устройство для поверки шунтов постоянного тока

Формула изобретения

Устройство для поверки шунтов постоянного тока, содержащее эталонную меру сопротивления, выполненную в виде трех параллельно соединенных резисторов с ненормированной погрешностью с возможностью их отключения из измерительной цепи и изменения коэффициента преобразования эталонной меры сопротивления, компаратор напряжений и источник постоянного тока, отличающееся тем, что компаратор напряжений выполнен в виде двух преобразователей постоянного напряжения в пропорциональное ему переменное напряжение и электромагнитного компаратора тока, при этом каждый из преобразователей содержит модулятор, усилитель переменного напряжения, индуктивный делитель напряжения и демодулятор, причем напряжение с выхода модулятора усиливается усилителем, а напряжение с выхода усилителя через индуктивный делитель напряжения подается на демодулятор, с выхода которого сигнал обратной связи подается на вход модулятора, при этом вход первого преобразователя присоединен к потенциальным зажимам эталонной меры сопротивления, а вход второго преобразователя присоединен к потенциальным зажимам поверяемого шунта постоянного тока; компаратор тока выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования, первое плечо которого выполнено однодекадным и присоединено через переменный резистор к выходу первого преобразователя, второе плечо выполнено многодекадным и через резистор присоединено к выходу второго преобразователя, квадратурная обмотка через конденсатор присоединена к выходу второго преобразователя, а индикаторная обмотка присоединена к нулевому индикатору.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для поверки шунтов постоянного тока в широком диапазоне токов, используемых для коммерческого учета электроэнергии как в лабораторных условиях, так и на месте их эксплуатации.

Известно устройство для поверки шунтов постоянного тока, содержащее магнитный компаратор постоянного тока, эталонную меру сопротивления, регулируемый делитель напряжения, нулевой индикатор и источник постоянного тока [1].

Недостаток этого устройства заключается в ограниченном диапазоне измеряемых токов, а также в сложности изготовления эталонных мер сопротивления и магнитного компаратора постоянного тока на большие токи.

Известно устройство для поверки шунтов постоянного тока, содержащее потенциометр постоянного тока, эталонную меру сопротивления и источник постоянного тока [2].

Недостаток этого устройства заключается в сложности изготовления эталонных мер сопротивления на большие токи, а также в ограниченном диапазоне измеряемых величин.

Известно устройство для поверки шунтов постоянного тока, содержащее двухрядный потенциометр постоянного тока, эталонную меру сопротивления в виде параллельно соединенных шунтов высокой точности и источник постоянного тока [3].

Недостаток этого устройства заключается в сложности изготовления эталонных мер сопротивления на большие токи и высокостабильных источников постоянного тока.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для поверки шунтов постоянного тока (прототип), содержащее эталонную меру сопротивления, выполненную в виде трех параллельно соединенных резисторов с ненормированной погрешностью с возможностью их отключения из измерительной цепи и изменения коэффициента преобразования эталонной меры сопротивления, компаратор напряжений и источник постоянного тока [4].

Недостаток этого устройства (прототипа) заключается в сложности изготовления высокостабильного источника постоянного тока.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке технического решения, которое обеспечивает повышение точности поверки шунтов постоянного тока в широком диапазоне измеряемых величин при использовании источника больших постоянных тока невысокой стабильности. При использовании источников больших постоянных токов невысокой стабильности точность прототипа резко снижается.

Эта задача решена в результате того, что в устройстве для поверки шунтов постоянного тока, содержащем эталонную меру сопротивления, выполненную в виде трех параллельно соединенных резисторов с ненормированной погрешностью с возможностью их отключения из измерительной цепи и изменения коэффициента преобразования эталонной меры сопротивления, компаратор напряжений и источник постоянного тока, компаратор напряжений выполнен в виде двух преобразователей постоянного напряжения в пропорциональное ему переменное напряжение и электромагнитного компаратора тока, при этом каждый из преобразователей содержит модулятор, усилитель переменного напряжения, индуктивный делитель напряжения и демодулятор. Вход первого преобразователя присоединен к потенциальным зажимам эталонной меры сопротивления, вход второго преобразователя присоединен к потенциальным зажимам поверяемого шунта постоянного тока. Компаратор тока выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования; первое плечо компаратора тока выполнено однодекадным и присоединено через переменный резистор к выходу первого преобразователя, второе плечо выполнено многодекадным и через резистор присоединено к выходу второго преобразователя, квадратурная обмотка компаратора тока через конденсатор подключена к выходу второго преобразователя, а индикаторная обмотка компаратора тока присоединена к нулевому индикатору.

