Как померить частотомером высокое напряжение: Методы и средства измерения частоты

Содержание

ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР-МУЛЬТИМЕТР | Техника и Программы

В. СУЕТИН

Функциональные возможности цифрового частотоме­ра можно значительно расширить с помощью измеритель­ного устройства, описание которого дано ниже.

Устройство позволяет измерять постоянное и перемен­ное напряжение и ток, а также сопротивление и емкость. Диапазон измерений постоянных напряжений — от 0,1 мВ до 1000 В (верхние пределы 1, 10, 100 и 1000 В), перемен­ных — от 1 мВ до 300 В (верхние пределы 1, 10, 100 и 300 В). Входное сопротивление устройства 2,2 МОм.

Диапазон измерений постоянных токов — от 0,1 мкА до 1 А, переменных — от 1 мкА до 1 А. Пределы измере­ний: 1, 10, 100 и 1000 мА. Падение напряжения на входе устройства при измерении токов — 100 мВ.

Диапазон измерений сопротивлений — от ОД Ом до 10 МОм (пределы 1, 10, 100 кОм, 1 и 10 МОм), eмкoc­тей — от 1 пФ до 1 мкФ (пределы 1, 10, 100 и 1000 нФ).

Основная погрешность измерений не превышает 0,1%.

Рис. 1. Структурная схема прибора

Разрешающая способность — 0,01% конечного значения предела измерений.

Определение полярности напряжения и тока произво­дится автоматически, выбор пределов измерения — вруч­ную. Отсчет при времени измерения 0,1 с — трехразряд­ный и при 1 с — четырехразрядный.

В основу работы устройства положен частотно-им­пульсный метод. Он заключается в преобразовании из­меряемого параметра в пропорциональное значение час­тоты с последующим измерением средней частоты за определенный интервал времени. Измерительную цепь включают в контур автоколебательной системы, частота колебаний которой является выходной величиной преоб­разования. По существу устройство состоит из целого ря­да преобразователей, речь о которых и пойдет дальше.

Устройство выполнено на полупроводниковых элемен­тах с широким использованием линейных интегральных микросхем.

Структурная схема устройства приведена на рис. 1. Оно состоит из входных делителей тока 1 и напряже­ния 3, усилителя 2 с коэффициентом усиления, равным пяти, входного повторителя 4, линейного выпрямителя (повторителя 5, усилителя

6 с коэффициентом усиления, равным пяти, фильтра 7), модулятора 8, определителя полярности (усилителя 9, порогового устройства 10), фазотгявертора 11 и преобразователя UС7?-параметров в частоту 12,

Измеряемое напряжение положительной или отрица­тельной полярности через входной делитель напряже­ния 3 поступает на входной повторитель 4, который при коэффициенте передачи, равном 1, обладает высоким вход­ным и низким выходным сопротивлениями. Далее напря­жение подается на модулятор 8, где постоянное напря­жение преобразуется в разнополярное с амплитудой, пропорциональной измеряемому напряжению. Преобразо­ватель UСR-параметров преобразует это напряжение з частоту, которая измеряется затем частотомером за опре­деленный интервал времени.

При измерении тока на образцовом резисторе входно­го делителя

1 создается падение напряжения, пропорцио­нальное измеряемому току. Это напряжение усиливается усилителем 2 и подается через переключатель В2б на модулятор 8.

Рис. 2. Принципиальная схема прибора

Определитель полярности автоматически выявляет по­лярность входного сигнала и индицирует знак «+» или « — ». Кроме того, он в зависимости от полярности вход­ного сигнала инвертирует управляющий сигнал, подавае­мый на модулятор, что необходимо для правильной рабо­ты преобразователя UСR-параметров.

В случае измерения переменных напряжений и токов сигналы поступают по тем же каналам, однако перед мо­дулятором они предварительно преобразуются линейным выпрямителем в постоянные.

Принципиальная схема устройства показана на рис. 2.

Входные делители (напряжения — высокоом-ный, тока — низкоомный) служат для расширения пре­делов измерения. Входной делитель напряжения — час-тотнокомпенсированный.

Входной повторитель выполнен на микро­схеме МС4. Высокое входное сопротивление повторителя достигается благодаря наличию на входе микросхемы подобранной пары полевых транзисторов. Повторитель охвачен 100%-ной обратной связью (с выхода на инвер­тирующий вход). При коэффициенте усиления 20 000 по­вторитель обладает очень низкой погрешностью в пере­даче входного напряжения и имеет очень высокое вход­ное сопротивление. Напряжение смещения нуля микро­схемы балансируют подстроечным резистором R22.

На входе повторителя имеется две системы защиты: одна от помех нормального вида, другая от перегрузок по входу. Ослабление помех, в основном промышленной частоты 50 Гц, достигается применением фильтра, состоя­щего из двойного Т-моста (элементы

R24 R26, С5 С8) с включенным на его входе Г-образным RC фильт­ром (резистор R27, конденсатор С9). Защита от пере­грузок по входу осуществляется диодами ДЗ Д6 и ре­зисторами фильтра или резистором R23.

Модулятор, преобразующий постоянное напряже­ние в разнополярный сигнал, выполнен на микросхеме МС5. Коммутация осуществляется линейными ключами, в качестве которых применены полевые транзисторы Т1 и Т2. Благодаря высокому входному сопротивлению по­левых транзисторов отпадает необходимость в трансфор­маторной развязке измеряемого и управляющего сигна­лов. Кроме того, применение полевых транзисторов по­вышает чувствительность и расширяет динамический диапазон преобразования, так как с их помощью можно коммутировать сигналы очень малого уровня.

Управляются полевые транзисторы по цепям затво­ров напряжением, поступающим с фазоинвертора. Управ­ляющий сигнал, синхронный с выходной частотой, — разнополярный. В отрицательный полупериод управляю­щего сигнала открывается транзистор

Т2, измеряемое напряжение подается на неинвертирующий вход микро­схемы МС5 и после усиления выделяется на выходе в той же фазе. В этот полупериод к затвору полевого транзистора прикладывается напряжение, закрывающее его. При положительном напряжении на затворах откры­вается транзистор 77, измеряемое напряжение поступает на инвертирующий вход микросхемы МС5 и после уси­ления выделяется на выходе в противофазе.

Таким образом, на выходе модулятора выделяется двухполярное напряжение, величина которого пропор­циональна входному напряжению. Коэффициенты уси­ления по обоим входам выравнивают подстроечным рези­стором R45.

Определитель полярности выполнен на ми­кросхеме МС6. Операционный усилитель охвачен обрат­ной связью по постоянному току. При таком включении усилитель имеет максимальный коэффициент усиления. С целью более четкого выявления знака полярности при измерении малого входного сигнала на выходе определителя включено пороговое устройство, выполненное на туннельном диоде

Д13. Эмиттерный повторитель на тран­зисторе ТЗ усиливает сигнал по току. Индикаторные лам­пы Л1 ЛЗ включены в коллекторные цепи транзисто­ров Т4, Т5.

Фазоинвертор выполнен на транзисторе Т6. В его задачу входит инвертирование управляющего сигнала модулятора в зависимости от полярности измеряе­мого сигнала. Питается фазоинвертор напряжениями, снимаемыми с коллекторов транзисторов Т4 и Т5. При подаче положительного напряжения на коллектор, а от­рицательного на эмиттер такой каскад работает как обычный эмиттерный повторитель, так что полярность выходной импульсной последовательности такая же, как и входной. Если к коллектору такого каскада при­ложить отрицательное напряжение, а к эмиттеру — поло­жительное, то коллектор начинает действовать как эмит­тер, а эмиттер — как коллектор, теперь каскад становит­ся инвертирующим усилителем, у которого резистор

R70 действует как коллекторная нагрузка. Выходное напря­жение сдвигается по фазе на 180° относительно входного.

Следовательно, в зависимости от полярности входного напряжения осуществляется инвертирование управляю­щего сигнала, поступающего на модулятор.

Линейный выпрямитель выполнен на микро­схемах МС2 и МСЗ. Он преобразует в-ходной сигнал из двухполярного (синусоидального) в однополярный (пуль­сирующий) . Выпрямление — двухполупериодное. Это реализовано путем переключения диодов Д7 и Д8, кото­рые управляются входным сигналом и коммутируют выход микросхемы МС2 между двумя входами

МСЗ.

Положительный входной сигнал закрывает диод Д7, открывает Д8 и тем самым подключает выход микросхе­мы МС2 к неинвертирующему входу микросхемы МСЗ, увеличивая тем самым коэффициент усиления операцион­ного усилителя. Отрицательный входной сигнал, наоборот, закрывает диод Д8, открывает Д7 и выход микросхемы МСЗ подключается к инвертирующему входу микросхе­мы, тем самым уменьшая коэффициент усиления. Напря­жение на выходе микросхемы МСЗ всегда остается по­ложительным.

Двойным Г-образным RC фильтром (R42, С15 и R43, R44, С16) из выпрямленного напряжения выделяют по­стоянную составляющую. Так как имеется достаточный запас по напряжению, фильтрация весьма эффективна и без применения активного фильтра.

Преобразователь ток — напряжение вы­полнен на калиброванном шунте (резисторы

Rl R4] и операционном усилителе МС1. Образцовые резисторы шунта взяты с таким расчетом, чтобы падение напряже­ния на них составляло 100 мВ при предельной величине измеряемого тока. Полярность напряжения на выходе операционного усилителя такая же, что и на входе. Дио­ды Д1 и Д2 защищают операционный усилитель от пе­регрузок по входу.

Преобразователь VCR-параметров в частоту является одним из основных узлов, опреде­ляющих точность измерений устройства. До недавнего времени, когда число измеряемых параметров по роду работы было ограниченным, более широкое применение имело такое построение приборов, когда все измеряемые параметры приводились к одному, чаще всего к напря­жению постоянного тока, а последнее непосредственно преобразовывалось в частоту или период.

Сейчас же, когда функциональные возможности при­бора постоянно расширяются, измерение таких парамет­ров, как емкость и индуктивность, на постоянном токе встречает определенные трудности. Кроме того, приборам с преобразователем параметров в постоянный ток свой­ствен сравнительно большой суммарный дрейф усилите­лей и интегратора, в результате чего появляется необхо­димость в дополнительном узле автоматической коррек­ции нуля.

Все это приводит к тому, что в настоящее время для улучшения метрологических характеристик преобразова­телей переходят к построению преобразователей на основе коммутационного способа с переменой знака ин­тегрирования. При этом способе измерительную цепь включают в замкнутую автоколебательную систему, гене­рирующую релаксационные колебания, пропорциональ­ные величине измеряемого параметра. В результате про­цесс преобразования RС-параметров в частоту прибли­жается к процессу их измерения на переменном токе. Главное достоинство данного способа в том, что погреш­ность преобразования, обусловленная дрейфом нуля опе­рационных усилителей, значительно меньше, так как под воздействием напряжения дрейфа один из полупериодов увеличивается, а другой — уменьшается, а в целом пе­риод остается практически постоянным.

В данном приборе содержится три преобразователя: напряжения в частоту, емкости в частоту и сопротивле­ния в частоту. Каждому из них свойствен свой собст­венный алгоритм работы. Однако с целью упрощения конструкции все они выполнены на одной элементной базе.

Структурные схема преобразователей и временные диаграммы напряжений в характерных точках преоб­разователей, поясняющих их работу, приведены на рис. 3 — 5.

Преобразователь напряжения в частоту (рис. 3) со­стоит из интегратора 2 с эмиттерным повторителем 1 на входе, устройства сравнения 5, формирователя опорного напряжения 4, делителя опорного напряжения R1R2 и усилителя мощности 5. Измеряемая величина, преобра­зованная предварительно модулятором в разнополярный сигнал, подается через эмиттерный повторитель на вход интегратора. Основу интегратора составляет операцион­ный усилитель с интегрирующей RС-цепочкой в цепи об­ратной связи. Эмиттерный повторитель на входе увели­чивает входное сопротивление интегратора, а следова­тельно, и точность выполнения интегрирования.

С интегратора полученное линейно изменяющееся напряжение поступает на вход 1 устройства сравнения. На второй вход этого устройства подается пороговое напряжение Uuс делителя R1R2.

В момент достижения линейно изменяющимся на­пряжением уровня Uaизменяется полярность напряже-

ния на выходе устройства сравнения и как следствие изменяется полярность порогового напряжения Unи из­меряемого напряжения Ux(через цепь фазоинвертор — модулятор). Далее процесс повторяется с чередованием знаков перепадов напряжений.

Формирователь опорного напряжения устанавливает уровни разнополярного напряжения строго определен­ной величины.

Рис 3. Структурная схема преобразователя напряжения в частоту и эпюры напряжений

Из временных диаграмм видно, что увеличению на­пряжения Uxсоответствует увеличение скорости интегри­рования напряжения, уменьшение периода импульсной последовательности, т. е. увеличение выходной частоты.

Преобразователь емкости в частоту (рис. 4) состоит из тех же узлов, что и рассмотренный преобразователь, но в него добавлен второй интегратор 6 и эмиттерный повторитель 7. Включение последнего обусловлено сле­дующим. Непосредственно величина Сх прямо пропор­циональна периоду и обратно пропорциональна частоте. Но так как за основу устройства положен частотно-импульсный метод, т. е. увеличению измеряемого пара­метра должно соответствовать увеличение частоты, за­висимость Схот частоты необходимо изменить. Это и до­стигается вторым интегратором.

На вход интегратора 6 подается сформированный по амплитуде сигнал U0. Постоянная времени Rv&CvQ, по­стоянна, следовательно, и скорость интегрирования ли­нейно изменяющегося напряжения на выходе второго интегратора также всегда постоянна. Поэтому малой частоте соответствует большая амплитуда треугольного напряжения на интеграторе 6 и наоборот.

Измеряемая емкость Схвключена между выходом второго интегратора и входом интегратора 2, отрица­тельная обратная связь в котором осуществляется через образцовый конденсатор С0. При достаточно больших коэффициентах усиления используемых усилителей по­стоянного тока частота выходных импульсов может быть определена из выражения: f = CxUo/C0UnT2, где Т2 — постоянная времени интегрирующей цепи RnzCnz-

Преобразователь сопротивления в частоту (рис. 5) по сравнению с предыдущим преобразователем не со­держит ни второго интегратора, ни делителя опорного напряжения. Получение линейной зависимости преобра­зования сопротивления в частоту достигается благодаря своеобразному использованию неинвертирующего входа интегратора.

Разнополярные напряжения выходного напряжения с амплитудой uq подаются непосредственно на инверти­рующий вход и через делитель, состоящий из образцо­вого и измеряемого резисторов (R0и Rx)tна неинвер­тирующий вход интегратора. Напряжение на выходе интегратора изменяется линейно со скоростью пропор­циональной разности напряжений на его входах.

Выходное напряжение с интегратора подается на вход 2 устройства сравнения. Вход 1 соединен с общим проводом. Срабатывание устройства сравнения происходит в момент, когда линейно изменяющееся напряже­ние достигает нулевого уровня. В результате этого изме­няется полярность его выходного напряжения, а также полярность скачка напряжения на выходе интегратора и знак, производной его линейно изменяющегося напря­жения. В течение одного периода таких скачков два: один — положительный, другой — отрицательный.

