устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения

Формула изобретения

Устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее эталонный высоковольтный резистивный делитель постоянного напряжения с возможностью замыкания части резистивных элементов, источник постоянного напряжения, с которого напряжение подается на эталонный и калибруемый высоковольтные делители постоянного напряжения, и компаратор напряжений, отличающееся тем, что компаратор напряжений выполнен в виде двух преобразователей постоянного напряжения в пропорциональное ему переменное напряжение и электромагнитного компаратора тока, при этом каждый из преобразователей содержит модулятор, усилитель переменного напряжения, индуктивный делитель напряжения и демодулятор, причем напряжение от модулятора усиливается усилителем, а напряжение с выхода усилителя через индуктивный делитель напряжения подается на демодулятор, с выхода которого сигнал обратной связи подается на вход модулятора, при этом вход первого преобразователя напряжения присоединен к выходному плечу эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения, а вход второго преобразователя напряжения присоединен к выходному плечу калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения; компаратор тока выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным и присоединено через переменный резистор к выходу первого преобразователя напряжения, второе плечо выполнено многодекадным и через резистор присоединено к выходу второго преобразователя, квадратурная обмотка через конденсатор присоединена к выходу второго преобразователя напряжения, а индикаторная обмотка присоединена к нулевому индикатору.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения в широком диапазоне напряжений, используемых для коммерческого учета электроэнергии как в лабораторных условиях, так и в рабочих условиях эксплуатации.

Известно устройство для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее источник постоянного напряжения, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения с возможностью замыкания (отключения) части его элементов, вспомогательную измерительную цепь в виде многодекадного низковольтного прецизионного делителя постоянного напряжения, последовательно с которым включен добавочный высоковольтный резистор на рабочее напряжение, и нулевой индикатор [1].

Недостаток этого устройства заключается в сложности изготовления многодекадных низковольтных делителей постоянного напряжения высокой точности, а также в необходимости замыкания части резистивных элементов калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения, что не всегда обеспечивается его конструктивным исполнением.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство (прототип) для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащее эталонный высоковольтный резистивный делитель постоянного напряжения с возможностью замыкания части резистивных элементов, источник постоянного напряжения, с которого напряжение подается на эталонный и калибруемый высоковольтные делители постоянного напряжения, и компаратор напряжений [2].

Недостаток этого устройства (прототипа) заключается в сложности изготовления высокостабильных источников постоянного напряжения. При использовании источников постоянного напряжения невысокой стабильности точность прототипа резко снижается.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает повышение точности калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения в широком диапазоне измеряемых величин при использовании источников постоянного напряжения невысокой стабильности, а также конструктивное упрощение устройства для калибровки.

Эта задача решена в результате того, что в устройстве для калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения, содержащем эталонный высоковольтный резистивный делитель постоянного напряжения с возможностью замыкания части резистивных элементов, источник постоянного напряжения, с которого напряжение подается на эталонный и калибруемый высоковольтные делители постоянного напряжения, и компаратор напряжений, согласно изобретению компаратор напряжений выполнен в виде двух преобразователей постоянного напряжения в пропорциональное ему переменное напряжение и электромагнитного компаратора тока, при этом каждый из преобразователей содержит модулятор, усилитель переменного напряжения, индуктивный делитель напряжения и демодулятор, причем напряжение от модулятора усиливается усилителем, а напряжение с выхода усилителя через индуктивный делитель напряжения подается на демодулятор, с выхода которого сигнал обратной связи подается на вход модулятора, при этом вход первого преобразователя присоединен к выходному плечу эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения, а вход второго преобразователя присоединен к выходному плечу калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения; компаратор тока выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным и присоединено через переменный резистор к выходу первого преобразователя напряжения, второе плечо выполнено многодекадным и через резистор присоединено к выходу второго преобразователя напряжения, квадратурная обмотка через конденсатор присоединена к выходу второго преобразователя, а индикаторная обмотка компаратора тока присоединена к нулевому индикатору.

Калибровка высоковольтных делителей постоянного напряжения с высокой точностью и в широком диапазоне измеряемых величин с применением источников постоянного тока невысокой стабильности обеспечивается тем, что предложенное устройство представляет собой мостовую измерительную цепь, где высокая стабильность источника постоянного напряжения не требуется.

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

Устройство для калибровки делителей постоянного напряжения содержит источник постоянного напряжения 1, эталонный высоковольтный делитель постоянного напряжения 2, калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения 3, преобразователи напряжения 4, 5 и компаратор тока 6. Эталонный высоковольтный делитель постоянного напряжения 2 содержит высоковольтное плечо 7, замыкаемое плечо 8 и выходное плечо 9. Калибруемый высоковольтный делитель постоянного напряжения 3 содержит высоковольтное плечо 10 и выходное плечо 11.

Преобразователь 4 содержит модулятор 12, усилитель переменного напряжения 13, индуктивный делитель напряжения 14 и демодулятор 15. Преобразователь 5 содержит модулятор 16, усилитель переменного напряжения 17, индуктивный делитель напряжения 18 и демодулятор 19.

Выходное плечо 9 эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2 присоединено к входу модулятора 12 преобразователя напряжения 4, а выходное плечо 11 калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3 присоединено к входу модулятора 16 преобразователя напряжения 5.