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

На фиг.1 приведена схема устройства для поверки шунтов постоянного тока.

Устройство для поверки шунтов постоянного тока содержит источник постоянного тока 1, эталонную меру сопротивления 2, поверяемый шунт постоянного тока 3, резистор 4, имитирующий сопротивление измерительного прибора, эталонную катушку сопротивления 5, преобразователи 6, 7 и компаратор тока 8. Эталонная мера сопротивления 2 выполнена в виде трех параллельно соединенных резисторов 9, 10, 11 с ненормированной погрешностью с возможностью их отключения посредством разъемов из измерительной цепи и изменения коэффициента преобразования эталонной меры сопротивления, при этом токовые и потенциальные зажимы шунтов 9, 10, 11 эталонной меры сопротивления 2 соединены раздельно. Номинальные значения сопротивления резисторов 9, 10 эталонной меры сопротивления 2 находятся между собой в соотношении 1:10. Резистор 8 выполнен с возможностью изменения его сопротивления и номинально равен сопротивлению резистора 4, имитирующего сопротивление измерительного прибора. При этом знать точные сопротивления резисторов 9, 10, 11, а также величину их отношений не требуется.

Преобразователь 6 содержит модулятор 12, усилитель переменного напряжения 13, индуктивный делитель напряжения 14 и демодулятор 15. Преобразователь 7 содержит модулятор 16, усилитель переменного напряжения 17, индуктивный делитель напряжения 18 и демодулятор 19.

Потенциальные зажимы эталонной меры сопротивления 2 присоединены к входу модулятора 12 преобразователя 4, а потенциальные зажимы поверяемого шунта постоянного тока 3 присоединены к входу модулятора 16 преобразователя 5.

Электромагнитный компаратор тока 8 выполнен с регулируемым коэффициентом преобразования; первое плечо 20 компаратора тока 8 выполнено однодекадным и через переключатель 21 и переменный резистор 22 присоединено к выходу усилителя переменного напряжения 13 преобразователя 4, второе плечо 23 компаратора тока 8 выполнено многодекадным и через переключатель 24 и резистор 25 присоединено к выходу усилителя переменного напряжения 16 преобразователя 5. Квадратурная обмотка 26 компаратора тока 8 через переключатель 27 и конденсатор 28 присоединена к выходу усилителя переменного напряжения 16 преобразователя 7, а индикаторная обмотка 29 компаратора тока 8 присоединена к нулевому индикатору 30.

Работа устройства для поверки шунтов постоянного тока заключается в следующем.

Перед операцией поверки шунтов постоянного тока производится балансировка измерительной цепи, при этом производится отключение резисторов 9, 10, 11 эталонной меры сопротивления 2, поверяемого шунта постоянного тока 3, резистора 4, имитирующего сопротивление измерительного прибора, и эталонной катушки сопротивления 5. От стороннего источника напряжения (не показан) на вход модулятора 12 преобразователя 6 и на вход модулятора 16 преобразователя 7 подается напряжение, номинально равное падению напряжения на поверяемом шунте постоянного тока 3. При равенстве плеч 20, 23 компаратора тока 8 путем изменения сопротивления резистора 22 и числа ампер-витков квадратурной обмотки 26 посредством переключателя 27 производится уравновешивание измерительной цепи, что отмечается по нулевому (минимальному) показанию нулевого индикатора 30. При этом преобразователи 6, 7 преобразуют подаваемое на них постоянное напряжение при помощи, соответственно, модуляторов 12, 16 в переменное напряжение, которое усиливается при помощи, соответственно, усилителей 13, 17 и подается на плечи, соответственно, 20 и 23 компаратора тока 8. Переменное напряжение с выходов, соответственно, усилителей 12, 16, через индуктивные делители напряжения 14 и 18 подается, соответственно, на демодуляторы 15, 19, с выхода которых сигналы обратной связи подаются на входы, соответственно, модуляторов 12, 16. Разность напряжений, подаваемых на модуляторы 12, 16, и сигнала обратной связи с демодуляторов 15, 19 подается, соответственно, на усилители 12, 16. В результате этого обеспечивается высокое входное сопротивление компаратора напряжений, выполненного в виде преобразователей 6, 7 и компаратора тока 8, температурная стабилизация измерительной цепи, а также высокая чувствительность и точность измерительной цепи.