Рис. 4. Структурная схема преобразователя емкости в частоту и эпюры напряжений

Таким образом, при увеличении сопротивления Rx уменьшается напряжение на входе 2 интегратора, увели­чивается разность напряжения на его входах, уменьша­ется амплитуда скачка, увеличивается скорость измене­ния напряжения на выходе интегратора, увеличивается частота выходных колебаний. Последняя может быть определена из выражения: f = Rx/4т1Ro, где ti — посто­янная времени интегрирующей цепи RцСи, Ro — сопротивление образцового резистора, который переключается в зависимости от предела измерений.

При измерении малых сопротивлений измерительная цепь становится низкоомной, увеличение нагрузочной способности устройства достигается применением на вы­ходе усилителя мощности 5, который фактически явля­ется преобразователем напряжения в ток.

Принципиальная схема преобразователей приведена на рис. 6. Эмиттерные повторители, стоящие на входах интеграторов, выполнены на микросхемах МС7 и М.С10. Для снижения напряжения на переходах транзисторов до допустимой величины объединенные коллекторы под­ключены к источнику питания через делитель R110R98. Эмиттерный ток транзисторов микросхемы МС7 задает­ся резисторами R91 и R92.

Интеграторы выполнены на операционных усилите­лях МС8 и МОП. Балансировка микросхемы МС8 произ­водится подстроечным резистором R93. Стабилизация рабочей точки операционного усилителя МС11 по посто­янному току осуществляется благодаря цепи обратной связи (элементы R108, R109, СЗЗ, С34).

Устройство сравнения выполнено на микросхеме МС9. С его выхода сигнал поступает на фазоинвертор и формирователь опорного напряжения UQ. Последний вырабатывает разнополярные импульсы со стабильной амплитудой. Стабилизация амплитуды осуществляется кремниевым стабилитроном, включенным в диагональ диодного моста Д15 Д18. Ветви моста переключают­ся входными импульсами. Положительные сигналы ог­раничиваются, когда открыты диоды Д15 и Д18, отри­цательные — при открытых Д16 и Д17.

Ограниченная таким образом импульсная последова­тельность поступает на усилитель мощности — составной транзистор, выполненный на параллельно включенных транзисторах 77, Т8 и Т9, Т10, соединенных по схеме эмиттерного повторителя, и делитель R96R97, с которого снимается пороговое напряжение Uп.

Рис. 5. Структурная схема преобразователя сопротивления в частоту и эпюры напряжений

Указанное на схеме положение переключателей со­ответствует режиму измерения напряжения. Нажатием кнопочного переключателя В2-4 устройство переводится в режим измерения емкости. В цепь обратной связи ми­кросхемы МС8 в зависимости от предела измерений подключается один из конденсаторов С25 С28. Последовательно с конденсаторами включены резисторы R87, R88. Они частично компенсируют погрешность нелиней­ности преобразования, обусловленную конечными зна­чениями коэффициента усиления и полосы пропускания операционных усилителей, на которых выполнены инте­граторы. Сопротивление указанных резисторов подби­рают экспериментально.

Нажатием кнопки В2-5 устройство переводится в ре­жим измерения сопротивлений. Образцовые резисторы R82 R86 определяют пределы измерения сопротивле­ний. Кнопочный переключатель В4 «Проверка» предна­значен для контроля работоспособности прибора. В ре­жиме измерения сопротивлений этим переключателем отключается измеряемый резистор и подключается внут­ренний, образцовый резистор R74 сопротивлением 1 кОм. В режиме измерения емкостей параллельно входным гнездам «Сх» подключаются конденсаторы С23 и С24, суммарная емкость которых вместе с входной емкостью устройства равна 100 пФ. В этом же положении произ­водится измерение емкостей менее 100 пФ. В противном случае входная емкость устройства вносит значительную погрешность при измерении малых емкостей.

Детали и конструкция. На детали устройства следует обратить особое внимание, поскольку ими во многом определяются качественные показатели измерений. Важ­но не только выполнить делитель с высокой точностью, но и выбрать такие типы элементов, которые бы име­ли минимальные температурные коэффициенты и токи утечки.

К транзисторам и диодам особых требований не предъявляется, и они могут быть заменены другими, ана­логичными по структуре и мощности. Следует лишь огра­ничить для транзистора Т6 коэффициент передачи тока до 15 — 30, а диоды ДЗ и Д4 выбирать с возможно боль­шими обратными сопротивлениями. Туннельный диод АИ301В можно заменить на АИ301Б, диоды КД503 — на КД509, КД522.

Переключатель В1 — галетный 5П4НПМ; В2, В4 — кнопочные П2К- Лампы Л1 — «775 — НСМ50 (10 В; 50 мА).

Трансформатор питания намотан на сердечнике УШ12X24. Обмотка I содержит 3600 витков провода ПЭВ 0,1, II и III — по 250 витков провода ПЭВ 0,31.

Рис. 6. Принципиальная схема преобразователей

Конструктивно измерительное устройство можно вы­полнить в виде приставки или, что значительно удобней, вмонтировать во внутрь цифрового частотомера. Авто­ром был использован промышленный счетный прибор ПСО2-2еМ, выполненный на интегральных схемах. В нем были изъяты три платы: первая и шестая декады и вход­ное устройство. На их месте и было размещено данное устройство. Были добавлены также источники питания + 6 и +12 В. На переднюю панель вынесен переключа­тель рода работы, на заднюю — все гнезда и переключа­тель пределов. Однако это не создает неудобств в рабо­те, так как положение пределов измерений индицируется переносом запятой.

Время измерения — 0,1 и 1 с. Ручное управление до­полнено автоматическим с временем индикации 1, 2 и 4с. Введен также режим, когда данный прибор работает как электронные часы.

Платы выполнены печатным способом на фольгиро-ванном стеклотекстолите толщиной 1,5 мм. Монтаж дву­сторонний. Детали переключаемых делителей, входного фильтра и времязадающих цепей расположены на от­дельной плате, которая размещена около переключателя В1. Входную высокоомную цепь целесообразно подклю­чить не через общий разъем РГП, а установить на плате фторопластовую стойку, к которой припаять детали, и неразъемным экранированным кабелем соединить непо­средственно с переключателем ВЗ.

Налаживание устройства не сложно, но требует боль­шой аккуратности и чистоты работы. Обязательными приборами для настройки должны быть цифровой часто­томер и осциллограф с открытым входом и высокой чув­ствительностью (около 10 мВ).

Налаживать устройство рекомендуется по узлам. Сна­чала проверяют источники питания. Режимы работы ми­кросхем и транзисторов по постоянному току, а также форму сигналов в динамическом режиме проверяют ос­циллографом.

Узлы просты и начинают работать сразу, требуется только уточнить режим их работы. У микросхем в.первую очередь проверяют напряжение на их выходе. Для балан­сировки выходного напряжения почти каждая микросхе­ма имеет подстроечный резистор напряжения смещения.

Преобразователь сопротивления в частоту настраивают при нажатом переключателе В2-5 «Измерение Rx». Устанавливают переключатель поддиапазонов В1 в по­ложение «10», В4 — в положение «Проверка». Узел МС7 МС11 и усилитель мощности переходят в авто­колебательный режим с частотой следования импульсов около 1 кГц. Просматривают форму напряжений на вы­ходах и входах всех узлов, используемых в этом режиме. Симметричность амплитуд выходных импульсов обес­печивается стабилитроном Д19. Подстроечным резисто­ром R77 точно устанавливают выходную частоту 1 кГц, соответствующую сопротивлению образцового резистора R74 1 кОм. Если предела регулировки не хватает, под­бирают резистор R76.

Затем проверяют линейность характеристики преоб­разования по поддиапазону. Для этого выключают ре­жим «Проверка» и ко входу «Rх» (гнезда Гнб и Гн7) подключают набор резисторов, переключаемых вспомо­гательным переключателем, с номиналами сопротивле­ний от 0,1 Ом до 10 МОм и декадным шагом. Все восемь резисторов должны быть предварительно измерены об­разцовым прибором с точностью до четырех знаков. При налаживании следует руководствоваться этими величи­нами. Такой набор резисторов позволяет просматривать любой поддиапазон в четырех-пяти точках.

Для ускорения настройки целесообразно резисторы R81 и R90 временно заменить переменными с сопротивле­ниями 10 кОм и 100 Ом.

Выравнивание характеристики в области малых со­противлений (частот) производят резистором R81. Здесь же на возможно малых частотах устанавливают равенство полупериодов-выходного сигнала с помощью резистора R93. Если это выполнить не точно, то уже при частоте 3 — 6 Гц колебания срываются (нормальным счи­тается, если срыв происходит на частоте около 1 Гц).

Наклон характеристики в области больших сопротив­лений (частот) устанавливают подбором резистора R90. Следует учесть, что этот резистор оказывает заметное влияние и на средние частоты, поэтому при каждом изме­нении его сопротивления необходимо заново устанавли­вать частоту 1 кГц. Настройка считается законченной, если показания прибора в контрольных точках поддиа­пазона 10 и 1 кОм, 100 и 10 Ом отличаются не более чем на единицу от величин образцовых резисторов. Динами­ческий диапазон линейной характеристики 80 дБ. Вре­менные переменные резисторы R81 и R90 заменяют соот­ветствующими постоянными.

Линейность характеристики преобразования на дру­гих поддиапазонах сохраняется. Вся регулировка здесь сводится только к уточнению сопротивлений резисторов R82, R84 — R86.

Преобразователь емкости в частоту налаживают ана­логично при нажатом переключателе «Измерение Сх»-Ко входу «Сж» (гнезда Гнб и Гн4] подключают набор конденсаторов с емкостями от 1 пФ до 1 мкФ и декад­ным шагом, также предварительно измеренных образцо­вым прибором. Налаживание на одном из поддиапазо­нов, например, 10 нФ (0,01 мкФ) производят: в средней части — резистором R103, в области больших емкостей (частот) — подбором R87 (R88).

Динамический диапазон измерения емкостей уже и составляет 60 дБ. На частотах ниже 10 Гц наблюдается ограничение вершин треугольного напряжения на выхо­де микросхемы MCtl (вывод 5), что приводит к нели­нейности характеристики преобразования. Если ограни­чение начинается с одной стороны (сверху или снизу) раньше, чем с другой, симметрирование производят под­бором резистора R103.

Налаживание на других поддиапазонах заключается в уточнении интегрирующих конденсаторов С25, С27 и С28.

Далее калибруют величину контрольной емкости «100 пФ». Для этого переключатель пределов устанав­ливают в положение «1нФ» и подключают ко входу «Ся» образцовый конденсатор 100 пФ. Нажатием и от-жатием кнопки «Проверка» и поворотом ротора подстро-ечного конденсатора С24 добиваются такого положения, при котором к показаниям частотомера добавляется ров­но 1000(100).

Преобразователь напряжения в частоту налаживают в положении «Измерение Ux». Свободный вход фазоин-вертора (R71, С22) временно соединяют с корпусом. К выводу 8 микросхемы МС4 подключают осциллограф. Подают питание на входной повторитель, модулятор и определитель полярности. Если на выходе входного по­вторителя наблюдаются высокочастотные колебания, необходимо устранить самовозбуждение усилителя, увели­чив емкость конденсатора СИ. Однако значительно уве­личивать эту емкость не следует, так как при этом су­жается полоса пропускания повторителя. Резистором R22 балансируют повторитель так, чтобы напряжение на его выходе было равно нулю.

Переключают осциллограф к выводу 5 микросхемы МС5. Самовозбуждение каскада устраняют подбором конденсатора СП, разбалансировку — резистором R37. Затем подключают осциллограф к коллектору транзис­тора Т5. Вращая движок резистора R57 в одну и в дру­гую сторону, наблюдают за скачкообразным изменением напряжения от — 6 до +6 В, а также за переключением знаков плюс и минус.

Рис. 7. Принципиальная схема вспомогательного устройства

После этого восстанавливают все цепи для измерения напряжения: выход микросхемы МС5 (вывод 5) соеди­няют со входом преобразователя напряжения в частоту, а выход микросхемы МСЗ (вывод 5) — с входной цепью фазоинвертора R71, С22. Ко входу «Ux» подключают вспомогательное устройство (рис. 7), состоящее из об­разцовых резисторов сопротивлением 0,1; 1, 10, 100 и 1000 Ом, которые использовались ранее при налажива­нии омметра. С помощью сдвоенного тумблера произво­дят изменение полярности напряжения с точным сохра­нением его величины. Переменным резистором 1 кОм устанавливают с возможно большей точностью напряже­ние 1 В. Декадный шаг 100, 10, 1 и 0,1 мВ обеспечивает­ся образцовыми резисторами.

Со вспомогательного устройства (рис. 7) на вход «Uх» подают напряжение 100 мВ. Осциллограф подклю­чают к выходу микросхемы МС5. На экране осциллогра­фа должно наблюдаться разнополярное напряжение ам­плитудой около 400 мВ. Выравнивание амплитуд относи­тельно нулевой линии достигается подстройкой резисто­ра R45.

Резистором R78 по частотомеру устанавливают вы­ходную частоту, равную 1 кГц. От переключения вспомо­гательного тумблера должен измениться индицируемый знак, а показание частотомера при этом должно остать­ся таким же. Проделать эту операцию необходимо во всех контрольных точках. При малых напряжениях вы­равнивание показаний осуществляют резистором R22, а в области больших напряжений — подбором резистора R70. При малых напряжениях уточняют также равенство полупериодов выходного напряжения модулятора (резис­тором R37).

Затем проверяют линейность характеристики преоб­разования по поддиапазону, как было описано ранее: в средней зоне — подстроечным резистором R78, при больших напряжениях — подбором резистора R89.

Наконец, устанавливают переключатель пределов из­мерений в положение «Проверка». Подстроечным резис­тором R13 на вход устройства подают напряжение + 0,5 В, что соответствует выходной частоте 10 кГц. Впоследствии это положение будет контрольным.

Преобразователь ток — напряжение налаживают в положении «Измерение Fx». Осциллограф подключают к выходу микросхемы МС1. Напряжение смещения мик­росхемы балансируют резистором R34. Переключатель пределов устанавливают в положение «Проверка». На вход усилителя в этом случае подают напряжение Н-100 мВ, что соответствует выходной частоте 10 кГц. Соответствие корректируют изменением коэффициента усиления усилителя с помощью резистора R11. Налажи­вание внутри поддиапазонов заключается в точном под­боре сопротивлений резисторов Rl R4. При смене по­лярности входного тока, добиваясь равенства показаний, уточняют положение движка резистора R34.

