устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения

Формула изобретения

Устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее регулируемый источник постоянного напряжения, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения, эталонный составной делитель постоянного напряжения на основе резистивных элементов, содержащий высоковольтное плечо, замыкаемое плечо и выходное плечо, и двухрядный компаратор напряжений, отличающееся тем, что эталонный составной делитель постоянного напряжения выполнен в виде последовательно соединенных резистивных элементов и содержит высоковольтное плечо, состоящее из трех номинально равных замыкаемых резистивных элементов, и выходное плечо, с возможностью поочередного отключения резистивных элементов высоковольтного плеча и изменения коэффициента преобразования эталонного составного делителя постоянного напряжения, при этом выходное плечо эталонного составного 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 известного 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.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее регулируемый источник постоянного напряжения, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения, эталонный составной делитель постоянного напряжения на основе резистивных элементов, содержащий высоковольтное плечо, замыкаемое плечо и выходное плечо, и двухрядный компаратор напряжений [2]. На первом этапе измерений эталонный составной делитель постоянного напряжения составляется из высоковольтного, замыкаемого и выходного плеч и измерения производятся при напряжении, равном номинальному входному напряжению калибруемого делителя постоянного напряжения; на втором этапе измерений эталонный составной делитель постоянного напряжения составляется из высоковольтного и выходного плеч и измерения производятся при напряжении, равном номинальному входному напряжению калибруемого делителя постоянного напряжения; на третьем этапе измерений производится определение коэффициента преобразования эталонного составного делителя постоянного напряжения, составленного из замыкаемого и выходного плеч, методом независимой поверки.

Недостаток известного устройства (прототипа) заключается в необходимости проводить на третьем этапе измерения независимую поверку эталонного составного делителя постоянного напряжения, составленного из замыкаемого и выходного плеч. Метод независимой поверки обеспечивает высокую точность измерения коэффициента преобразования эталонного составного делителя постоянного напряжения, однако значительно усложняет процесс калибровки и увеличивает время проведения калибровки высоковольтного делителя постоянного напряжения вследствие необходимости дополнительно выполнять некоторое количество измерений, равное количеству резистивных элементов, составляющих замыкаемое плечо эталонного составного делителя постоянного напряжения [2].

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

Эта задача решена в результате того, что в устройстве для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащем регулируемый источник постоянного напряжения, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения, эталонный составной делитель постоянного напряжения на основе резистивных элементов, содержащий высоковольтное плечо, замыкаемое плечо и выходное плечо, и двухрядный компаратор напряжений, эталонный составной делитель постоянного напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных резистивных элементов, содержит высоковольтное плечо, состоящее из трех или более номинально равных замыкаемых резистивных элементов, и выходное плечо с возможностью поочередного отключения резистивных элементов высоковольтного плеча и изменения коэффициента преобразования эталонного составного делителя постоянного напряжения. Определение коэффициента деления калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения производится по определенному алгоритму при помощи двухрядного компаратора напряжений, к зажимам первого ряда которого подключено выходное плечо эталонного составного 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 независимую поверку эталонного составного делителя постоянного напряжения, состоящего из большого количества последовательно соединенных резисторов.

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

Устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения содержит регулируемый источник постоянного напряжения 1, эталонный составной делитель постоянного напряжения 2 в виде последовательно соединенных резистивных элементов, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения 3 и двухрядный компаратор напряжения 4.

Составной эталонный делитель постоянного напряжения 2 содержит высоковольтное плечо 5, составленное из номинально равных резистивных элементов 6, 7, 8, и выходное (низковольтное) плечо 9, параллельно которому для балансировки измерительной цепи подключен подстроечный резистор 10. Резистивные элементы 6, 7, 8 высоковольтного плеча 5, составляющих большую часть измерительной цепи составного эталонного делителя постоянного напряжения 2, причем каждый из указанных элементов может состоять из большого числа отдельных резисторов. Знать точные значения резистивных элементов 6, 7, 8 высоковольтного плеча 5, составляющих большую часть измерительной цепи составного эталонного делителя постоянного напряжения 2, а также величину их отношения не требуется. Калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения 3 содержит высоковольтное плечо 11 и выходное (низковольтное) плечо 12. Выходное плечо 9 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 подключено к зажимам 13 первого ряда двухрядного компаратора напряжений 4, а выходное плечо 12 калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3 подключено к зажимам 14 второго ряда двухрядного компаратора напряжений 4. Для коммутации резистивных элементов эталонного составного делителя постоянного напряжения предусмотрены переключатели 15, 16, 17 (на схеме показаны условно).

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

На первом этапе измерений собирается схема в соответствии с чертежом, при этом переключатели 15, 16, 17 устанавливаются в положение «2». От регулируемого источника постоянного напряжения 1 на схему подается напряжение, равное номинальному входному напряжению калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3. Падение напряжения на выходных плечах 9 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 и 12 калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3 измеряется при помощи двухрядного компаратора напряжения 4. Выполняется равенство:

где R₆, R₇, R₈ - сопротивления соответственно резистивных элементов 6, 7, 8 высоковольтного плеча 5 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2;

R₉ - сопротивление выходного плеча 9 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2;

R₁₁, R₁₂ - сопротивления соответственно высоковольтного 11 и выходного 12 плеч калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3;

U₁₃, U ₁₄ - показания соответственно первого 13 и второго 14 рядов двухрядного компаратора напряжения 4.

Уравнение (1) можно представить в виде:

где К₃ - коэффициент деления калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3;

₁=U_13-1/U_14-1 - отношение показаний рядов двухрядного компаратора напряжений 9.

На втором этапе измерений производится замыкание резистивного элемента 6 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 (переключатель 15 устанавливается в положение «1», переключатели 16, 17 - в положение «2»). Падение напряжения на выходном плече 9 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 измеряется при помощи двухрядного компаратора напряжения 4. Выполняется новое равенство:

Уравнение (3) можно представить в виде:

На третьем этапе измерений производится замыкание резистивного элемента 7 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 (переключатель 16 устанавливается в положение «1», переключатели 15, 17 - в положение «2»). Падение напряжения на выходном плече 9 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 измеряется при помощи двухрядного компаратора напряжения 4. Выполняется новое равенство:

Уравнение (5) можно представить в виде:

На четвертом этапе измерений производится замыкание резистивного элемента 8 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 (переключатель 17 устанавливается в положение «1», переключатели 15, 16 - в положение «2»). Падение напряжения на выходном плече 9 эталонного составного делителя постоянного напряжения 2 измеряется при помощи двухрядного компаратора напряжения 4. Выполняется новое равенство:

Уравнение (7) можно представить в виде:

Решая совместно уравнения (2), (4), (6), (8), находим коэффициент преобразования К₃ калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3 по полученным значениям ₁, ₂, ₃, ₄:

Коэффициент преобразования эталонного составного делителя постоянного напряжения 2, исходя из выражений (1), (9), равен:

Особенность разработанного устройства для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения заключается в том, что в процессе проведения измерений не требуется долговременная стабильность эталонного составного делителя постоянного напряжения 2, так как коэффициент преобразования эталонного составного делителя постоянного напряжения определяется непосредственно в процессе калибровки высоковольтного делителя постоянного напряжения.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает упрощение процесса калибровки и сокращает время калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения.

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. Нефедьев Д.И. Метрологическое обеспечение высоковольтных делителей постоянного напряжения// Датчики и системы, 2004, №1.