После операции балансировки измерительной цепи производится измерение коэффициента преобразования поверяемого шунта постоянного тока 3 и выполняются следующие операции.

На первом этапе измерений собирается измерительная цепь в соответствии с фиг.1. К входу преобразователя 6 присоединяется эталонная мера сопротивления 2, составленная из резисторов 9, 10, 11, а к входу преобразователя 7 - поверяемый шунт постоянного тока 3, параллельно которому присоединен резистор 4, имитирующий сопротивление измерительного прибора. В измерительной цепи выставляется ток, равный номинальному току поверяемого шунта постоянного тока 3. Падение напряжения на эталонной мере сопротивления 2 и на параллельно соединенных поверяемом шунте постоянного тока 3 и резисторе 4, имитирующем сопротивление измерительного прибора, уравновешивается путем регулирования числа ампер-витков плеч 20, 23 компаратора тока 8 посредством переключателей 21, 24. При этом выполняется равенство

где R₉, R ₁₀, R₁₁ - сопротивления соответственно резисторов 9, 10, 11 эталонной меры сопротивления 2;

R ₃ - сопротивление поверяемого шунта постоянного тока 3;

R₄ - сопротивление резистора 4, имитирующего сопротивление измерительного прибора;

и ₁ - показания, соответственно, первого и второго плеч компаратора тока 8.

На втором этапе измерений эталонная мера сопротивления 2 составляется из двух параллельно соединенных резисторов 9, 11. Производится уравновешивание измерительной цепи путем регулирования числа ампер-витков плеча 23 компаратора тока 8 посредством переключателя 24 и составляется новое равенство:

Уравнения (1) и (2) можно представить, соответственно, в виде

где К₃ - коэффициент преобразования (шунтирования) поверяемого шунта постоянного тока 3.

На третьем этапе измерений к входу преобразователя 6 присоединяется эталонная мера сопротивления 2, составленная из резисторов 10, 11, а к входу преобразователя 7 - резистор 4, имитирующий сопротивление измерительного прибора, параллельно которому присоединена эталонная катушка сопротивления 5. В измерительной цепи выставляется ток, равный 0,1 номинального тока поверяемого шунта 3, при этом показания первого плеча 20 компаратора тока 8 должно быть равно единице ( =1). Падение напряжения на эталонной мере сопротивления 2 и на параллельно соединенных резисторе 4, имитирующем сопротивление измерительного прибора, и эталонной катушке сопротивления 5 уравновешивается путем регулирования числа ампер-витков плеча 23 компаратора тока 8 посредством переключателя 24. Выполняется равенство:

или

где R₅ - сопротивление эталонной катушки сопротивления 5;

K₅ - коэффициент преобразования эталонной катушки сопротивления 5.

Решая совместно уравнения (3), (4), (5), определяем коэффициент преобразования К₃ поверяемого шунта постоянного тока 3 по полученным значениям ₁, ₂, ₃ и известному с высокой точностью коэффициента преобразования К5 эталонной катушки сопротивления 5

Коэффициент преобразования поверяемого шунта постоянного тока 3 можно представить в виде

Решая совместно уравнения (5), (6), определим сопротивление поверяемого шунта 3

Таким образом, предположенное техническое решение позволяет определять с высокой точностью действительные значения сопротивления шунтов постоянного тока в широком диапазоне измеряемых величин с применением источников постоянного тока невысокой стабильности.

Источники информации

1. Векслер М.С. Шунты переменного тока / М.С.Векслер, А.М.Теплинский - Л.: Энергоатомиздат, 1987, с.11-13, 79-81.

2. Любимов Л.И. Вопросы поверки и аттестации масштабных преобразователей переменного тока / Л.И.Любимов, И.Д.Форсилова, Е.З.Шапиро - М.: Машиностроение, 1984, с.4-10.

3. Семенко И.Г. Методы и средства измерения больших токов и их метрологическое обеспечение / Н.Г.Семенко, Ю.А.Гамазов - М.: Издательство стандартов, 1982, с.37-41.

4. Ломтев Е.А., Нефедьев Д.И. Устройство для поверки шунтов постоянного тока. Патент №2241238 на изобретение (Россия). Опубликовано в Б.И. №33, 2004.