Линейный выпрямитель налаживают при одновремен­ном нажатии двух кнопок: «~» и «Ux». Напряжение сме­щения нуля микросхем МС2 и МСЗ балансируют со­ответственно резисторами R35 и R39. На вход «Ux» подключают вспомогательное устройство, у которого ис­точник постоянного тока заменен источником перемен­ного напряжением 1,5 В. Резистором сопротивлением 1 кОм устанавливают напряжение 1 В (амплитуда 1,4-15 В). Переключатель В1 устанавливают в положение «100 мВ» (переключатель устройства — в положение 1 В). С помощью осциллографа просматривают форму сигнала на входах и выходах микросхем МС2 и МСЗ. На входе и выходе микросхемы МС2 .она -синусоидаль­ная, на входах МСЗ — однотактный полупериод, на ее выходе — двухтактный (пульсирующее напряжение по­ложительной полярности).

Во время одного полупериода, а именно при усилении положительного сигнала, когда оба усилителя охвачены общей цепью обратной связи, может возникнуть самовоз­буждение усилителей, которое проявляется в виде «зво­на» (на выходе микросхемы МСЗ). Устраняют «его подбо­ром конденсатора С14.

Равенство амплитуд просматривают но всех конт­рольных точках и корректируют в области малых напря­жений резистором R35, в области больших напряже­ний — подбором резистора R29. В связи с взаимным влиянием резисторов при каждом изменении резистора R29 уточняют положение движка резистора R35.

Соответствие измеряемого напряжения (эффективно­го значения) с выходной частотой добиваются резисто­ром R44. Нулевому входному напряжению должна соот­ветствовать «нулевая» частота. Этого достигают под-строечным резистором R39.

Пути дальнейшего совершенствования универсально­го цифрового измерительного устройства: при самостоя­тельном конструировании частотомера совместить дан­ное устройство в единое целое, дополнить родом работы «Измерение Lx», выполнить индикацию знака полярнос­ти и размерности измеряемой величины на индикаторных лампах, ввести режим автоматического выбора пределов измерений.

OCR Pirat

Измерение частоты генератором ВЧ » Паятель.Ру


Для измерения частоты высокочастотного напряжения обычно пользуются высокочастотным частотомером. Или низкочастотным, подавая на него измеряемую частоту через делитель на счетчиках. Но, можно обойтись и без частотомера, если у вас есть хороший генератор ВЧ с точной шкалой. Способ измерения частоты электрического высокочастотного напряжения при помощи генератора ВЧ известен очень давно. В те далекие времена, когда еще цифровая электроника не была так доступна, высокочастотные частотомеры были очень редким зверем, и радиолюбители измеряли частоту либо резонансными волномерами, либо с помощью генератора ВЧ пользуясь, так называемым, методом нулевых биений.


В сущности метод нулевых биений очень похож на то, как работает приемник прямого преобразования. Есть два источника ВЧ-сигнала. Один из них генератор ВЧ, а другой, — ВЧ напряжение, частоту которого нужно измерить. Эти два сигнала подают на простейший преобразователь частоты на диодах. На выходе преобразователя будет комплексный сигнал, содержащий сумму и разность этих частот.

Суммарная частота будет очень высока, и её легко подавить, а вот разностная частота имеет особое значение. Фокус в том, что чем ближе друг к другу будут частоты, поступающие на смеситель, тем ниже будет разностная частота, которая, в конечном итоге, при точной настройке генератора ВЧ на частоту измеряемого сигнала, вообще превратится в постоянное напряжение (нулевые биения).

Эту низкую разностную частоту легче всего контролировать на слух, при помощи головных телефонов (или низкочастотного усилителя с динамиком на выходе). А теперь, — к делу. На рисунке выше показана схема для измерения. Измеряемая частота поступает на входные клеммы, и далее поступает на один из входов смесителя на диодах VD1 и VD2.

На его второй вход поступает напряжение ВЧ от генератора ВЧ. Между ними включены высокоомные головные телефоны В1. Вместо высокоомных головных телефонов можно использовать и низкоомные. подключенные через резистор сопротивлением не менее 500 Оm. Или подать сигнал на какой-то низкочастотный усилитель с динамиком на выходе.

В этом случае схема будет выглядеть как на рисунке 2 (R1 и С1 образуют простейший ФНЧ. который необходим для подавления сигнала суммарной частоты). Допустим, мы предполагаем, что частота измеряемого сигнала должна быть где-то около 10 МГц. Переключаем ГВЧ на поддиапазон, на котором есть эта частота, и не спеша регулируем его частоту, прислушиваясь к звуку в наушниках.

В определенный момент в наушниках раздастся звук высокого тона. Точнее подстраивая частоту генератора нужно добиться чтобы этот звук был не только постоянным (не исчезал), но и наиболее низкочастотным. Очень осторожно поворачивайте рукоятку регулировки частоты ГВЧ так, чтобы тон звука все понижался и понижался, пока звучание вообще не прекратится (возникли нулевые биения).

Это будет означать, что частота, генерируемая генератором ВЧ. равна частоте измеряемого сигнала. Остается только посмотреть на шкалу ГВЧ. Допустим, нулевые биения возникли на отметке «9,6 МГц» на шкале генератора. Это значит, что измеренная частота равна 9,6 МГц. Точность измерения таким способом равна точности вашего генератора ВЧ.

В схемах можно использовать практически любые высокочастотные или импульсные диоды, способные работать на частотах, которые требуется измерить. Диоды можно включить как на схеме или в обратном направлении. Важно, чтобы одни одинаковые выводы были соединены вместе, а другие одинаковые будут служить входами. Входное сопротивление смесителя будет равно сопротивлению головных телефонов, подключенных к нему.

ГОСТ 8.422-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Частотомеры. Методы и средства поверки

Текст ГОСТ 8.422-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Частотомеры. Методы и средства поверки

ГОСТ 8.422-81

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

ЧАСТОТОМЕРЫ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

Издание официальное

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Государственная система обеспечения единства измерений ЧАСТОТОМЕРЫ Методы и средства поверки

ГОСТ

8.422-81

Взамен

State system for ensuring the unity of measurements. Frequency meters. Methods and means for verification

ГОСТ 14173-69

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 14 мая 1981 г. № 2370 срок введения установлен

с 01.07.82

Настоящий стандарт распространяется на щитовые, переносные, показывающие и самопишущие частотомеры (далее — частотомеры) классов точности 0,02 и ниже, предназначенные для измерения частоты электрических колебаний от 10 до 20000 Гц, изготовленные по ГОСТ 22261—94, ГОСТ 7590—93, ГОСТ 9999—94, а также по действовавшей ранее нормативно-технической документации, и устанавливает методы и средства их первичной и периодической поверок.

Стандарт не распространяется на частотомеры специального назначения и измерительные комплексы, содержащие частотомеры для измерения других физических величин частотными методами.

1. ОПЕРАЦИИ ПОВЕРКИ

При проведении поверки должны быть выполнены операции, указанные в табл. 1.

Таблица 1

Обязательность проведения поверки при

Наименование операции

Номер пункта стандарта

выпуске из производства и ремонта

эксплуатации и хранении

Внешний осмотр

4.1

Да

Да

Проверка электрической прочности изоляции

4.2

Да

Нет

Проверка сопротивления изоляции

4.3

Да

Нет

Определение основной погрешности и вариации показаний

Определение дополнительной погреш-

4.4

Да

Да

ности от неуравновешенности подвижной части частотомера

4.5

Да

Да

Определение времени установления показаний частотомера

4.6

Да

Да

П римечание. Дополнительную погрешность от неуравновешенности подвижной части частотомеров, снабженных уровнем, не определяют.

Издание официальное ★

Переиздание. Февраль 2001 г.

Перепечатка воспрещена

© Издательство стандартов, 1981 © ИПК Издательство стандартов, 2001

2. СРВДСТВА ПОВЕРКИ

2.1. При проведении поверки должны быть применены следующие средства поверки: образцовый частотомер, пределы допускаемой основной погрешности которого приведены в табл. 2;

Таблица 2

Класс точности поверяемого частотомера

Предел допускаемой погрешности, %, образцового частотомера

Тип и характеристика образцового частотомера

0,02

110-3

Электронно-счетный частотомер типа

0,05

1 10—2

ЧЗ-35А по НТД

од

±0,02

0,2

±0,05

0,5

±0,1

1,0

±0,2

1,5

±0,5

Частотомер типа Ф5043, класса точности

2,5

±0,5

0,5, с диапазоном измеряемых частот

4,0

±1,0

0-20000 Гц по ГОСТ 7590-93

5,0

±1,5

вольтметр переменного тока класса точности 2,5, с пределом измерений 0-400 В, частотой 10-20000 Гц по ГОСТ 8711-93;

универсальный осциллограф типа С1-76 с полосой частот 0—1 МГц по НТД; источник переменного тока синусоидальной формы с диапазоном регулирования выходного напряжения от 0 до 380 В, диапазоном частот 10-20000 Гц, мощностью 20 Вт; значения коэффициента нелинейных искажений не должны превышать указанных в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа;

механический секундомер типа СОПпр-2а—3—010 по НТД;

установка для испытания электрической прочности изоляции с испытательным напряжением до 2,0 кВ типа УПУ-1М;

мегомметр типа М4101 по ГОСТ 23706—93;

поверочное приспособление для определения дополнительной погрешности от неуравновешенности подвижной части частотомера — клиновидная плита с углом наклона 5° (см. приложение 1).

2.2. Для поверки частотомеров, имеющих допустимый угол наклона более чем на 5°, изготовляют приспособление с углом наклона, соответствующим допустимому углу наклона поверяемого частотомера.

2.3. Допускается применять другие вновь разработанные или находящиеся в применении средства поверки, прошедшие метрологическую аттестацию в органах государственной метрологической службы и удовлетворяющие по точности требованиям настоящего стандарта.

3. УСЛОВИЯ ПОВЕРКИ И ПОДГОТОВКА К НЕЙ

3.1. При проведении поверки должны быть соблюдены условия по ГОСТ 22261—94, ГОСТ 7590-93, ГОСТ 9999-94:

температура окружающего воздуха 293 К+2 К [(20+2) °С] для частотомеров классов точности 0,02—0,5 и 293 К+5 К [(20+5) °С] — для частотомеров классов точности 1—5; относительная влажность воздуха (65+15) %; напряжение сети питания (220+4,4) В; частота 50 Гц;

предельные отклонения частоты 50 Гц и содержание гармоник по ГОСТ 13109—97.

3.2. Перед проведением поверки средства поверки должны находиться в рабочем состоянии в соответствии с нормативно-технической документацией на них.

3.3. Частотомер должен быть установлен в нормальное положение, указанное в нормативнотехнической документации на него.

3.4. При поверке должны быть соблюдены правила техники безопасности, изложенные в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа и средства поверки.

4. ПРОВВДЕНИЕ ПОВЕРКИ

4.1. Внешний осмотр

4.1.1. При внешнем осмотре должно быть установлено соответствие частотомеров следующим требованиям:

поверяемый частотомер должен быть комплектным;

маркировка должна соответствовать требованиям ГОСТ 22261—94, ГОСТ 7590—93, ГОСТ 9999—94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа;

на каждом частотомере должны быть обозначения единицы измерения частоты, класса точности и указано номинальное напряжение;

частотомер не должен иметь механических повреждений, препятствующих или затрудняющих работу с ним.

4.1.2. Частотомер, у которого выявлены дефекты по п. 4.1.1, признают непригодным к применению и дальнейшую поверку не проводят.

4.2. Проверка электрической прочности изоляции

4.2.1. Электрическая прочность изоляции частотомера должна соответствовать требованиям ГОСТ 22261—94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.2.2. Электрические цепи, изоляция которых должна испытываться на электрическую прочность, должны быть указаны в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.2.3. Значение испытательного напряжения должно быть указано в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа или выбрано по табл. 2 ГОСТ 22261—94 в зависимости от номинального напряжения частотомера.

4.2.4. Электрическую прочность изоляции проверяют в нормальных условиях следующим образом. На проверяемую цепь подают испытательное напряжение, начиная со значения рабочего напряжения частотомера, и плавно или равномерно ступенями увеличивают в течение 5—10 с до испытательного напряжения. Изоляция должна находиться под полным испытательным напряжением в течение 1 мин.

Частотомер считают выдержавшим испытания, если не произошло пробоя или перекрытия изоляции. Появление «короны» или шума при испытании не является признаком неудовлетворительного результата испытаний.

4.2.5. Частотомер, не выдержавший испытаний по проверке прочности электрической изоляции, признают непригодным к применению и дальнейшую поверку не проводят.

4.3. Проверка сопротивления изоляции

4.3.1. Электрическое сопротивление изоляции должно соответствовать требованиям ГОСТ 22261—94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.3.2. Электрическое сопротивление изоляции измеряют омметром. Значение напряжения, при котором измеряют сопротивление изоляции, время отсчета показаний и цепи, подлежащие проверке, указывают в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

Частотомер считают выдержавшим испытания, если измеренные сопротивления равны или превышают нормы, установленные ГОСТ 22261—94 и нормативно-технической документацией на частотомер конкретного типа.

4.3.3. Частотомер с сопротивлением изоляции ниже нормы признают непригодным к применению и дальнейшую поверку его не проводят.

4.4. Определение основной погрешности и вариации показаний

4.4.1. Основную погрешность и вариацию показаний определяют по истечении времени прогрева, указанного в ГОСТ 7590—93, ГОСТ 9999—94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.4.2. Основную погрешность и вариацию показаний определяют сравнением показаний поверяемого частотомера с действительным значением измеряемой частоты.

4.4.3. Основную погрешность и вариацию показаний определяют на всех числовых отметках шкалы, у вибрационных частотомеров — на каждом из язычков.

4.4.4. Основную погрешность и вариацию показаний для частотомеров с несколькими значениями номинальных напряжений определяют: на всех числовых отметках шкалы для одного из напряжений, на двух числовых отметках — для остальных напряжений. Одна из числовых отметок — конечная, другая — та, на которой при поверке на всех числовых отметках была максимальная погрешность.шх 100)

(2)

где 5 — относительная погрешность в процентах значения измеряемой частоты;

А/пах — наибольшая по абсолютному значению разность между показаниями поверяемого частотомера и действительным значением измеряемой частоты, Гц;

/— значение измеряемой частоты, Гц.

4.4.8. Приведенную погрешность v в процентах определяют по формуле

v = +

А/п;

100,

(3)

где v — приведенная погрешность в процентах нормирующего значения;

fN— нормирующее значение частоты, Гц. Нормирующее значение при установлении приведенной погрешности определяют по ГОСТ 8.401—80, ГОСТ 7590—93 или нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.4.9. Предел допускаемой вариации показаний в зависимости от класса точности или допускаемой основной погрешности определяют по ГОСТ 7590—93, ГОСТ 9999—94 и нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.4.10. Вариацию частоты b в Гц определяют по формуле

b=fx-f2, (4)

где/ и/ — действительные значения измеряемой частоты, соответствующие одной и той же отметке шкалы поверяемого частотомера при плавном увеличении и уменьшении частоты. Допускается определять вариацию в процессе определения основной погрешности.

4.4.11. Основную погрешность и вариацию показаний частотомера определяют следующим образом. Поверяемый частотомер подключают к источнику переменного тока, обеспечивающему возможность регулировки выходного напряжения и частоты в пределах, необходимых для поверки частотомера, и имеющего синусоидальную форму кривой тока. Для визуального контроля формы кривой используют осциллограф. Значение выходного напряжения устанавливают равным номинальному значению напряжения поверяемого частотомера и контролируют в процессе поверки по вольтметру. Изменением частоты источника переменного тока устанавливают указатель шкалы поверяемого частотомера на поверяемой отметке, а действительное значение частоты отсчитывают по образцовому частотомеру, подключенному параллельно поверяемому. Если в качестве источника переменного тока используют низкочастотный измерительный генератор сигналов по НТД с усилителем мощности, допускается подключение образцового частотомера до усилителя мощности. Действительное значение измеряемой частоты допускается определять по шкале генератора, если используется прецизионный генератор, имеющий погрешность установки частоты не более 1-10 3. Если в качестве образцового частотомера используют электронно-счетный частотомер, допускается включать его в режиме измерения периода. При этом действительное значение измеряемой частоты /в Гц определяют как

(5)

где Т — измеряемый период, с.

Для повышения точности измерений устанавливают переключатель ЧЭС «множитель периода» в положение 103 или 104.

Погрешности измерения и вариации определяют дважды: при подходе к поверяемой отметке со стороны увеличения и уменьшения частоты.

Основную абсолютную, приведенную или относительную погрешности и вариацию показаний рассчитывают по формулам (1) — (4).

4.4.12. Частотомер, основная погрешность или вариация показаний которого по результатам поверки превышает допустимую, признают непригодным к применению.

4.5. Определение дополнительной погрешности от неуравновешенности подвижной части частотомера

4.5.1. Дополнительную погрешность, вызванную изменением положения частотомера от нормального, определяют следующим образом. Частотомер устанавливают на клиновидную плиту, имеющую угол наклона, равный допустимому углу наклона поверяемого частотомера, так, чтобы частотомер был наклонен вперед, и при номинальном значении напряжения и неизменном значении измеряемой частоты определяют дополнительную погрешность. Операцию повторяют при наклоне частотомера назад, влево, вправо, изменяя положение частотомера на плите.

4.5.2. Предел допускаемой дополнительной погрешности, вызванный отклонением положения частотомера от нормального, не должен превышать предельного значения допускаемой основной погрешности.

4.5.3. Частотомер, у которого дополнительная погрешность по результатам поверки превышает допускаемую, признают непригодным к применению.

4.6. Определение времени установления показаний частотомера

4.6.1. Время установления показаний частотомера не должно превышать значения, указанного в нормативно-технической документации на частотомер конкретного типа.

4.6.2. Время установления показаний частотомера измеряют секундомером. Для этого на выходе источника переменного тока устанавливают напряжение, соответствующее номинальному значению напряжения частотомера, и частоту, создающую отклонение указателя частотомера приблизительно на 2/з длины шкалы. Время установления показаний определяют как среднее арифметическое трех значений, измеренных секундомером от момента подачи измеряемой частоты до момента отклонения указателя от установившегося значения, не превышающего 1,5 % длины шкалы.

4.6.3. Частотомер, у которого время установления показаний по результатам поверки превышает допускаемое значение, признают непригодным к применению.

5. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОВЕРКИ

5.1. Положительные результаты государственной первичной поверки оформляют записью в паспорте и нанесением на частотомер оттиска поверительного клейма.

5.2. Положительные результаты государственной периодической поверки оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства по форме, установленной Госстандартом, с указанием на обороте максимального значения погрешности частотомера. Положительные результаты поверки образцового частотомера оформляют нанесением оттиска поверительного клейма и выдачей свидетельства, на лицевой стороне которого наносят слово «образцовый», а на оборотной стороне записывают результаты поверки по настоящему стандарту.

5.3. Положительные результаты первичной и периодической ведомственной поверки оформляют в порядке, установленном ведомственной метрологической службой.

5.4. Результаты измерений заносят в протокол, форма которого приведена в приложении 2.

5.5. Частотомеры, не удовлетворяющие требованиям настоящего стандарта, к выпуску и применению не допускают, на них выдают извещение о непригодности, а клеймо гасят.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Справочное

ПОВЕРОЧНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ОПРВДЕЛЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ОТ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ ПОДВИЖНОЙ ЧАСТИ ЧАСТОТОМЕРА

Приспособление представляет собой наклонную плоскость с углом наклона 5°, которое устанавливают на горизонтальной поверхности поверочного стенда или стола. Приспособление может быть изготовлено из любого металла (из алюминия или алюминиевых сплавов). Его собирают из отдельных элементов (пластины и боковых укосин) или отливают в виде полой детали. Наклонную поверхность обрабатывают соответствующим образом для придания ей плоскостности.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Обязательное

ПРОТОКОЛ №_

поверки частотомера №_, тип

Предприятие-изготовитель_

Дата поверки_

Частотомер принадлежит_

1. Определение основной погрешности Номинальное напряжение, В_

Поверяемые отметки, Гц

Действительное значение измеряемой частоты, Гц

Показания поверяемого частотомера, Гц

Основная погрешность

при

увеличении

при

уменьшении

при

увеличении

при

уменьшении

абсолютная,

Гц

относительная,

%

приведенная,

%

2. Вариация показаний частотомера достигает_

3. Дополнительная погрешность от неуравновешенности подвижной части частотомера достига-

4. Время успокоения, с_

Частотомер_

(годен; не годен — указать причины)

Поверитель_

(фамилия, имя, отчество)

(подпись)

Редактор Т.П. Шашина Технический редактор В.Н. Прусакова Корректор В.Е. Нестерова Компьютерная верстка С.В. Рябовой

Изд. лиц. № 02354 от 14.07.2000. Сдано в набор 19.02.2001. Подписано в печать 23.02.2001. Усл.печ.л. 0,93. Уч.-изд.л. 0,70.

Тираж 254 экз. С 333. Зак. 208.

ИПК Издательство стандартов, 107076, Москва, Колодезный пер., 14.

Набрано в Издательстве на ПЭВМ

Филиал ИПК Издательство стандартов — тип. “Московский печатник”, 103062, Москва, Лялин пер., 6.

Плр № 080102

ПрофКиП С196М киловольтметр — Полная Информация на Официальном Сайте: Цена, Описание, Инструкции.

Назначение киловольтметра ПрофКиП С196М

Киловольтметр ПрофКиП С196М предназначен для измерения высокого напряжения постоянного и переменного тока, двухпредельный.                                 

Особенности и преимущества киловольтметра ПрофКиП С196М

▪ Диапазон измерения напряжения переменного тока: 0.1000 кВ … 30.000 кВ

▪ Диапазон измерения напряжения постоянного тока: 0.1000 кВ … 40.000 кВ

▪ Два предела измерения

▪ Автоматический выбор предела измерения

Основные технические характеристики киловольтметра ПрофКиП С196М

Параметры

Значения

Диапазон измерения действующих значений напряжения переменного тока частотой 50 Гц

0.1000 кВ … 30.000 кВ

Диапазон измерения напряжения постоянного тока

0.1000 кВ … 40.000 кВ

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения среднеквадратических значений напряжения переменного тока синусоидальной формы частотой 50 Гц

0.1000 кВ … 10.000 кВ

10.001 кВ … 30.000 кВ

 

 

 

±[0.3 + 0.03 ( | Xк/x | — 1)]%

±[0.3 + 0.01 ( | Xк/x | — 1)]%

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения напряжения постоянного тока

0.1000 кВ … 10.000 кВ

10.001 кВ … 40.000 кВ

 

 

±[0.3 + 0.03 ( | Xк/x | — 1)]%

±[0.3 + 0.01 ( | Xк/x | — 1)]%

Входное сопротивление  постоянному току

353 МОм ±2%

Время установления рабочего режима

не более 5.0 с

Количество диапазонов измерения

2

Режим переключения пределов измерения

автоматический

Максимальное время работы

8 часов с последующим отключением на 1 час

Рабочие условия применения киловольтметра ПрофКиП С196М

▪ Температура окружающего воздуха: 5°С … 40°С

▪ Относительная влажность воздуха: 30% … 80%

▪ Атмосферное давление: 84 кПа … 106.7 кПа

Общие данные киловольтметра ПрофКиП С196М

▪ Средняя наработка на отказ: не менее 8 000 часов

▪ Средний срок службы: не менее 7 лет

▪ Степень защиты: IP54

▪ Питание: 220 В ±22 В, 50 Гц ±0.5 Гц

▪ Максимальная потребляемая мощность: 20 ВА

▪ Габаритные размер: 250х220х575 мм

▪ Вес: 4 кг

Комплект поставки киловольтметра ПрофКиП С196М

Наименование

Количество

Киловольтметр ПрофКиП С196М ПК.422120.007.01

1 шт.

Кабель сетевой

1 шт.

Вставка плавкая 3.15А АГО.481.304 ТУ

2 шт.

Паспорт 422120-006-68134858-2016 ПС

1 шт.

Методика поверки 422120-006-68134858-2016 МП

1 шт.

ОАО «Витебский завод электроизмерительных приборов»

ОАО «ВЗЭП» является ведущим изготовителем электроизмерительных приборов для измерения тока, напряжения, частоты, мощности, температуры, давления. Занимаясь выпуском приборов в течение длительного времени, завод достиг высокого технического уровня изделий. Приборы надежны, малогабаритны, способны работать в условиях значительной вибрационной нагрузки в широком диапазоне температур. Изделия выпускаются сериями для наземных стационарных устройств, транспортных средств (тепловозы, машины, тягачи, трактора и др.), авиации.

Номенклатура выпускаемых изделий

  • Вольтметры и амперметры переменного тока
Вольтметры, амперметры Э8030, Э8032, Э8033, Э8035
Измеритель Э8031-М1
  • Приборы для измерения частоты переменного тока
Частотомеры В80, В81
Частотомер В89/1
Частотомер Э8036
Частотомеры ЧФ4,ЧФ9
Частотомер Э8004
  • Приборы специального назначения
Амперметр переменного тока АФ1
Трансформаторы тока ТФ1 и ТФ2
Вольтметры ВФ 0,4 и ВФ1
Амперметр А-0
Амперметр, вольтметр и вольтамперметр А-040,В-040,ВА-040
Вольтметр В-1
Вольтамперметр ВА-0
Ваттметр Д8002
Термометр сопротивления ТП-2
Термометр воздуха электрический ТВ-11
Термометр воздуха ТВ–19
Термометр наружного воздуха ТНВ–15
Термометр сопротивления универсальный электрический ТУЭ–48
Термометр универсальный электрический ТУЭ–48–Т
Термометр сопротивления универсальный электрический 2ТУЭ–111
Указатель давления УД801/1

Каталог радиолюбительских схем. МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР.

Каталог радиолюбительских схем. МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР.

МАЛОГАБАРИТНЫЙ ЧАСТОТОМЕР

В. Скрыпник

Прибор предназначен для измерения частоты периодических сигналов частотой до 40 МГц при входном напряжении 50 мВ и выше. Его особенностью является пофрагментная индикация измеряемой частоты на четырехразрядном индикаторе. В зависимости от требуемой точности измерение производится в три этапа.

Для грубой оценки частоты обычно достаточно знать целое число мегагерц и сотни и десятки килогерц. При этом внимание измеряющего не рассеивается на прочтение всего восьмиразрядного числа — ему важны только числа в старших разрядах. С другой стороны, встречаются измерения, когда важны значения частоты в младших разрядах, например, при подготовке частоты кварцевых резонаторов, исследовании узкополосных фильтров и т. д. Допустим, измеряемая частота равна 28152,658 кГц. Если нужна только грубая оценка частоты, выраженная в мегагерцах, то нажимаем кнопку “МГц”. На индикаторе при этом будет число 28,15. В том же случае, когда требуется большая точность, нажимаем кнопку “кГц” — на индикаторе будет индицироваться число 152,6. В данном случае число 28, соответствующее целому числу мегагерц, “уходит” в переполнение и не индицируется. Если снова необходимо уточнение значения частоты, то нажимаем кнопку “Гц”. При этом на индикаторе будет высвечиваться число 2658, представляющее собой остаток измеряемой частоты в герцах. Это очень удобно при измерении большого числа близких частот. Кроме того, такое построение частотомера позволяет сократить число микросхем и знаковых индикаторов по сравнению с обычным восьмиразрядным частотомером.

Принципиальная схема частотомера изображена на рис. 1. Напряжение измеряемой частоты поступает через разъем XI и конденсатор С1 на вход формирователя прямоугольных импульсов. На транзисторах V3, V5 и V6 собран широкополосный усилитель-ограничитель. Полевой транзистор V3 обеспечивает прибору высокое входное сопротивление. Диоды VI и V2 предохраняют транзистор V3 от повреждения при случайном попадании на вход прибора высокого напряжения. Цепочкой C2R2 осуществляют частотную коррекцию входа усилителя.

Транзистор V7, включенный эмиттерным повторителем, согласует выход усилителя-ограничителя со входом логического элемента D1.1 микросхемы D1, обеспечивающей дальнейшее формирование прямоугольных импульсов. Сигнал проходит последовательно через четыре элемента 2И-НЕ D1.1…D1.4. С выхода элемента D1.4 сформированные импульсы поступают на счетный вход (<) — триггера D2. Входная частота делится на 2 и не превышает 20 МГц, что позволяет последующие ступени деления выполнить на микросхемах серии К133.


Рис. 1. Принципиальная схема малогабаритного частотомера
Щелкани мЫшей для посмотрения

С выхода триггера D2 измеряемая частота подается на вход 4 элемента запрета D23.4. На вход 5 этого элемента поступают импульсы разрешения счета с узла управления, а с его выхода 6 импульсы идут на первый декадный делитель частоты D12. С выходов этой микросхемы число в двоично-десятичной форме поступает на триггеры памяти D13, которые предотвращают мелькание цифр на индикаторе в процессе счета. С выходов микросхемы D13 двоично-десятичное число подается на входы дешифратора D14, к выходам которого подключен десятичный знаковый индикатор Н4, индицирующий младший разряд числа.

С выхода 11 декадного счетчика D9 импульс переноса поступает на вход счетчика старшего разряда. На входы 3 и 12 триггеров памяти D4, D7, D10, D13 поступают импульсы перезаписи с узла управления, а на вход 3 декадных делителей D3, D6, D9, D12 — импульсы сброса.

Датчик временного интервала собран на микросхемах D15…D21. Задающий тактовый генератор собран на микросхеме D15 и кварцевом резонаторе Z1 на частоту 5 МГц. Коррекция частоты осуществляется конденсаторами С6 и С7. Декадные делители частоты собраны на микросхемах D16…D21. Нижние (по схеме) секции кнопочных переключателей S1 и S2, а также переключатель S3 служат для установки точности измерения частоты, а верхние секции переключателей S1 и S2 для переключения соответствующей запятой. Индикация запятых осуществляется светодио-дами V8 и V9. С выхода 11 декадного делителя D21 на вход узла управления поступают тактовые импульсы частотой следования 50 кГц при нажатой кнопке S1 “МГц”, 500 Гц — при нажатой кнопке S2 “кГц” и 5 Гц — если нажата кнопка S3 “Гц”.

