устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения

Формула изобретения

Устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее регулируемый источник постоянного напряжения, вспомогательный делитель постоянного напряжения, состоящий из последовательно соединенных стабилитронов, и стабилизатор тока, параллельно которому подключен вольтметр, отличающееся тем, что в нем вспомогательный делитель постоянного напряжения выполнен в виде последовательно соединенных стабилитронов с возможностью отключения части стабилитронов и изменения коэффициента деления вспомогательного делителя постоянного напряжения, и выходное плечо вспомогательного делителя постоянного напряжения подключено к зажимам первого ряда двухрядного компаратора напряжений, а выходное плечо калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения подключено к зажимам второго ряда двухрядного компаратора напряжений.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения в широком диапазоне измеряемых величин.

Известно устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения с возможностью замыкания части его резистивных элементов, вспомогательный делитель постоянного напряжения в виде многодекадного низковольтного делителя постоянного напряжения и добавочного резистора на рабочее напряжение, подключенный параллельно калибруемому делителю, и нулевой индикатор [1].

Недостаток этого устройства заключается в сложности изготовления многодекадного низковольтного делителя постоянного напряжения высокой точности, а также в необходимости замыкания части резистивных элементов калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения, что не всегда обеспечивается его конструкцией.

Известно устройство (прототип) для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее регулируемый источник постоянного напряжения, вспомогательный делитель постоянного напряжения, состоящий из последовательно соединенных стабилитронов, и стабилизатор тока, параллельно которому подключен вольтметр [2].

Недостаток известного устройства (прототипа) заключается в сложности его калибровки, а также в необходимости тщательного подбора стабилитронов высоковольтного блока с целью минимизации погрешности устройства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает упрощение процесса калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения и устройства в целом.

Эта задача решена в результате того, что в устройстве для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащем регулируемый источник постоянного напряжения, вспомогательный делитель постоянного напряжения, состоящий из последовательно соединенных стабилитронов, и стабилизатор тока, параллельно которому подключен вольтметр, вспомогательный делитель постоянного напряжения выполнен в виде последовательно соединенных стабилитронов с возможностью отключения части стабилитронов и изменения коэффициента деления вспомогательного делителя постоянного напряжения. Определение коэффициента деления калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения производится при помощи двухрядного компаратора напряжений, к зажимам первого ряда которого подключено выходное плечо (выходной стабилитрон) вспомогательного делителя постоянного напряжения, а к зажимам второго ряда - выходное плечо калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения.

Упрощение процесса калибровки высоковольтного делителя постоянного напряжения обеспечивается тем, что в процессе эксплуатации устройства не требуется производить калибровку вспомогательного делителя постоянного напряжения, состоящего из большого количества последовательно соединенных стабилитронов.

На чертеже приведена схема устройства для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения.

Устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения содержит регулируемый источник постоянного напряжения 1, добавочный резистор 2, вспомогательный делитель постоянного напряжения 3 в виде последовательно соединенных стабилитронов, составленный из высоковольтного плеча 4, замыкаемого плеча 5 и выходного (низковольтного) плеча 6, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения 7, составленный из высоковольтного плеча 8 и выходного (низковольтного) плеча 9, и двухрядный компаратор напряжения 10. Выходное плечо 6 вспомогательного делителя постоянного напряжения 3 подключено к зажимам 11 первого ряда двухрядного компаратора напряжений 10, а выходное плечо 9 калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 7 подключено к зажимам 12 второго ряда двухрядного компаратора напряжений 10. Коммутация элементов вспомогательного делителя постоянного напряжения осуществляется при помощи переключателя 13 (на схеме показан условно).

Работа устройства для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения заключается в следующем.

На первом этапе измерений собирается схема в соответствии с чертежом, при этом переключатель 13 устанавливается в положение 2. От регулируемого источника постоянного напряжения 1 на схему подается напряжение, равное номинальному входному напряжению калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 7. При помощи добавочного резистора 2 в цепи вспомогательного делителя постоянного напряжения 3 выставляется рабочий ток. При этом на стабилитронах, составляющих вспомогательный делитель постоянного напряжения 3, устанавливается падение напряжения, равное напряжению стабилизации стабилитронов. Падение напряжения на выходных плечах 6, 9 вспомогательного 3 и калибруемого 7 делителей постоянного напряжения измеряется при помощи двухрядного компаратора напряжения 10.

Выполняется равенство:

где U₄, U₅, U₆ - падения напряжения соответственно на высоковольтном 4, замыкаемом 5 и выходном 6 плечах вспомогательного делителя напряжения 3;

R₈, R₉ - сопротивления соответственно высоковольтного 8 и выходного 9 плеч калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 7;

U₁₁, U₁₂ - показания соответственно первого 11 и второго 12 рядов двухрядного компаратора напряжения 10.

Уравнение (1) можно представить в виде:

где К₇ - коэффициент деления калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 7;

₁=U_11-1/U_12-1 - отношение показаний рядов двухрядного компаратора напряжений 9.

На втором этапе измерений производится замыкание части стабилитронов 5 вспомогательного делителя постоянного напряжения 3 (переключатель 13 устанавливается в положение 1). От регулируемого источника постоянного напряжения 1 на схему подается такое напряжение, при котором падение напряжения на высоковольтном 4 и выходном 6 плечах вспомогательного делителя постоянного напряжения 3 осталось бы неизменным. Падение напряжения на выходном плече 8 калибруемого делителя постоянного напряжения 6 измеряется при помощи двухрядного компаратора напряжения 10. Выполняется новое равенство:

Уравнение (3) можно представить в виде:

где ₂=U_11-2/U_12-2 - отношение показаний рядов двухрядного компаратора напряжений 10.

На третьем этапе измерений производится определение коэффициента преобразования вспомогательного делителя постоянного напряжения 3, составленного из замыкаемого плеча 5 и выходного плеча 6, методом автономной (независимой) поверки:

где ₃ - коэффициент преобразования вспомогательного делителя постоянного напряжения 3, составленного из замыкаемого плеча 5 и выходного плеча 6;

U_5i - напряжение стабилизации стабилитронов замыкаемого плеча 5 вспомогательного делителя постоянного напряжения 3;

U₆ - напряжение стабилизации стабилитрона выходного плеча 6 вспомогательного делителя постоянного напряжения 3.

Уравнение (5) можно представить в виде:

Решая совместно уравнения (2), (4), (6), находим коэффициент деления К₇ калибруемого делителя постоянного напряжения 7 по полученным значениям ₁, ₂, ₃:

Коэффициент деления вспомогательного делителя постоянного напряжения, исходя из выражений (1), (7), равен:

Особенность разработанного устройства для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения заключается в том, что в процессе проведения измерений не требуется долговременная стабильность вспомогательного делителя постоянного напряжения 3, обусловленная стабильностью вольтамперных характеристик стабилитронов, примененных в делителе, а коэффициент деления вспомогательного делителя постоянного напряжения определяется непосредственно в процессе калибровки высоковольтного делителя постоянного напряжения.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает возможность калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения в широком диапазоне измеряемых величин.

Источники информации

1. Журавлев Э.Н. Методы и средства измерений высоких напряжений постоянного тока и их метрологическое обеспечение. - М.: Машиностроение, 1982. - С.45-52.

2. Журавлев Э.Н. Измеритель высокого напряжения/Э.Н.Журавлев, Ю.М.Твердов, В.С.Штиллерман. А.С. №661335 (СССР). Опубликовано в Б.И., 1979, №17.