выражений (7) и (8) показывает, что при использовании предлагаемого способа измерения заряда отпадает необходимость учета погрешности резистора. Вследствие этого и достигается технический эффект, а именно, снижение погрешности, вносимой в результат измерений.

Необходимо отметить, что систематическая составляющая погрешности измерения заряда по предлагаемому способу дополнительно становится меньше за счет того, что погрешность задания постоянного тока может быть существенно меньше погрешности измерения мгновенных значений напряжения, создаваемого протеканием измеряемого заряда импульса тока по нагрузочному резистору. Так, погрешность измерения амплитудных параметров сигналов, определяемая погрешностью коэффициента вертикального отклонения, может составить величину от ± 0,5% (например, для не самого худшего по своим параметрам осциллографа TELEDYNE LECROY HDO 4054). В то же время, погрешность задания значения постоянного тока не самым лучшим по своим параметрам калибратора Н4-7 может составить величину порядка . Т.е., величину, существенно меньшую.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить величину погрешности измерения заряда импульсов тока.

1. Способ измерения заряда импульсов тока, основанный на сравнении измеряемых сигналов и получаемых от эталона при поочередном их подключении к устройству сравнения, отличающийся тем, что запоминают значение интеграла по времени при подключении к устройству сравнения измеряемых импульсов тока и временной интервал дискретизации, подключают к устройству сравнения в качестве эталона источник постоянного тока, определяют интеграл постоянного тока по времени при том же значении интервала дискретизации, изменением числа дискретных значений и силы постоянного тока добиваются равенства отсчетов устройства сравнения, а величину заряда импульсов тока определяют как произведение значения силы постоянного тока, количества дискретных значений силы постоянного тока и величины интервала дискретизации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряемый и эталонный сигналы сравнивают при одновременном, но противофазном их подключении к устройству сравнения, при этом устанавливают пределы интегрирования постоянного тока равными, но не более длительности импульсов тока по основанию, определяют разность интегралов по времени, изменением силы постоянного тока добиваются нулевого показания устройства сравнения, а величину заряда импульсов тока определяют как произведение значения силы постоянного тока, количества дискретных значений силы постоянного тока и величины интервала дискретизации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронно-цифровой электроизмерительной технике, устройствам контроля, учёта и анализа производства или потребления электрической энергии в однофазных и трехфазных цепях переменного тока, может быть использовано в различных отраслях экономики, науки и техники, на объектах электроэнергетики и у потребителей (пользователей) электрической энергии, в автоматизированных информационно-измерительных системах контроля и учёта электрической энергии и других видов энергоресурсов, массового сбора данных и информации с различных оконечных устройств, включая счётчики, датчики, сенсоры и детекторы по видам энергоресурсов, движения, положения и совершаемых действий, а также иных интеллектуальных технических средств и их централизованной программной обработки.

Использование в области электротехники. Технический результат – обеспечение распределения электроэнергии, измерения расхода потребленной потребителями электроэнергии, обнаружения места утечки электроэнергии (незаконного отбора электроэнергии), мониторинга распределительной сети и фиксации времени утечки электроэнергии.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении точности вычислительной системы и достигается за счет того, что система содержит первое устройство, содержащее элемент для измерения напряжения первичного проводника, средство для получения выборки измеренного напряжения, средство для передачи первого сообщения и средство для определения набора переменных репрезентативных значений напряжения, на основании напряжения, измеренного в течение данного периода передачи; по меньшей мере, одно второе устройство, имеющее датчик тока для определения силы тока во вторичном проводнике, подключенном к первичному проводнику, средство для получения выборки измеренной силы тока; и элемент для расчета упомянутой энергии, включающий в себя средство для приема первого сообщения и выполненный с возможностью расчета энергии в течение данного периода передачи на основании упомянутого массива данных и выборок силы тока, связанных с данным периодом передачи.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения электрической энергии в цепях переменного тока для целей коммерческого учета.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам учета и контроля расхода электроэнергии. Счетчик электроэнергии (СЭЭ), потребляемой из однофазной электрической сети, состоит из микроконтроллера с подключенными к нему источником питания, блоком индикации, блоком кнопок управления индикацией, энергонезависимой памятью, блоком приема-передачи данных по стандартным информационным каналам, датчиком напряжения электрической сети и несколькими датчиками тока, подключенными к линиям, соединяющим электрическую сеть с электрическими нагрузками нескольких абонентов, при этом СЭЭ имеет цифровой сигнальный процессор (ЦСП), соединенный цифровой интерфейсной шиной с микроконтроллером и содержащий блок нескольких измерителей расхода электроэнергии, блок нескольких аналогово-цифровых преобразователей (АЦП); при этом блок АЦП содержит один АЦП для измерения напряжения электрической сети, соединенный с каждым измерителем расхода электроэнергии, и несколько АЦП для измерения тока, а каждый АЦП для измерения тока соединен с одним соответствующим ему измерителем расхода электроэнергии.
Изобретение относится к области учета потребляемой электроэнергии и контроля параметров работы электрической и информационной сетей и предназначено для использования на транспортном средстве.

Изобретение относится к мониторингу расхода энергии транспортных средств с электротягой. Устройство содержит двунаправленный счетчик электроэнергии и блок мобильной связи.

Изобретение относится к области учета за потреблением углеводородных ресурсов и переработанных из этих ресурсов продуктов, тепловой энергии, теплоносителей, а также газообразного и жидкого топлива, потребляемых энергетическими установками.

Изобретение относится к учету потерь электрической энергии электроподвижным составом. Способ определения непроизводительных потерь электроэнергии электроподвижным составом при проследовании участков с временным ограничением скорости заключается в сравнении фактического значения расхода электроэнергии при временном ограничении скорости с базовым значением расхода электроэнергии для этого же участка.

Изобретение относится к способам сбора данных при помощи радиосвязи и последующего анализа полученной информации и может быть использовано для построения информационно-аналитических систем учета потребления энергоресурсов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения заряда импульсов тока. Способ измерения заряда импульсов тока основан на сравнении измеряемых сигналов и получаемых от эталона при поочередном их подключении к устройству сравнения. В качестве эталона используют источник постоянного тока. При подключении к устройству сравнения генератора импульсов тока определяют и запоминают значение интеграла по времени измеряемых импульсов тока и временной интервал дискретизации. При подключении к устройству сравнения источника постоянного тока определяют интеграл постоянного тока при том же значении интервала дискретизации. Изменением числа дискретных значений и величины силы постоянного тока добиваются равенства отсчетов устройства сравнения, а величину заряда импульсов тока определяют как произведение силы постоянного тока, числа дискретных значений и значения интервала дискретизации. Техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение точности измерения заряда импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх