УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель устройство измерения высокого напряжения относится к электроизмерительным устройствам для измерения высокого напряжения постоянного и переменного тока с малой погрешностью в диапазоне от нуля до значений свыше 100 киловольт. Устройство измерения высокого напряжения относится к приборостроению, к группе измерительных приборов, предназначенных для определения электрических, магнитных и электромагнитных величин, характеризующих работу радиотехнических и электронных устройств и систем.
Наиболее близким техническим решением является цифровой кило-вольтметр, предназначенный для измерения высокого напряжения постоянного и переменного тока [1], состоящий из делителя напряжения высоковольтного и измерителя постоянных и переменных напряжений, который в свою очередь состоит из аналого-цифрового преобразователя, клавиатуры, дисплея и устройства управления, обеспечивающий приведенную погрешность ±0,5% измерения высокого напряжения в диапазоне измеряемых напряжений.
Недостатком данного устройства является довольно большая погрешность измерения, связанная с разбросом параметров используемых в делителе резисторов и конденсаторов, а также возникающей нелинейностью коэффициента деления при работе под воздействием высокого напряжения. Также недостатком является необходимость использования дорогих высокоточных резисторов и конденсаторов.
Целью предполагаемой полезной модели является значительное повышение точности измерения высоких напряжений постоянного и переменного тока в диапазоне от нуля до значений свыше 100 киловольт.
Технический результат достигается путем использования компенсатора погрешности делителя напряжения для повышения точности измерения высоких напряжений постоянного и переменного тока.
Сущность технического решения заключается в следующем:
Устройство состоит из двух основных блоков, соединенных кабелем. Высоковольтный блок предназначен для измерения высокого напряжения и передачи результата в блок индикации. Высоковольтный блок состоит из делителя напряжения, который делит входное напряжение, аналого-цифрового преобразователя и преобразователя интерфейсов, предназначенного для отправки результата по последовательному интерфейсу в блок индикации. Блок индикации состоит из дисплея, компенсатора погрешности делителя напряжения, устройства управления, которое обеспечивает вывод на дисплей значений действующего, среднего и амплитудного напряжения за период измерения, полученных из блока компенсации погрешности высоковольтного делителя, а также клавиатуры, предназначенной для управления прибором.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства измерения высокого напряжения, включающая два блока, соединенных кабелем: высоковольтный блок 1, содержащий делитель напряжения 1.1, аналого-цифровой преобразователь 1.2 и преобразователь интерфейсов 1.3 и блок индикации 2, содержащий блок компенсации погрешности высоковольтного делителя 2.1, устройство управления 2.2, дисплей 2.3 и клавиатуру 2.4.
Устройство работает следующим образом.
Высокое постоянное или переменное напряжение подают на делитель напряжения 1.1, состоящий из резистора верхнего плеча и резистора нижнего плеча, который преобразует его в низкое напряжение. Оно поступает на вход аналогово-цифрового преобразователя 1.2, который с определенной частотой преобразовывает его в дискретные отсчеты. Эти отсчеты поступают на преобразователь интерфейсов 1.3, который отправляет их по последовательному интерфейсу в блок индикации 2, там они поступают в блок компенсации погрешности высоковольтного делителя 2.1. Он накапливает некоторое количество отсчетов, равное отношению периода отображения на дисплее 2.3 и периоду дискретизации аналогово-цифрового преобразователя 1.2. Затем блок компенсации погрешности высоковольтного делителя 2.1 анализирует полученные данные и преобразует их, компенсируя нелинейность делителя путем кусочно-линейной аппроксимации его передаточной характеристики, а также компенсирует разность коэффициентов деления делителя напряжения 1.1 для постоянного и переменного напряжений. Далее преобразованные данные поступают в устройство управления 2.2, которое выводит их на дисплей 2.3. Алгоритм работы блока компенсации погрешности высоковольтного делителя 2.1 заключается в следующем. Вначале вычисляется коэффициент К, соответствующий доли постоянного напряжения в итоговом значение действующего напряжения.
i
где X - отсчеты АЦП, k - количество отсчетов в выборке.
Итоговое значение действующего напряжения вычисляется по формуле:
C - константа полученная при калибровке по постоянному напряжению.
N
N
N
A, X, Y - константы, полученные в процессе калибровки по переменному напряжению.
Калибровка по постоянному напряжению производится в верхней трети диапазона измерений.
DCref
где U - значение постоянного напряжения на эталонном приборе в процессе калибровки по постоянному напряжению.
Калибровка по переменному напряжению выполняется в нескольких точках, N - номер точки калибровки.
- сумма квадратов отсчетов в точке калибровки
N
Y - показания эталонной системы в точке калибровки N для формулы (2) выбирается из условия:
Среднее напряжение вычисляется по формуле
Амплитудное напряжение вычисляется по формуле
N - для формулы (7) выбирается из условия (8):
RMS
DC
max
Значения напряжений U, U, U, полученные по формулам (2), (6) и (7) поступают в устройство управления 2.2.
Преимущества и технический эффект полезной модели состоит в том, что при значительно меньшей себестоимости характеристики превосходят прототип по классу точности. Апробировано более 200 устройств измерения высокого напряжения. Его цена ниже, чем у прототипа при значительно меньшей себестоимости, класс точности 0,25/0,05 против 0,5% приведенной погрешности у прототипа, а действующее значение измеряемого напряжения на 20% выше, 120 кВ против 100 кВ у прототипа.
Источники информации:
1. Цифровой киловольтметр «СКВ-100» Пензенский научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (НИИ-ЭМП). http://niiemp.ru/produktsiya-i-uslugi/kontrolno-izmeritelnoe-oborudovanie/vysokovoltnye-izmeriteli-napryazheniya/item/kilovoltmeter-skv-100.html (прототип).