Узел управления собран на микросхемах D22…D25. Он вырабатывает импульсы разрешения счета, перезаписи числа в триггерах памяти и импульсы сброса декадных счетчиков. Весь цикл счета происходит в течение двенадцати тактовых импульсов и составляет 240 мкс, 24 мс или 2,4 с на пределах измерения “МГц”, “кГц” и “Гц” соответственно. Причем в течение первых десяти тактовых импульсов разрешено прохождение импульсов измеряемой частоты на вход декадных счетчиков. В течение одиннадцатого тактового импульса вырабатывается импульс перезаписи, а в течение двенадцатого — импульс сброса.

На микросхеме D22 собран делитель на 12. В течение первых десяти тактов на ее выводах 9 я 11 действует логический 0, а на выводе 3 элемента D23.1—логическая 1, разрешающая прохождение сигнала через элемент D23.4.


Рис. 2. Принципиальная схема блока питания малогабаритного частотомера

Импульсы перезаписи вырабатываются на выходе элемента ЗИ-НЕ D24.2, а импульсы сброса — элементом D24.3. Через соответствующие инверторы микросхемы D25 и D24.1 эти импульсы поступают к триггерам памяти и декадным счетчикам.

Схема блока питания, обеспечивающего частотомеру напряжение +5 В для питания микросхем и +200 — для питания знаковых индикаторов Н1…Н4, показана на рис. 2. Стабилизатор напряжения +5 В собран на микросхеме А1 и транзисторе V10. Переменным резистором R20 устанавливают выходное напряжение 5В. Для уменьшения мощности, рассеиваемой транзистором V10, в его эмиттерную цепь включен проволочный резистор R23. Цепочка R22C11 снижает пульсации напряжения на выходе стабилизатора.

Без изменения параметров частотомера вместо микросхем К130ЛАЗ (D1) и К130ТВ1 (D2) можно использовать аналогичные им микросхемы серии К131, а вместо микросхем D3…D25 соответствующие им из серии К155. В формирователе импульсов полевой транзистор КПЗОЗД (V3) можно заменить на КПЗОЗ или КП307 с любым буквенным индексом, транзистор КТ347 (V5) — на КТ326, а КТ368 (V6, V7) —на КТ306.

Дроссель L1 типа Д-0,1 или самодельный — 45 витков провода ПЭВ-2 0,17, намотанных на каркасе диаметром 8 мм. Все переключатели типа П2К.

Знаковые индикаторы Н1…Н4 могут быть любого другого типа. Причем, если они имеют встроенную “запятую”, то светодиоды V8, V9 и резисторы R18, R19 можно исключить и переключать соответствующие катоды “запятых”.


Рис. 3. Внешний вид частотомера


Рис. 4. Схема размещения деталей и блоков прибоа в футляре

В стабилизаторе напряжения блока питания можно применить микросхему К142ЕН1 с любым буквенным индексом. Транзистор П202 можно заменить любым другим из серий П213…П217. Для выпрямителя пригодны другие диоды, рассчитанные на прямой ток не менее 1 А, Диод КД105В можно заменить на Д226Б или Д7Ж.

Трансформатор блока питания выполнен на магнито-проводе Ш16Х32. Обмотка I содержит 1830 витков провода ПЭВ-1 0,15, обмотка II—1800 витков провода ПЭВ-1 0,1, обмотка III — 90 витков провода ПЭВ-1 0,8.

Внешний вид частотомера показан на рис. 3, а расположение плат внутри корпуса — на рис. 4. Цифровые индикаторы и кнопочные переключатели S1…S4 расположены на верхней панели. Входной разъем установлен на боковой стенке рядом с платой формирователя импульсов. На боковых стенках корпуса установлена откидывающаяся металлическая ручка для переноски частотомера и установки его в наклонном положении. На рис. 5 приведен рисунок токонесущих проводников и расположение деталей на печатной плате формирователя импульсов. Чертеж основной, платы здесь не дается, так как он зависит от используемых в частотомере микросхем.


Рис. 5. Плата формирователя импульсов:
а — печатный монтаж; 6 — расположение элементов (зеркально)

Правильно собранная цифровая часть частотомера регулировки обычно не требует. В незначительной коррекции частоты нуждается задающий кварцевый генератор. Это осуществляется подстроечным конденсатором С7. Контроль частоты ведется по какому-либо промышленному частотомеру или по KB приемнику, настроенному на частоту 5, 10 или 15 МГц, где работают станции точной частоты, и времени. Установку частоты задающего генератора производят по нулевым биениям с сигналом образцовой частоты.

Для регулировки формирователя прямоугольных импульсов надо к разъему XI подключить генератор сигналов типа Г4-102, а к эмиттеру транзистора V7 — высокочастотный осциллограф, например типа С1-65. Подбором резисторов R3 и R4 надо добиться, чтобы в диапазоне частот до 40 МГц происходило формирование прямоугольных импульсов. Эти операции повторяют несколько раз, постепенно снижая уровень входного напряжения.

В заключение регулировки надо проверить работу частотомера, наблюдая за показаниями индикатора.

ВРЛ84: Сост. В. Г. Борисов. — М.: ДОСААФ, 1983, — 79 с, ил. 35 к.
Источник материала





Трансформатор

— Как измерить высоковольтные и высокочастотные пульсации?

У меня есть ферритовый трансформатор, выдающий 1,2 кВ RMS на вторичной обмотке. Я добавил диод для полуволнового выпрямления и параллельно добавил конденсатор (10 нФ), достаточный для устранения пульсаций. Более чем достаточно, по формуле \ $ dV = \ frac {i} {fC} \ $

Я использую на трансформаторе 32 кГц и планирую потреблять максимум 500 мкА. Это должно вызвать у меня очень небольшую рябь.

Однако для измерения пульсаций я попытался использовать высоковольтный пробник 1000: 1. Он имеет импеданс 1 ГОм и рассчитан только на 60 Гц. Измерение выпрямленного / отфильтрованного напряжения показывает много шума и огромную пульсацию, около 800 В, но я подозреваю, что это неверно, учитывая, вероятно, неспособность датчика работать с более высокими частотами.

Я также пробовал делитель напряжения с использованием обычных резисторов 1/8 Вт на 10 МОм и 100 кОм и обычного осциллографа на резисторе 100 кОм, но результаты были очень похожими.

Замена конденсатора или его полное удаление немного изменяет пульсацию, примерно на 10% лучше или хуже.

Итак, мой вопрос: нормально ли получать ложные результаты с этими пробниками (или делителями напряжения) на высокочастотных напряжениях?

Есть ли безопасный и надежный способ измерить пульсацию в этом конкретном сценарии?

ОБНОВЛЕНИЕ:

Вот искажение, которое я получил на вторичной обмотке после исправления и фильтрации, чтобы лучше проиллюстрировать вопрос:

Прочитав все предложения, я решил провести тест, которого раньше не делал: я сделал другой трансформатор с вторичным напряжением около 170 В.Таким образом, я мог бы использовать обычный пробник 10x (без делителя напряжения) и сравнить его характеристики с делителем напряжения 1/1000, но сохранив частоту 32 кГц. 170 В — это хорошо, потому что это не слишком много для пробника 10x, но не слишком мало для делителя 1000x.

Вот результат. Во-первых, вторичная обмотка после выпрямления и фильтрации, измеренная обычным зондом 1/10. Очень приемлемый сигнал постоянного тока:

Но вот тот же сигнал, измеренный с делителем.Если не обращать внимания на сильный шум, мы можем увидеть ту же картину, что и на первом изображении:

Я не знаю, это единственная проблема с моей схемой, но ясно, что метод измерения является самой большой. Я сделаю пробник 1/1000, используя высоковольтные резисторы и компенсационные конденсаторы, экранированные от шума. Я не могу полагаться в этом на простые делители напряжения.

Высокая частота, высокое напряжение — точность измерения — MEDTEQ

Относится ли та же проблема к цифровым мультиметрам (цифровым мультиметрам)?

Нет — качественные производители цифровых мультиметров заявляют не только о точности заголовка, но и о частотном диапазоне, при котором точность сохраняется.В этом диапазоне измерительные системы цифрового мультиметра обычно проектируются как плоские по своей природе без частотной компенсации. Таким образом, калибровка на 50 Гц, например, может считаться представительной для 500 Гц, 5 кГц и 50 кГц, если эти частоты находятся в указанном диапазоне.

Напротив, пробники и осциллографы используют различные схемы компенсации, которые действуют на более высоких частотах. Например, в высоковольтных пробниках система измерения при 50 Гц полностью отличается от системы, используемой при 50 кГц.Таким образом, невозможно сказать, что измерение на низкой частоте составляет репрезентативных более высоких частот.

Нельзя сказать, что осциллографы и пробники плохие, чрезвычайно (невероятно) сложно обеспечить плоскую полосу пропускания для широкого диапазона напряжений и частот, который требуется пользователям. И во многих случаях 10% — это нормально. Возможно, единственная претензия заключается в том, что способ написания спецификаций может легко заставить пользователя предположить, что спецификации низких частот также применимы к средним частотам в полосе пропускания.

Что делать, если регулировка компенсации датчика выполнена?

Регулировка компенсации импортируется для поддержания точности в диапазоне ± 0,5 дБ (~ 6%). Но это приблизительный метод, который обычно выполняется только на частоте 1 кГц и не подходит для установления юридической прослеживаемости. Следует отметить, что многие осциллографы и датчики показывают разные ошибки на разных частотах. Компенсация также обычно основана на емкости, которая намного более чувствительна к температуре, времени, частоте и напряжению, чем система на основе резистора.Компенсация также зависит от комбинации датчика с конкретным осциллографом, каналом и используемым кабелем.

Есть другие проблемы?

Помимо основной частотной характеристики, существует ряд других проблем, которые могут повлиять на точность. Большинство осциллографов изначально имеют только 8 бит, что составляет всего 256 шагов от верха до низа экрана (типичный 4,5-разрядный цифровой мультиметр имеет 40000 шагов). У осциллографов также есть 2-3 младших бита шума. Это означает, например, что для осциллографа, установленного на 2 кВ / дел (диапазон ± 8 кВ), шум будет около 200 В.Только это составляет 5% от формы сигнала 4000 В (пик), что является нерешением вышеупомянутых проблем с полосой пропускания. По опыту, смещения постоянного тока в осциллографе и пробнике (в частности, в активных пробниках) могут легко добавить еще 2-3% и часто нестабильны со временем. Это делает пиковые измерения в лучшем случае приблизительными показаниями в диапазоне 10-15% для типичной установки.

Для измерений среднеквадратичного значения частота дискретизации осциллографа и длина выборки должны быть достаточными для точного расчета. Как правило, у вас должно быть не менее 10 циклов для сигнала с низким коэффициентом амплитуды, а для сигналов с высоким коэффициентом амплитуды может потребоваться 20 циклов или более.Однако слишком большое количество циклов может снизить частоту дискретизации и привести к потере информации. Некоторые осциллографы предлагают «среднеквадратичное значение цикла», что устраняет проблему, но алгоритм определения «цикла» следует проверить, поскольку это может привести к путанице в программном обеспечении из-за импульсных сигналов.

Почему это так сложно?

Технические проблемы, связанные с увеличением точного среднеквадратичного измерения в зависимости от частоты Vrms²x. Широкая полоса пропускания требует низкого сопротивления, чтобы свести к минимуму влияние паразитной емкости и других эффектов (например,г. стандартное 50 Ом), но низкое сопротивление нецелесообразно при высоком напряжении из-за мощности и тепла (попробуйте поставить 100 В среднеквадратического значения на резистор 50 Ом). Другая проблема заключается в том, что осциллографы используются в основном для целей диагностики и определения времени, поэтому широко используется 8-битное разрешение, которого более чем достаточно для этих задач. Когда осциллографы стали цифровыми, очевидно, что существует соблазн добавить различные функции измерения, такие как пиковое и среднеквадратичное значение. Но эти программные функции и связанные с ними измерительные системы никогда не подвергались тщательной проверке в отрасли на предмет того, обеспечивают ли они надежные измерения с прослеживаемой точностью.

Почему MEDTEQ может предлагать точные и прослеживаемые измерения?

Оборудование MEDTEQ работает в относительно небольшом диапазоне до 1 МГц и до 1200 В среднеквадратического значения с аналоговыми схемами (по сравнению с 100 МГц / 20 кВ среднеквадратичного значения, предлагаемыми пробниками / осциллографами). Эта меньшая территория сложна, но не невозможна.

Первой целью была разработка надежного делителя 1000: 1 для использования в MEDTEQ HFIT (High Frequency Insulation Tester). После многих лет экспериментов с цепями резисторов SMD было окончательно установлено, что верхний предел для резистивного делителя без компенсации составляет 300 В среднеквадратического значения для 0.Ошибка 1% при 500 кГц (полоса пропускания 11 МГц 3 дБ). Помимо этого, конкурирующие ограничения рассеиваемой мощности и полосы пропускания не могут быть выполнены. Это было основано на литературе, экспериментах по определению паразитной емкости для смонтированных SMD-деталей, моделировании и тестах.

Для работы с более высокими напряжениями до 7200Vp / 1200Vrms, связанных с HFIT 7.0, используется цепочка «слюдяных» конденсаторов. Как правило, конденсаторы ненадежны в измерительных системах, поскольку они чувствительны к напряжению, частоте, температуре и времени.Однако слюдяные конденсаторы известны своей стабильностью в широком диапазоне условий. Опыт работы с этой конструкцией, включая устройства, возвращенные для периодической калибровки, дал уверенность в этом решении лучше, чем 0,5% в диапазоне 320–460 кГц (диапазон использования HFIT).

Для калибровки делителя использовались специально разработанные ВЧ измерители. Примерно в середине 2017 года планируется выпустить линейку измерителей под названием «HFVM» (высокочастотный вольтметр). Для калибровки делителя используются два HFVM: один с диапазоном 200 В и второй измеритель с 200 мВ.»Самодельный» высокочастотный усилитель приводится в действие цифровым функциональным генератором и обеспечивает около 150 В среднеквадратичного значения на испытательных частотах 320 кГц / 400 кГц / 460 кГц. Осциллограф контролирует тестовый сигнал на предмет гармонических искажений и подтверждает, что он составляет <0,3%.

Хотя текущая версия HFIT 7.0 содержит только делитель 1000: 1, HFIT 8.0 (в предварительной версии) включает также внутреннее измерение с использованием конструкции HFVM. Предварительные версии были проверены и показали хорошие результаты в рамках проектной спецификации 2% по сравнению с внешними эталонными методами в широком диапазоне напряжений и пик-факторов.

Как устроены HFVM?

Внутри HFVM среднеквадратичное значение напряжения определяется «явным» методом, который разделяет измерение на три этапа: квадрат -> среднее -> квадратный корень. Известно, что у него относительно широкая полоса пропускания, а основное устройство для квадрирования формы волны имеет полосу пропускания 40 МГц. Явный метод имеет усложнение в широком динамическом диапазоне на выходе квадратного каскада. К счастью, это затруднение не связано с частотной характеристикой, поэтому его можно исследовать и решать на низких частотах.Напротив, современные цифровые мультиметры используют «неявное» (с обратной связью) решение среднеквадратичного / постоянного тока, которое не страдает широким динамическим диапазоном, но имеет ограниченную частотную характеристику.

