Аннотация

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 - стандартизация, сертификация и метрологическое обеспечение. - Национальный технический университет Украины "КПИ", Киев, 2009.

Работа посвящена решению проблемы повышения точности измерений вольтметрами среднеквадратического напряжения (СКН) импульсных спектрально насыщенных сигналов путём учёта погрешностей, обусловленных влиянием неинформативных параметров (НП), и их нормирования с помощью импульсных многозначных мер СКН с изменяемыми НП.

Проведен анализ современного состояния методов и средств испытаний вольтметров СКН и оценки погрешностей измерения, обусловленных влиянием НП импульсных спектрально насыщенных сигналов. Показано, что метрологическое обеспечение вольтметров СКН при измерении импульсных спектрально насыщенных сигналов не позволяет полностью учитывать погрешности от влияния НП, из-за чего в реальных условиях эксплуатации вольтметров происходит потеря точности измерений.

Исследовано влияние НП импульсных сигналов различных форм и моделей передаточных характеристик входных трактов вольтметров, включая соединительный кабель, на погрешность измерения СКН. Путём сопоставления частотных погрешностей для сигналов различных форм при четырёх моделях АЧХ показано, что максимальную погрешность для всех форм сигналов вызывает модель АЧХ инерционного звена 1-го порядка, а наиболее неблагоприятным в отношении вызываемых погрешностей является сигнал прямоугольной формы. В результате анализа стали возможными упрощенная оценка широкополосности энергетического спектра импульсных сигналов, определение частотной погрешности от влияния НП и обоснование выбора испытательных сигналов.

Проведен анализ погрешности рассогласования соединительного кабеля вольтметров при передаче через него СКН импульсных спектрально насыщенных сигналов. Впервые получены графические зависимости, которые позволяют для известных отклонений выходного сопротивления объекта измерения от волнового сопротивления кабеля оценивать и учитывать погрешности рассогласования при измерении вольтметром импульсных спектрально насыщенных сигналов.

Исследовано влияние формы сигналов на погрешность, возникающую из-за ограничения амплитуды сигналов нелинейной характеристикой канала МП. На примере группы сигналов различной формы показано, что наибольшие погрешности характерны для широковершинных сигналов, а наименьшие - для островершинных. Приведено доказательство того, что максимальную погрешность, обусловленную ограничением амплитуды, вызывает сигнал прямоугольной формы. Для сигналов, которые состоят из суммы постоянной и переменной составляющих исследовано влияние удельного вклада постоянной составляющей на коэффициент амплитуды. Показано, что, независимо от формы сигнала, существуют такие значения удельного вклада постоянной составляющей, при которых значение коэффициента амплитуды сигнала превышает значение коэффициента амплитуды его переменной составляющей. Это свойство рекомендовано использовать в испытательных сигналах для вольтметров с открытым входом.

Предложен и обоснован подход к нормированию пределов погрешности вольтметров и зон рабочих значений НП при измерении импульсных сигналов. Нормирование выполняется испытательным сигналом наиболее неблагоприятной формы путём совместного влияния двух НП - частоты и коэффициента амплитуды. Благодаря этому становится возможным определение оценки реальной погрешности измерения СКН импульсных сигналов в пределах зон рабочих значений обоих НП.

Разработаны новые структурные и схемотехнические решения, позволяющие достичь повышения точности воспроизведения СКН в средствах испытаний вольтметров - импульсных многозначных мерах (ИММ) с изменяемыми НП. Развиты методы повышения точности многозначных мер постоянного напряжения, использующих классический принцип промежуточного ШИМ преобразования. Предложена структурная схема ШИМ преобразователя в составе многозначной меры постоянного напряжения, в которой разделение функций формирования ШИМ сигнала и автономной стабилизации его уровней позволило повысить точность воспроизведения постоянного напряжения. Проведена оптимизация параметров активного фильтра выделения постоянной составляющей ШИМ сигнала, направленная на повышение быстродействия и эффективности подавления пульсаций. Разработан новый источник опорного двухполярного напряжения с высокой степенью симметрии уровней. Предложена замкнутая структура преобразователя постоянного напряжения в импульсное двухполярное напряжение с использованием для стабилизации выходных уровней двух ИП усредненной амплитуды. В преобразователе использован новый трехфазный принцип коммутации тока, благодаря которому обеспечивается повышение точности воспроизведения СКН двухполярных импульсных сигналов в расширенном диапазоне частот.

Созданы и внедрены образцы ИММ с изменяемыми НП и улучшенными метрологическими характеристиками. Приведены результаты экспериментальных исследований различных вольтметров СКН с помощью созданных ИММ.

Ключевые слова: погрешности вольтметров среднеквадратического напряжения, средства испытаний вольтметров, импульсная многозначная мера напряжения, преобразователь постоянного напряжения в импульсное напряжение.

Abstract

Dissertation for candidate degree of technical sciences on speciality 05.01.02 - standardization, certification and metrology providing. National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute", Kiev, 2009.

Work is devoted the decision of problem of increase of accuracy measuring the RMS voltmeters of the impulsive spectral saturated signals by means of account errors, conditioned influencing of not informing parameters (NP), and their settings of norms by the impulsive many-values measures of RMS voltage with changeable NP.

The analysis of the modern state of methods and facilities of tests of RMS voltmeters and estimates of measuring errors, conditioned influencing of NP of the impulsive spectral saturated signals is conducted.

Influencing of NP of impulsive signals of different forms and models of transmission descriptions of entrance channel of voltmeters is probed, including a connecting cable, on the error of measuring of RMS voltage. The criteria of choice of forms of impulsive tester signals are grounded with changeable NP and offered approach to setting of norms errors.

New structural and technical schema decisions, allowing to attain the increase of exactness of reproducing of RMS voltage in facilities of tests of voltmeters - impulsive many-values measures (IMM) with changeable NP, are developed.

The methods of increase of exactness of many-values measures of permanent voltage are developed, using classic principle of intermediate PWM transformation.

Created and inculcated operating standards of IMM with changeable NP and complex of the improved metrology descriptions.

Key words: errors of RMS voltmeters, facilities of tests of voltmeters, impulsive many-values measure of voltage, transformer of DC voltage to impulsive voltage.

Размещено на Allbest.ru