Колосов Валерій Іванович. Похибки вольтметрів середньоквадратичної напруги та засоби їх випробувань

brief description

Колосов Валерій Іванович. Похибки вольтметрів середньоквадратичної напруги та засоби їх випробувань : Дис... канд. наук: 05.01.02 2009

Колосов В.І. Похибки вольтметрів середньоквадратичної напруги та засоби їх випробувань. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.02 стандартизація, сертифікація і метрологічне забезпечення. - Національний технічний університет України «КПІ», Київ, 2009.
Робота присвячена вирішенню проблеми підвищення точності вимірювань вольтметрами середньоквадратичної напруги (СКН) імпульсних спектрально насичених сигналів шляхом врахування похибок, обумовлених впливом неінформативних параметрів (НП) і їх нормування за допомогою імпульсних багатозначних мір СКН із змінними НП.
Проведено аналіз сучасного стану методів і засобів випробувань вольтметрів СКН і оцінки похибок вимірювань, обумовлених впливом НП імпульсних спектрально насичених сигналів.
Досліджено вплив НП імпульсних сигналів різних форм і моделей передавальних характеристик вхідних трактів вольтметрів, включаючи сполучний кабель, на похибки вимірювання СКН. Обгрунтовано критерії вибору форм імпульсних випробувальних сигналів із змінними НП і запропоновано підхід до нормування похибок.
Розроблені нові структурні і схемотехнічні рішення, які дозволяють підвищити точність відтворення СКН в засобах випробувань вольтметрів - імпульсних багатозначних мірах (ІБМ) із змінними НП.
Розвинені методи підвищення точності багатозначних мір постійної напруги, які використовують класичний принцип проміжного ШІМ перетворення.
Створено і упроваджено зразки ІБМ із змінними НП і покращеними метрологічними характеристиками.

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню важливої науково-практичної проблеми в галузі метрологічного забезпечення підвищенню точності вимірювання вольтметрами СКН імпульсних спектрально насичених сигналів. Головними аспектами при розв`язанні цієї проблеми є дослідження похибок вимірювання, які обумовлені впливом НП, і створення імпульсних багатозначних мір СКН із змінними НП підвищеної точності для нормування похибок вольтметрів.
В роботі отримані такі основні результати:

Проведено аналіз сучасного стану, за результатами якого встановлено, що метрологічне забезпечення вольтметрів при вимірюванні СКН імпульсних спектрально насичених сигналів не дозволяє повністю враховувати похибки від впливу НП, внаслідок чого за реальних умов експлуатації вольтметрів відбувається втрата точності вимірювань. У зв'язку з цим дослідження похибок вимірювань, обумовлених впливом НП, вибір форм випробувальних сигналів, удосконалення методик випробувань вольтметрів, а також створення засобів випробувань - імпульсних багатозначних мір СКН із змінними НП є актуальними при вирішенні важливої задачі підвищення точності вимірювань.
Проведено дослідження впливу НП імпульсних сигналів з різною спектральною насиченістю на частотні похибки вимірювань, обумовлені спотворенням спектру сигналів формою АЧХ каналу МП вольтметрів СКН. Шляхом зіставлення частотних похибок для сигналів різних форм при чотирьох моделях АЧХ показано, що максимальні похибки для всіх форм сигналів викликає модель АЧХ інерційної ланки 1-го порядку, а найбільш несприятливим щодо спричинених похибок є сигнал прямокутної форми. В результаті аналізу стало можливим спрощена оцінка широкосмуговості енергетичного спектру імпульсних сигналів, визначення частотної похибки від впливу НП і обґрунтування вибору форми випробувальних сигналів.
Проведено аналіз похибок розузгодження сполучного кабелю вольтметрів при передачі через нього СКН імпульсних спектрально насичених сигналів. Вперше отримані графічні залежності, які дозволяють для відомих відхилень вихідного опору об'єкту виміру від хвильового опору кабелю оцінювати і враховувати похибки розузгодження при вимірюванні СКН імпульсних спектрально насичених сигналів.
Досліджено вплив форми сигналів на похибки, що виникають внаслідок обмеження амплітуди імпульсних сигналів нелінійною характеристикою каналу МП. На прикладі групи сигналів різної форми показано, що найбільші похибки характерні для сигналів з плоскою вершиною, а найменші - з гострокутною вершиною. Доведено, що максимальну похибку, обумовлену обмеженням амплітуди, викликає сигнал прямокутної форми.
Для сигналів, які складаються з суми постійної і змінної складових, досліджено вплив питомого внеску постійної складової на коефіцієнт амплітуди сигналів. Показано, що, незалежно від форми сигналу, існують такі значення питомого внеску постійної складової, при яких значення коефіцієнта амплітуди сигналу перевищує значення коефіцієнта амплітуди його змінної складової. Визначено діапазон питомого внеску постійної складової з максимальними значеннями коефіцієнта амплітуди, який рекомендовано для випробувальних сигналів вольтметрів з відкритим входом.
Запропоновано і обґрунтовано підхід до нормування меж похибки вольтметрів і зон робочих значень НП при вимірюванні СКН імпульсних сигналів. Нормування виконується випробувальним сигналом найбільш несприятливої форми шляхом спільного впливу двох НП - частоти і коефіцієнта амплітуди. Визначено залежність меж похибки від спільного впливу НП в зонах робочих значень та її характерні особливості. Використання нормованої залежності забезпечує оцінку реальної похибки вимірювання імпульсних сигналів у межах зон робочих значень обох НП.
Запропоновано структурну схему ШІМ перетворювача у складі багатозначної міри постійної напруги, в якій розподіл функцій формування ШІМ сигналу і автономної стабілізації його рівнів дозволив підвищити точність відтворення постійної напруги. Проведено оптимізацію параметрів активного фільтру виділення постійної складовій ШІМ сигналу, яка підвищує швидкодію і ефективність подавлення пульсацій. Розроблено нове джерело опорної двохполярної постійної напруги з високим ступенем симетрії рівнів.
Запропоновано замкнуту структурну схему перетворювача постійної напруги в імпульсну двохполярну напругу з використанням для стабілізації його вихідних рівнів двох ВП усередненої амплітуди. У перетворювачі використано новий трифазний принцип комутації струму, завдяки якому забезпечується підвищення точності відтворення СКН двохполярних імпульсних сигналів в розширеному діапазоні частот.
Основні результати роботи використані при створенні зразків імпульсних багатозначних мір СКН (калібраторів) із змінними НП підвищеної точності, які знайшли застосування у якості технологічного устаткування для випробувань вольтметрів. Визначено метрологічні характеристики калібраторів і проведено випробування різних вольтметрів СКН за допомогою калібраторів.