Для обнаружения пиков MEDTEQ изобрел новый метод, который имеет эквивалентную точность 13-битного осциллографа, работающего на частоте 100 МГц, но без каких-либо осложнений. Это простой метод, который можно рассматривать как гибрид аппаратного и программного обеспечения, с алгоритмом, который ищет пик, а не измеряет его. Ключевым преимуществом этого подхода является то, что он не использует какие-либо диоды, которые обычно используются при обнаружении пиков, поскольку диоды трудно охарактеризовать на высоких частотах с такими параметрами, как время обратного восстановления диода, утечка и емкость, влияющие на результат.

Как обеспечивается прослеживаемость СКЗ?

Высоковольтные измерители — Все производители — eTesters.com

Отображение недавних результатов 1 — 15 из 112 найденных продуктов.

  • Измеритель высокого напряжения

    STME-VM — Технология Statclean

    Это вольтметр с высоким входным сопротивлением и входным сопротивлением 70 ГОм. Возможность измерения до постоянного напряжения до +/- 5.5 кВ с разрешением 1,0 В в диапазоне жесткости и температуры, измеритель измеряет с точностью лучше 1% без нагрузки источника питания. Его компактный размер и легкий корпус позволяют использовать его в лабораторных и полевых условиях при питании от батареи.

  • Измеритель высокого напряжения

    DU-3900 — Delta United Instrument Co., Ltd.

    DU-3900 — это цифровой вольтметр, который может измерять высокие напряжения до 10 кВ переменного и постоянного тока с высокой точностью.Его высокий входной импеданс (1000 МОм) делает его пригодным для измерения цепей с высоким импедансом напряжения. Поскольку он обладает высокой точностью, несмотря на небольшой размер и легкий вес, его также можно легко использовать в качестве портативного калибратора.

  • Прецизионный измеритель высокого напряжения

    Корпорация Vitrek

    Прецизионный высоковольтный измеритель

    обеспечивает высочайший уровень точности измерений, а благодаря цветному сенсорному экрану он удивительно прост в использовании.Vitrek использует технологию DSP для обеспечения выдающейся точности, стабильности, воспроизводимости и разрешения измерения постоянного и переменного напряжения. Измеритель высокого напряжения 4700 предлагает производительность, которая не уступает традиционным высоковольтным делителям опорного напряжения — но, в отличие от утомительного делителя, 4700 обеспечивает мгновенные прямые измерения высокого напряжения в портативном, компактном и прочном настольном корпусе.

  • Цифровой измеритель высокого напряжения

    HVM Series — High Voltage Power Solutions, Inc

    * Усовершенствованная полупроводниковая конструкция * Двухдиапазонный переключатель обеспечивает повышенное разрешение для измерения напряжений ниже 20 киловольт * Чрезвычайно высокий входной импеданс (10 гига-Ом) сводит к минимуму нагрузку на цепь * Большой светодиодный дисплей * Измеряет от 500 до 40 000 вольт постоянного тока * Уши для монтажа в стойку ( опция) * Выдвижные ножки (стандарт) * Выдвижная ручка для наклона (опция)

  • Многоцелевой цифровой высоковольтный измеритель фазировки

    Модель KM-MPS-50K — KUSAM-MECO

    • Измерение напряжения переменного тока 50 кВ и постоянного тока 50 кВ с прямым считыванием.• ЖК-дисплей с 4000 отсчетов • Входное сопротивление: 400 МОм • Автоматический выбор диапазона: переменный ток: 4.000 кВ / 40.00 кВ / 50.0 кВ, постоянный ток: 4.000 кВ / 40.00 кВ / 50.0 кВ • KM 50K должен быть подключен с помощью утвержденного хот-джойстика ( Необязательно). • Убедитесь, что фазы «синфазны» или «не совпадают по фазе». • Индикация полярности: положительная / отрицательная. • Функция подсветки. • Автоматическое отключение. • Источник питания: щелочная батарея 1,5 В (AA) × 2. Индикация низкого заряда батареи (многоуровневая).

  • Цифровой измеритель кВ

    ВМ-10, ВМ-20, ВМ-30 — УДЕЙРАЙ ЭЛЕКТРИКАЛС ЧАСТИЧНАЯ ЛИМИТЕД

    Измерители высокого напряжения

    измеряют напряжение постоянного и переменного тока до 30 кВ с высокой точностью.Входное сопротивление измерителя достигает 1000 МОм, что делает его пригодным для измерения напряжений в цепях с высоким импедансом источника. Счетчики компактны и легки, и их можно удобно использовать в качестве калибровочного счетчика.

  • Измеритель коэффициента трансформации

    TRM 1000 — AJIT Electronics Co.

    Измерители коэффициента трансформации

    AJIT — это самые современные поворотные радиомеры, широко используемые для проверки отношения витков обмоток высокого напряжения к обмоткам низкого напряжения трансформатора. Эти счетчики точные, компактные и легкие.

  • Проверка реле защиты

    DIGAMEL Subestaciones

    Цифровая система тестирования реле и счетчиков DRTS 34 представляет собой программируемый и автоматический источник тока и напряжения, который позволяет проводить автоматическую проверку цифровых реле защиты, например, используемых в сетях среднего и высокого напряжения, а также счетчиков энергии, качества электроэнергии. измерители и преобразователи.

  • Токоизмерительные клещи IND AC / DC CAT IV TRMS

    ACDC-3400 — Инструменты для тестирования Amprobe

    Токоизмерительные клещи Amprobe ACDC-3400 соответствуют категории CAT IV, что обеспечивает дополнительный уровень безопасности при испытаниях высокого напряжения, в промышленных или коммунальных службах. Это токоизмерительные клещи для переменного / постоянного тока и измеритель напряжения — все в одном.

Приборы для измерения высокого напряжения | Япония Finechem Co., Inc.

Приборы для измерения высокого напряжения | Япония Finechem Co., Inc.

本 シ ス テ ム で は JavaScript を 利用 し て い ま す 。JavaScript を 有効 に 設定 し て か ら ご 利用 く だ さ い。

h2

コ ン テ ン ツ

Цифровой высоковольтный измеритель постоянного тока DHM (DC)


Цифровой вольтметр типа DHM имеет высокое входное сопротивление и, как и электростатический вольтметры, измеряют напряжения, создаваемые пьезоэлектрическими устройствами и другими высокоомное оборудование для производства электроэнергии высокого напряжения.Этот вольтметр обеспечивает высокую точность и короткое время измерения. Тем более, что это маленький и прочный и практически не подверженный влиянию условий окружающей среды. Эти особенности делают этот вольтметр пригодным для использования на производственных линиях. как в лабораториях. Возможно использование интерфейса GP-IB и USB. максимальное измерительное напряжение Точность
постоянный ток ± 10 кВ ~
± 20кВ
± 0.2%
постоянный ток ± 30 кВ ~
± 50кВ
± 0,5%
постоянный ток ± 60 кВ ± 0,8%
постоянный ток ± 100 кВ ± 1%

Цифровой измеритель высокого напряжения переменного тока DHM (AC)


Цифровой высоковольтный измеритель переменного тока для промышленной частоты небольшой, прочный и удобный для переноски, а цифровой дисплей упрощает измерения.По этим причинам этот вольтметр можно легко использовать как высоковольтметр переменного тока вместо статического вольтметра или трансформатора для манометра. Несмотря на небольшой размер, этот вольтметр может выполнять измерения до 50 кВ переменного тока. Возможно использование интерфейса GP-IB и USB. максимальное измерительное напряжение Точность
30кВ переменного тока
(RMS)
± 2%
AC50кВ
(RMS)
± 5%

Цифровой измеритель высокого напряжения переменного / постоянного тока DHM (A / M)


Цифровой высоковольтный измеритель переменного / постоянного тока имеет высокое входное сопротивление и может измерять напряжения, создаваемые генераторами высокого напряжения с небольшой выходной мощностью вместимость.Этот вольтметр маленький, прочный и удобный. Кроме того, этот простой в использовании вольтметр позволяет проводить высокоточные измерения за короткое время. промежуток времени. Возможно использование интерфейса GP-IB и USB. максимальное измерительное напряжение Точность
AC20кВ
(RMS)
Постоянный ток ± 30кВ
переменного тока ± 1%
Постоянный ток ± 0.5%
30кВ переменного тока
(RMS)
Постоянный ток ± 40кВ
AC50кВ
(RMS)
Постоянный ток ± 60кВ

Делитель высокого напряжения


Делитель высокого напряжения, за исключением секции дисплея, сохраняет преимущества цифрового высоковольтного измерителя E&C и позволяет в полной мере использовать ваши мультиметр.Кроме того, его можно контролировать на расстоянии с помощью кабеля. Номинальное напряжение Точность
постоянный ток ± 10 кВ

Постоянный ток ± 200 кВ
± 0,1%

± 1%

Датчик высокого напряжения


Этот пробник высокого напряжения в сочетании с осциллографом может использоваться для измерения формы волны высокого напряжения.
Внутренняя часть корпуса заполнена элегазом для изоляции.
Макс. входное напряжение
DC или ACp-p
30 кВ ~ 100 кВ
Импульс
50 кВ ~ 150 кВ

【全】 サ イ ド メ ニ ュ ー

【参】 サ イ ド リ ン ク

ВНИМАНИЕ

Измерение постоянного и переменного напряжения

Следуя теории, последует практический пример того, как работают измерительные приборы Dewesoft.Будет измерено напряжение в сети общего пользования. Значение входного напряжения сети общего пользования необходимо учитывать, чтобы определить, какой тип входа усилителя необходим для измерения. В сети общего пользования в Европе заявлено значение 230 VRMS, но для обеспечения безопасной работы измерительных приборов необходимо учитывать пиковые значения сети для входного диапазона. Пиковое значение сети в Европе равно среднеквадратичному значению, умноженному на квадратный корень из 2, как показано в приведенном ниже уравнении.

\ (230V_ {RMS} \ cdot \ sqrt {2} \ about325V_ {peak} \)

При пиковом значении 325 В мы можем напрямую использовать модуль Sirius HV-HS, который поддерживает напряжение до 1.6 кВ. Это означает, что мы можем провести простое измерение без каких-либо дополнительных делителей напряжения или усилителей и простого подключения, как показано ниже. Будет использован канал 4, в который встроен усилитель Sirius HV-HS. Остальные каналы можно оставить неактивными (неиспользованными в программном обеспечении), поскольку они не имеют отношения к этому измерению. Следующим шагом является настройка измерительного канала в программном обеспечении, как показано ниже.

Изображение 17: Подключение однофазного напряжения к Sirius 4xHV 4xLV

Окно настройки имеет две стороны: левая сторона — сторона усилителя, а правая — сторона датчика.

Изображение 18: Канал настраивает экран в Dewesoft X

На стороне усилителя мы можем переключаться между диапазоном 50 В и 1600 В. В этом примере будет использоваться диапазон 1600 В. Фильтр низких частот также можно использовать для отсечения высоких частот, но при этом следует соблюдать осторожность. Если берется частота ниже половины частоты дискретизации, это обрезает сигнал в диапазоне измерения, это может быть полезно в некоторых приложениях, но в большинстве случаев эта конфигурация устанавливается по ошибке.

Настройка на стороне датчика заключается в выборе датчика, который будет использоваться для измерения.В этом случае напряжение измеряется напрямую без датчика, поэтому только физическая величина должна быть установлена ​​как напряжение, а единица измерения — как вольт (В). В этой части настройки можно также установить масштабный коэффициент, если для измерения используются датчики или делители. В этом случае он будет иметь значение 1, поскольку напряжение измеряется напрямую и масштабирование не выполняется.

В этом примере настройки сделаны так, чтобы можно было начать измерение. Щелкнув по кнопке Измерение. Лучше всего наблюдать синусоидальную форму волны с помощью осциллографа.При первом открытии осциллографа будет бегущая волна, которую невозможно проанализировать, это связано с тем, что программное обеспечение работает в бесплатном режиме, и измерения нужно как-то проводить. Рекомендуется добавить триггер к стандартному триггеру и определить источник и уровень триггера. Для целей этого примера его можно оставить как есть, так как источником запуска является канал U1, а уровень равен 0.

Изображение 19: Экран измерения напряжения с помощью простого триггера

DualCoreADC Mode

В предыдущем разделе Много говорилось о правильном выборе диапазона измерения усилителя.Пришло время взглянуть на впечатляющие возможности двухъядерного режима в усилителях Sirius. При использовании двухъядерного режима Sirius можно получить лучшее разрешение (меньше шума) при низких амплитудах. Это решается с помощью двух 24-битных аналого-цифровых преобразователей с разными диапазонами на каждом канале.

Первый аналого-цифровой преобразователь имеет полный диапазон входного канала, а диапазон второго аналого-цифрового преобразователя составляет только 5% от полного диапазона канала. Эта технология измеряет сигнал с низким и высоким коэффициентом усиления одновременно, что означает, что сигнал может быть измерен с относительно высокой амплитудой, но в то же время он имеет идеальное разрешение при низких амплитудах одного и того же сигнала.

Давайте посмотрим на разницу между двухъядерным режимом и нормальным режимом при измерении низких сигналов с высоким диапазоном:

Изображение 20: Включение двухъядерного режима в Dewesoft X

В этом примере сигнал 0,3 В постоянного тока от включенного калибратора два усилителя ACC будут измерены. На обоих усилителях будет выбран диапазон 10 В (что полная ерунда), но это самый простой способ увидеть разницу между включенным или выключенным двухъядерным режимом. Это можно переключить в настройке канала, где также можно установить диапазон.

На первом канале отключим режим Dual core, на втором включим режим Dual core. Это приведет к рендерингу изображения, как показано ниже, где можно увидеть разницу в уровнях шума. Графики, представленные ниже, имеют одинаковый масштаб.

Изображение 21: Разница в уровнях шума при выключенном и включенном двухъядерном процессоре

По уровню шума нетрудно увидеть, где двухъядерный режим выполняет свою работу (справа), а где он выключен (слева). При включенном двухъядерном режиме мы получаем такой же уровень шума в диапазоне измерения 10 В, как если бы мы использовали 0.Диапазон 5 В. Это позволяет нам лучше рассмотреть более низкие сигналы.