Электромагнитный компаратор тока 6 выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования. Первое плечо 20 компаратора тока 6 выполнено однодекадным и через переключатель 21 и переменный резистор 22 присоединено к выходу усилителя переменного напряжения 13 преобразователя напряжения 4, второе плечо 23 компаратора тока 6 выполнено многодекадным и через переключатель 24 и резистор 25 присоединено к выходу усилителя переменного напряжения 16 преобразователя напряжения 5. Квадратурная обмотка 26 компаратора тока 6 через переключатель 27 и конденсатор 28 присоединена к выходу усилителя переменного напряжения 16 преобразователя напряжения 5, а индикаторная обмотка 29 компаратора тока 6 присоединена к нулевому индикатору 30.

Коммутация элементов эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2 производится при помощи переключателя 31. Для отключения эталонного 2 и калибруемого 3 высоковольтных делителей постоянного напряжения от источника постоянного напряжения 1 предусмотрены переключатели 32, 33.

Работа устройства для калибровки делителей постоянного напряжения заключается в следующем.

Перед операцией калибровки высоковольтных делителей постоянного напряжения производится балансировка измерительной цепи, при этом производится отключение эталонного 2 и калибруемого 3 высоковольтных делителей постоянного напряжения. От стороннего источника напряжения (не показан) на вход модулятора 12 преобразователя напряжения 4 и на вход модулятора 16 преобразователя напряжения 5 подается напряжение, номинально равное падению напряжения на выходных плечах 9, 11 эталонного 2 и калибруемого 3 высоковольтных делителей постоянного напряжения. При равенстве плеч 20, 23 компаратора тока 6 путем изменения сопротивления резистора 22 и числа ампер-витков квадратурной обмотки 26 посредством переключателя 27 производится уравновешивание измерительной цепи, что отмечается по нулевому (минимальному) показанию нулевого индикатора 30. При этом преобразователи напряжения 4, 5 преобразуют подаваемое на них постоянное напряжение при помощи соответственно модуляторов 12, 16 в переменное напряжение, которое усиливается при помощи соответственно усилителей 13, 17 и подается на плечи соответственно 20 и 23 компаратора тока 6. Переменное напряжение с выходов соответственно усилителей 13, 17, через индуктивные делители напряжения 14, 18 подается соответственно на демодуляторы 15, 19, с выхода которых сигналы обратной связи подаются на входы соответственно модуляторов 12, 16. Разность напряжений, подаваемых на модуляторы 12, 16 и сигнала обратной связи с демодуляторов 15, 19 подается соответственно на усилители 13, 17. В результате этого обеспечивается высокое входное сопротивление компаратора напряжений, выполненного в виде преобразователей 4, 5 и компаратора тока 6, температурная стабилизация измерительной цепи, а также высокая чувствительность и точность измерительной цепи.

На первом этапе измерений собирается измерительная цепь в соответствии с чертежом.

На эталонный 2 и калибруемый 3 высоковольтные делители постоянного напряжения от источника постоянного напряжения 1 подается высокое напряжение (переключатель 31 устанавливается в положение «2», переключатели 32, 33 - в положение «1»). Падения напряжения на выходных плечах 9, 11 эталонного 2 и калибруемого 3 высоковольтных делителей постоянного напряжения уравновешиваются путем регулирования числа ампер-витков плеч 20, 23 компаратора тока 6 посредством переключателей 21, 24. При этом выполняется равенство

или

где R₇, R₈ , R₉ - сопротивления соответственно высоковольтного 7, замыкаемого 8 и выходного 9 плеч эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2;

R₁₀ , R₁₁ - сопротивления соответственно высоковольтного 10 и выходного 11 плеч калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3;

K₃ - коэффициент деления калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3;

и ₁ - показания соответственно первого и второго плеч компаратора тока 6.

На втором этапе измерений производится замыкание плеча 8 эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2 (переключатель 31 устанавливается в положение «1»). Производится уравновешивание измерительной цепи путем регулирования числа ампер-витков плеча 23 компаратора тока 6 посредством переключателя 24 и составляется новое равенство

или

На третьем этапе измерений производится определение коэффициента преобразования делителя напряжения, образованного замыкаемым плечом 8 и выходным плечом 9 эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2, который заключается в сравнении сопротивлений резисторов, составляющих замыкаемое плечо 8, с сопротивлением резистора выходного плеча 9, выбранного в качестве опорного, и последующем вычислении коэффициента преобразования указанного делителя постоянного напряжения 2. В этом случае выполняется равенство

или

где R_8i - сопротивления резисторов, составляющих замыкаемое плечо 8 эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2.

Решая совместно уравнения (1), (2), (3), находим коэффициент деления K₃ калибруемого высоковольтного делителя постоянного напряжения 3:

Коэффициент деления K₂ эталонного высоковольтного делителя постоянного напряжения 2, исходя из выражений (1), (4), равен

Таким образом, предположенное техническое решение позволяет определять с высокой точностью коэффициенты деления эталонного и калибруемого высоковольтных делителей постоянного напряжения в широком диапазоне измеряемых величин с применением источников высоких постоянных напряжений невысокой стабильности.

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, №7.