Сравнительное измерение импульсов высокого напряжения

Неопределенности отношения напряжений тестируемого делителя (ИУ) зависят от погрешностей, связанных с измерением выходных напряжений ИУ, эталонной измерительной системы, которая является либо эталонным делителем напряжения. или фотодетектор, который используется с ячейкой Керра, и неопределенности, связанные с отношениями этих эталонных выходных напряжений к их входным напряжениям.Входные напряжения для ИУ и эталонной измерительной системы одинаковы, поскольку они подключены параллельно. Расширенная неопределенность отношения напряжений тестового делителя оценивается, исходя из простого соотношения между входным и выходным напряжениями для резистивного делителя напряжения:

Здесь D T — это отношение ИУ, U p — пиковое входное напряжение, а В T — измеренное пиковое выходное напряжение ИУ.Входное напряжение представляет собой импульсную форму волны, которая монотонно увеличивается до пикового напряжения U p , а затем монотонно уменьшается, как показано на. U p находится либо при одновременном измерении с эталонным делителем, имеющим отношение D R , либо с помощью системы измерения ячейки Керра, имеющей постоянную ячейки с поправкой на температуру U м2 как

, где пиковое выходное напряжение опорного делителя составляет В, R , а количество полос на пике напряжения составляет n .Стандартная неопределенность неизвестного передаточного числа делителя D T оценивается путем применения к уравнению. (15) закон распространения неопределенности, который в общем виде имеет вид [8]

Он определяет соотношение между объединенной стандартной неопределенностью выходной величины y , u c ( y ) и величинами δ ( x i ), которые являются стандартными неопределенностями входные величины x i .Второй член в приведенном выше уравнении сводится к нулю по многим измерениям, если входные величины некоррелированы, что верно в двух случаях, описанных уравнениями. (17a) и (17b).

6.1 Неопределенности для сравнений делителя-делителя

Применение закона распространения неопределенности к уравнениям. (17a), погрешность отношения ИУ определяется из сравнения с выходным сигналом опорного делителя и составляет

δ2 (DT) = (VR / VT) 2⋅δ2 (DR) + (DR / VT) 2⋅δ2 (VR) + (DRVR / VT2) 2⋅δ2 (VT),

(19a)

или когда написано в относительной форме

δr2 (DT) = δr2 (DR) + δr2 (VR) + δr2 (VT),

(19b)

где δr2 (DT) ≡δ2 (DT) / DT2, δr2 (DR) ≡δ2 (DR) / DR2, δr2 (VR) ≡δ2 (VR) / VR2 и δr2 (VT) ≡δ2 (VT) / VT2.Эти уравнения показывают, что неопределенность неизвестного передаточного числа делителя зависит от неопределенностей эталонного передаточного числа делителя, выходного напряжения эталонного делителя и выходного напряжения испытательного делителя.

Относительные погрешности выходных напряжений δ r ( V R ) и δ r ( V T ) в уравнениях. (19a) и (19b) одинаковы по величине, поскольку в обоих измерениях используются одинаковые методы и оборудование. Если коэффициенты деления тестового и эталонного делителей близки, то их выходные напряжения примерно одинаковы.Выходные напряжения измеряются с использованием метода линии импульсного уровня (PLL), описанного в разд. 2.2 и связанные с ними неопределенности оцениваются путем применения закона распространения неопределенности к определяющему уравнению для метода ФАПЧ, как показано в разд. 6.1.1.

Один из подходов, который использовался для оценки δ ( D R ), заключается в определении отношения при низком постоянном напряжении, при котором входное и выходное напряжение можно измерить с помощью прецизионного цифрового мультиметра, а затем выполнить проверка линейности напряжения путем измерения максимальной выходной мощности делителя в зависимости от зарядного напряжения высоковольтного генератора [1].В качестве альтернативы коэффициент делителя может быть рассчитан из измеренных сопротивлений компонентов вместе с проверкой линейности высокого напряжения [1]. Из-за нестабильности и больших погрешностей в источнике высокого напряжения постоянного тока и измерителе зарядного напряжения, нелинейностях в генераторе высокого напряжения, коронном разряде, рассеянии энергии переключения и других эффектах эти подходы не могут быть использованы для надежной оценки погрешности эталонного делителя. . Как правило, погрешности коэффициента делителя намного меньше, чем погрешности генератора и измерителя, которые используются для проверки линейности напряжения, поэтому в общих погрешностях преобладают компоненты, отличные от коэффициента передаточного числа делителя.Однако δ ( D R ) можно оценить косвенно, взяв разность между амплитудами пиков напряжения, которые измеряются одновременно с использованием ячейки Керра ( U K ) и опорного делителя напряжения ( U R ), как будет показано в разд. 6.1.2.

6.1.1 Погрешности измерения выходного напряжения делителя

Погрешности пикового выходного напряжения для тестового и эталонного делителей, δ ( В, T ) и δ ( В, R ), имеют одинаковую величину. по причинам, указанным выше.Для оценки этих погрешностей используется общая взаимосвязь между измеренным пиковым выходным напряжением В p и опорными уровнями напряжения для метода ФАПЧ [11]:

V p = V 1 + ( V 2 V 1 ) ( h p h 1 ) / ( h 2 h 1 ),

(20)

где h p — измеренная высота V p , h 1 — измеренная высота линия 1 уровня импульса, ч 2 — измеренная высота линии 2 уровня импульса, В 1 — опорное напряжение 1, а В 2 — опорное напряжение 2.Стандартная неопределенность δ ( V p ) находится путем применения закона распространения неопределенности к формуле. (20):

δ2 (Vp) = {[(h3 − hp) 2+ (hp − h2) 2] / (h3 − h2) 2} δ2 (V) + {[(V2 − V1) 2 / (h3 − h2) 4] [(h3 − h2) 2+ (h3 − hp) 2+ (hp − h2) 2]} δ2 (h).

(21)

Термины, содержащие δ ( V 1 ) и δ ( V 2 ), были объединены, поскольку эти неопределенности имеют одинаковую величину, которая обозначается δ ( V ) = | δ ( В 1 ) | = | δ ( В 2 ) |.Точно так же члены, содержащие δ ( h 1 ), δ ( h p ) и δ ( h 2 ), также были объединены в уравнении. (21) используя δ ( ч ) ≡ | δ ( ч 1 ) | = | δ ( ч P ) | = | δ ( ч 2 ) |.

Стандартная погрешность измерения высоты δ ( h ) оценивается в 0,0025 см. Стандартная погрешность измерения напряжения δ ( В, ) взята из спецификаций производителя равной 0.01% от В . Используя значения, указанные в для высоты и опорного напряжения, неопределенность в V p оценивается по формуле. (22) должно быть от 0,001 В до 0,033 В в диапазоне от 10 кВ до 300 кВ для входных напряжений. Относительная погрешность в V p , δ r ( V p ) ≡ δ ( V p ) / V p , составляет менее 0,06%. Типичная высота h 1 = 7.369 см, h 2 = 7,569 см и h p = 7,656 см, а опорные напряжения В 1 и В 2 обычно отличаются менее чем на 4% от своих иметь в виду.

Таблица 3

Типичные значения параметров измерения делителя

до 5300
Параметр Значение Номер уравнения
Пиковое входное напряжение K 9046 904 904 , U R от 10 кВ до 300 кВ 1, 15, 16a, 16b, 22, 23, 24a, 24b, 38

Коэффициент делителя напряжения D R 5250 1, 2, 16a, 19a, 22, 23, 40
D 51225 T 15, 17a, 17b

Пиковое выходное напряжение В R , В R , В T 1.От 9 до 58,8 В 1, 2, 15, 16, 17a, 17b, 19a, 20, 22, 23, 24a, 39, 42

Размеры по высоте (по фотографиям) h 1 7,369 см 20, 21
h P 7,569 см 20, 2122
ч 2 7,656 см 20, 21

Измерения опорного напряжения постоянного тока В 1 , В 2 1.От 86 В до 61,8 В 20, 21
6.1.2 Погрешность эталонного коэффициента делителя

Неопределенность эталонного коэффициента делителя напряжения δ ( D R ) оценивается косвенно посредством серии одновременных измерений сделано с делителем и ячейкой Керра. Разница в пиковом напряжении, одновременно измеренном ячейкой Керра и опорным делителем, составляет

Δ U KR U K U R = n 1/2 U м2 D R V R ,

(22)

, где U м2 — постоянная ячейки Керра с поправкой на температуру, а n — номер полосы, описанный в разд.3. Решение уравнения. (22) для передаточного числа делителя D R получаем

D R = [ n 1/2 U м2 — ( U K U R )] / V R .

(23)

Стандартная неопределенность для соотношения эталонного делителя составляет

δ (DR) = {[Um22 / (4nVR2)] δ2 (n) + (n / VR2) δ2 (Um2) + δ2 (UK − UR) / VR2 + (UR2 / VR4) δ2 (VR)} 1 / 2,

(24a)

, а относительная стандартная неопределенность для этого отношения делителя равна

δr (DR) = (UK / UR) {[(δr2 (n) / 4 + δr2 (Um2)] + δr2 (UK − UR) + δr2 (VR)} 1/2,

(24b)

с δr2 (UK − UR) ≡δ2 (UK − UR) / UR2, δr2 (n) ≡δ2 (n) / n2 и δr2 (Um2) ≡δr2 (Um2) / Um22.Обратите внимание, что относительная стандартная неопределенность δ r ( U K U R ) в разности двух измерений пикового напряжения не определяется как неопределенность разницы, деленная на разность, а скорее как неопределенность разницы, деленной на пиковое входное напряжение U R , определяемое делителем.

Уравнение (24b) показывает, что относительная стандартная неопределенность отношения эталонного делителя может быть оценена из оценок относительных неопределенностей параметров измерения Керра δ r ( n ) и δ r ( U m2 ), разность пиковых напряжений δ r ( U K U R ) и выходного напряжения опорного делителя δ r ( V R ).Неопределенность выходного напряжения была оценена в предыдущем разделе, а неопределенности параметров измерения Керра оцениваются в следующем разделе. Неопределенность разницы пиковых входных напряжений оценивается по данным измерений. Расширенная неопределенность испытательного делителя оценивается в разд. 6.1.4.

6.1.3 Погрешности измерения ячейки Керра

Определение коэффициента делителя теста выполняется с помощью ячейки Керра при температуре T 2 , которая в целом отличается от температуры T 1 , при которой проводилась калибровка было выполнено, но может быть рассчитано с использованием [19]:

U м2 = U м1 ( B 1 / B 2 ) 1/2 ,

(25)

где B 1 и B 2 — электрооптические коэффициенты Керра при температурах T 1 и T 2 , соответственно, как обсуждается в разд.3.1. Температурная зависимость коэффициента Керра нитробензола была измерена Хебнером и Мисакяном, которые подогнали полученные данные к кривой, описанной в [19].

B ( T ) = α 0 + α 1 T −1 + α 2 T −2 .

(26)

Из уравнения. (26) стандартная неопределенность U м2 составляет

δ2 (Um2) = ((B2 / B1) · Um12 / 4) δ2 (B1 / B2),

(27a)

, которое можно в относительных терминах переписать как

δr2 (Um2) = δr2 (B1 / B2) / 4,

(27b)

используя δr2 (Um2) ≡δ2 (Um2) / Um22 и δr2 (B1 / B2) ≡δ2 (B1 / B2) / (B1 / B2) 2.Поскольку в серии измерений, используемых для статистической оценки δ r ( U K U R ), расчет U K выполняется с любой из двух констант. U m1 , в U m1 отсутствует компонент неопределенности из-за случайных эффектов в этой оценке, то есть U m1 является постоянным и не имеет статистических вариаций в этих испытаниях.Неопределенности в U m1 из-за систематических эффектов учитываются при оценке объединенной неопределенности измерения U K , но они считаются небольшими, как обсуждается в следующем разделе.

Таблица 4

Типичные значения параметров измерения ячейки Керра

907 28 , 31, 32, 33
Параметр Значение Номер уравнения
N 2
n 2.От 40 до 80,25 10, 11, 16b, 17b, 22, 23, 24a, 28, 39, 42
U m1 6386 V, 46770 V 8, 25, 27a , 40
U m2 6449 V, 46390 V 8, 16b, 17b, 22, 23, 24a, 25, 42, 43

45 B 904 1

3,27 × 10 –12 м / V 2 , 8, 25, 27a, 34, 39
Параметры измерения ячейки Керра B 2 3.22 × 10 −12 м / В 2 , 8, 25, 27a, 34, 39
α 0 6,128 × 10 −12 м / В 2 26, 34, 35, 36, 37
α 1 −5.287 × 10 −9 K 2 26, 34, 35, 36, 37
α 2 1,310 × 10 −6 K 2 м / В 2 26, 34, 35, 36, 37
902 T25 1 294.От 9 K до 297,4 K 34, 35, 36, 37
T 2 296,1 K до 296,5 K 34, 35, 36, 37
90Δ225 I n / Δ I м от 0,03 до 1,00 28, 29, 30
Измерения высоты (по фотографиям) h 0 0,271632 см
h n 2.От 289 см до 6,472 см 30, 31, 32, 33
h м 6,48 см 30, 31, 32, 33

Выражение для номера края n с точки зрения интенсивности I n , соответствующего n и максимальной и базовой интенсивности I м и I 0 является

n = {N + 2πsin − 1ΔImΔIm, Neven, N + 1−2πsin − 1ΔInΔIm, Nodd,

(28)

где Δ I n = I n I 0 и Δ I м = I м I 0 .Неопределенность в n находится из уравнения. (28) быть

δ 2 ( n ) = {(1/ π 2 ) [1 / (Δ I n / Δ I м ) — (Δ I n / Δ I м ) 2 ]} δ 2 I n Δ I м ).

(29)

Интенсивности I n , I m и I 0 определяются по фотографии выходного сигнала фотодетектора, отображаемой на запоминающем осциллографе.Они измеряются по высоте на фотографии так же, как измеряются выходные напряжения В, R . Отношение находится как

ΔIn≡In − I0 = k (hn − h0), ΔIm≡Im − I0 = k (hm − h0),

и

Δ I n / Δ I м = ( I n I 0 ) / ( I м I 0 ) = ( h n h 0 ) / ( h m h 0 ),

(30)

где h n , h 0 и h м — измеренные высоты следов интенсивности, соответствующих номеру полосы n , базовому уровню интенсивности и максимальному уровню интенсивности, соответственно.Константа k включает в себя электрооптическую эффективность фотодетектора, трансимпеданс схемы усилителя и масштабные коэффициенты осциллографа, но поскольку соотношение используется в формуле. (30) коэффициент k отменяется, поскольку разумно предположить, что он одинаков для I n , I m и I 0 . Таким образом, неопределенность отношения Δ I n / Δ I м зависит только от неопределенности измерения высоты

δ2 (ΔIn / ΔIm) = (hm − h0) −2δ2 (hn) + [(hn − hm) / (hm − h0) 2] 2δ2 (h0) + [- (hn − h0) / (hm− h0) 2] 2δ2 (hm).

(31)

Что касается метода ФАПЧ, стандартные неопределенности для всех измерений высоты имеют одинаковую величину, обозначенную δ ( h ), так что члены в уравнении. (31) можно объединить, чтобы дать

δ2 (ΔIn / ΔIm) = {[(hm − h0) 2 (hn − hm) 2+ (h0 − hn) 2] / (hm − h0) 4} δ2 (h),

(32)

Подставляя уравнение. (32) в уравнение. (29) дает

δ2 (n) = {[(hm − h0) 2+ (hn − hm) 2+ (h0 − hn) 2] / [π2 × (1 — [(hn − h0) / (hm − h0)] ) × [(hn − h0) / (hm − h0)] × (hm − h0) 4)]} δ2 (h).

(33)

Вышеприведенное уравнение не содержит члена неопределенности для целого числа полос N , показанного в уравнении.(28) поскольку δ ( N ) равно нулю; ошибка при подсчете целого числа полос в трассе Керра будет немедленно обнаружена в большой разнице U K U R , которая в результате возникнет. Неопределенность в n затем зависит от высоты следов интенсивности, измеренных по фотографии осциллографа, которые определяют дробную составляющую n , и от неопределенности измерений высоты δ ( h ), но не от целочисленной составляющей. N .Для типичных значений высоты, указанных в, и для стандартной неопределенности δ ( h ) 0,025 см, которая использовалась ранее при расчете выходного напряжения системы ФАПЧ в разд. 2.2 стандартная неопределенность n составляет от 0,05 до 0,25, что соответствует относительной стандартной неопределенности n , δ r ( n ), менее 0,02% в используемом диапазоне напряжений.

Стандартная неопределенность постоянной ячейки Керра при температуре калибровки делителя T 2 в уравнении.(27b) зависит от относительной стандартной неопределенности отношения коэффициентов Керра δ r ( B 1 / B 2 ). Чтобы определить относительную стандартную неопределенность δ r ( U м2 ), уравнение. (26) используется для получения отношения:

B1 / B2 = (α0 + α1T1−1 + α2T1−2) / (α0 + α1T2−1 + α2T2−2).

(34)

Тогда стандартная неопределенность

δ2 (B1 / B2) = [(α1T1−2 + 2α2T1−3) / B2] 2δ2 (T1) + [(B1 / B22) (α1T2−2 + 2α2T2−3)] 2δ2 (T2).

(35)

Одни и те же значения α 0 , α 1 и α 2 используются для измерений при всех температурах ячейки Керра, поэтому случайная составляющая неопределенности отсутствует. . Систематический компонент неопределенности считается незначительным из-за отличного согласия между одновременными измерениями ячейки Керра и эталонного делителя напряжения, сделанными для температур ячейки от 293,6 K до 297,3 K.Любая ошибка в используемых значениях α 0 , α 1 и α 2 приведет либо к монотонному увеличению, либо к уменьшению разницы между пиковым напряжением, определенным с помощью двух измерительных систем. при изменении температуры ячейки Керра, но наблюдались только случайные изменения этой разницы; систематических тенденций в данных не наблюдалось. Таким образом, погрешности температурных коэффициентов незначительны.

Величины стандартной неопределенности измеренных температур T 1 и T 2 одинаковы и обозначаются δ ( T ), поэтому уравнение.(35) сводится к

δ2 (B1 / B2) = {[(α1T1−2 + 2α2T1−3) / B2] 2 + [(B1 / B22) (α1T2−2 + 2α2T2−3)] 2} δ2 (T)

( 36)

или в относительной форме

δr2 (B1 / B2) = {[(α1T1−2 + 2α2T1−3) / B1] 2 + [(α1T2−2 + 2α2T2−3) / B2] 2} δ2 (T),

(37)

с δ r ( B 1 / B 2 ) ≡ δ ( B 1 / B 2 ) / ( B 1 / B 2 ).

6.1.4 Погрешность отношения тестового делителя

Относительная стандартная погрешность эталонного делителя, найденная путем подстановки уравнения.(27b) в уравнение. (24b) — это

δr (DR) = (UK / UR) {[δr2 (n) + δr2 (B1 / B2)] / 4 + δr2 (UK − UR) + δr2 (VR)} 1/2.

(38)

Оценка относительной стандартной неопределенности разности пиковых напряжений, измеренных ячейкой Керра и эталонным делителем, δ r ( U K U R ) / U R , 0,15%, было получено из стандартного отклонения выборки серии измерений, охватывающих диапазон напряжений от 10 кВ до 300 кВ.Используя эту оценку и значения для других параметров и их неопределенности, перечисленные в разделе, δ r ( D R ) рассчитано как самое большее 0,17%.

Таблица 6

Относительные стандартные неопределенности параметров сравнения

Относительные стандартные неопределенности Максимальное значение (%) Тип неопределенности Номер уравнения
25 r
25 r 90 ) 0.01 B 22
δ ( V P ), δ ( V R ), δ ( V T ) 0,06 B 19b 24b, 38, 41, 43
δ r ( D R ) 0,17 B 19b, 24b, 38, 41
δ r

5 ( D T )

0,19 B 19b, 41, 43
δ r ( n ) 0.02 B 13, 24b, 38, 43
δ r ( U m2 ) 0,05 B 24b, 27b, 43
( U K U R ) 0,15 A 24b, 38
δ r ( B 1 / B

5 2 902 902

0,09 B 27b, 37, 38

Оценка δ r ( D R ) сделана с использованием компонентов неопределенности из-за случайных эффектов и не включает компоненты из-за систематического эффекты, которые считаются незначительными.Этот вывод основан на оценке разницы пиковых напряжений ( U K U R ) / U R , которая для этой серии измерений имеет среднее значение менее 0,1 %. Разница в измерениях пикового напряжения, приведенная в формуле. (22) можно преобразовать, используя уравнение. (25) как

Δ U KR ≡ [ n ( B 1 / B 2 )] 1/2 Δ U м1 — Δ D R V R ,

(39)

где Δ U m1 и Δ D R — систематические ошибки постоянной ячейки и соотношения опорного делителя, соответственно, и U R = D R V R = [ n ( B 1 / B 2 )] 1/2 U m1 .Используя n 1/2 = U p / U m2 = U p / [ U m1 ( B 1 / B 2 ) 1/2 ], Ур. (39) становится

Δ U KR, r = Δ U m1 / U m1 — Δ D R / D R ,

(40)

с Δ U KR, r ≡ Δ U KR / U P .Возможно, что относительные ошибки в константе ячейки и соотношении делителя велики и что только их разница в формуле. (40) мало, но это маловероятно; это будет означать, что будет значительная разница между коэффициентом делителя низкого напряжения, рассчитанным на основе сопротивлений компонентов, или коэффициентом постоянного напряжения низкого напряжения, и коэффициентом высокого напряжения, используемым в этом сравнении. Такая разница может возникать из-за нагрева и воздействия напряжения, но маловероятно, что эти эффекты приведут к постоянному коэффициенту делителя в рассматриваемом здесь диапазоне высокого напряжения.Постоянная разница в уравнении. (40) для коэффициента делителя, который изменяется с напряжением, будет означать, что постоянная ячейки должна измениться одинаково, но это будет указывать либо на изменение физических размеров ячейки, либо на изменение температуры керровской жидкости. Во время сравнительных испытаний не было измерено никаких изменений температуры, которые указывали бы на то, что такое явление действительно происходит. Кроме того, большое изменение коэффициента делителя от низкого напряжения к высокому напряжению будет видно в форме волны Керра, соответствующей измеренному выходному напряжению, показанному на, для которого использовался постоянный коэффициент делителя низкого напряжения.Если бы коэффициент делителя зависел от напряжения, соответствие в начале кривой (более низкие значения напряжения) было бы хорошим, но соответствие около пика (самые высокие значения напряжения) было бы плохим, что не так, как очевидно. видно из рисунка. Хотя подобранная форма сигнала не совпадает с измеренной формой сигнала в точках, соответствующих пиковому напряжению, относительная разница в числах интерференционных полос, рассчитанных для двух форм сигнала, составляет менее 0,02%. Одновременные измерения с другими импульсными делителями напряжения показывают такое же превосходное согласие.Таким образом, можно сделать вывод, что относительные погрешности как коэффициента делителя, так и постоянной ячейки незначительны.

Оценка объединенной стандартной неопределенности для неизвестного отношения делителя из уравнения. (19b) оказывается

δr (DT) = [δr2 (DR) + 2δr2 (Vp)] 1/2,

(41)

где величина δ r ( V T ) и δ r ( V R ) одинаковы и обозначаются δ r ( V p ).При значениях параметра и погрешности от до δ r ( D T ) рассчитывается как 0,19%. Используя коэффициент охвата k = 2, расширенная относительная неопределенность в отношении тестового делителя составляет 0,38%.

Измеритель с подвижной катушкой — обзор

Шунты и умножители

10

Нет никакой разницы между основным прибором, используемым для измерения тока и напряжения, поскольку оба используют миллиамперметр в качестве основной части.Это чувствительный прибор, который дает FSD для токов всего в несколько миллиампер. Когда амперметр требуется для измерения токов большей величины, часть тока отводится через сопротивление низкого значения, подключенное параллельно с измерителем. Такое отклоняющее сопротивление называется шунтом .

Из Рисунок 23.5 (a) , V PQ = V RS .

Рисунок 23.5.

Следовательно, I a r a = I S R S

Таким образом, значение шунта RS = IaraISΩ

Миллиамперметр преобразуется в вольтметр путем подключения высокого сопротивление (называемое умножителем ) последовательно с ним, как показано на Рисунок 23.5 (а) . Из Рисунок 23.5 (b) , V = V a + V M = Ir a + IR M

Таким образом, значение множителя R M = V — Ir / I Ом .

Например, пусть m.c. прибор имеет полную шкалу 20 мА и сопротивление 25 Ом. Чтобы прибор можно было использовать в качестве амперметра 0–10 А, необходимо параллельно с прибором подключить шунтирующее сопротивление R S . Начиная с Рисунок 23.5 (а) ,

I = 10 А, Is = I-Ia = 10-0,020 = 9,98 А.

Следовательно, значение R S определяется по формуле:

Rs = IaraIs = (0,020) (25) 9,98 = 50,10 мОм.

Чтобы прибор можно было использовать в качестве вольтметра от 0 до 100 В, необходимо последовательно подключить к прибору умножитель R M , значение R M задается как:

RM = V − IraI = 100− (0,020) (25) 0,020 = 4,975 кОм.

11

Омметр — это прибор для измерения электрического сопротивления.Простая схема омметра показана на Рис. 23.6 (a) . В отличие от амперметра или вольтметра, схема омметра не получает от тестируемой цепи необходимую для своей работы энергию. В омметре эта энергия подается от автономного источника напряжения, такого как аккумулятор. Изначально клеммы XX замкнуты накоротко и R отрегулированы так, чтобы показывать FSD на миллиамперметре. Если ток I имеет максимальное значение, а напряжение E постоянно, то сопротивление R = E / I имеет минимальное значение.Таким образом, FSD на миллиамперметре обнуляется по шкале сопротивления. Когда клеммы XX разомкнуты, ток не течет, а R (= E / O) — бесконечность, ∞. Таким образом, миллиамперметр можно откалибровать непосредственно в омах. В результате получается тесная (нелинейная) шкала, расположенная «задом наперед» (как показано на рис. 23.6 (b) ). При калибровке между клеммами XX помещается неизвестное сопротивление, а его значение определяется по положению указателя на шкале. Омметр, предназначенный для измерения низких значений сопротивления, называется тестером целостности цепи . Омметр, предназначенный для измерения высоких значений сопротивления (например, мегомов), называется измерителем сопротивления изоляции (или « мегомметр »).

Рисунок 23.6.

12

Производятся приборы, которые объединяют измеритель с подвижной катушкой с рядом шунтов и последовательных умножителей, чтобы обеспечить диапазон показаний на единой шкале, градуированной для считывания тока и напряжения. Если в прибор встроена батарея, можно также измерить сопротивление.

Такие приборы называются мультиметрами , или универсальными приборами , многодиапазонными приборами или . Типичный пример — Avometer . Конкретный диапазон можно выбрать либо с помощью отдельных клемм, либо с помощью селекторного переключателя. Одновременно может быть выполнено только одно измерение. Часто такие инструменты можно использовать в сетях переменного тока. а также d.c. цепей, когда в прибор встроен выпрямитель.

13

Ваттметр — это прибор для измерения электрической мощности в цепи. Рисунок 23.7 показывает типичные подключения ваттметра, используемого для измерения мощности, подаваемой на нагрузку. В приборе есть две катушки:

(i)

токовая катушка , которая подключена последовательно с нагрузкой (как амперметр), и

(ii)

катушка напряжения , который подключается параллельно нагрузке (как вольтметр).

Рисунок 23.7.

14

Электронно-лучевой осциллограф (CRO) может использоваться для наблюдения форм сигналов и для измерения напряжения, тока, частоты, фазы и периодического времени.

(i)

При прямом измерении напряжения используется только переключатель «вольт / см» усилителя Y на CRO. При отсутствии напряжения на Y-пластинах отмечается положение следа пятна на экране. Когда на пластины Y подается постоянное напряжение, новое положение следа пятна указывает на величину напряжения. Например, на рис. 23.8 (a) , когда на пластины Y не подается напряжение, след пятна находится в центре экрана (исходное положение), а затем след пятна перемещается на 2.5 см до конечного показанного положения, после применения постоянного тока. Напряжение. Когда переключатель «В / см» установлен на 10 В / см, величина постоянного напряжения составляет 2,5 см × 10 В / см, то есть 25 В.

Рисунок 23.8.

(ii)

При измерении переменного напряжения , позвольте синусоидальной форме волны отображаться на экране CRO, как показано на Рисунок 23.8 (b) . Если «переменный» переключатель включен, скажем, 5 мс / см, то периодическое время T синусоидальной волны составляет 5 мс / см × 4 см, т.е.е. 20 мс или 0,02 с.

Так как частота f = 1T,

Если переключатель «вольт / см» находится в положении, скажем, 20 В / см, то амплитуда или пиковое значение синусоидальной волны показанной синусоиды составляет 20 В / см × 2 см, то есть 40 В.

Так как действующее напряжение = пиковое напряжение2

среднеквадратичное напряжение = 402 = 28,28 В.

Двухлучевые осциллографы полезны, когда два сигнала должны сравниваться одновременно. CRO требует разумных навыков в настройке и использовании.Однако его самым большим преимуществом является наблюдение за формой сигнала, чего нет у других измерительных приборов.

15

Электронный вольтметр может использоваться для точного измерения ЭДС или ПД. от милливольт до киловольт за счет включения в его конструкцию усилителей и аттенюаторов.

16

Метод измерения нуля — простой, точный и широко используемый метод, который зависит от показаний прибора, настроенных на считывание только нулевого тока.Метод предполагает:

(i)

, если есть какое-либо отклонение, значит, течет некоторый ток, и

(ii)

, если отклонения нет, то ток не течет (т. Е. нулевое условие).

Следовательно, нет необходимости калибровать расходомер, измеряющий ток, когда он используется таким образом. Чувствительный миллиамперметр или микроамперметр с центральным нулевым положением называется гальванометром . Два примера использования этого метода — мост Уитстона и d.c. потенциометр.

17

Мост Уитстона , показанный на Рис. 23.9 , используется в постоянном токе. схемы для сравнения неизвестного сопротивления R x с другими известными значениями. R 3 изменяется до тех пор, пока на гальванометре не будет получено нулевое отклонение G. При балансе (т. Е. Нулевое отклонение на гальванометре) произведения диагонально противоположных сопротивлений равны друг другу,

Рисунок 23.9.

т.е. R 1 R x = R 2 R 3

, откуда Rx = R2R3R1ohms.

18

постоянного тока потенциометр — это прибор с нулевым балансом, используемый для определения значений ЭДС и ЭДС путем сравнения с известной ЭДС.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *