УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ШУНТОВ

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, и предназначена для поверки низкоомных шунтов.
Известно устройство для поверки шунтов постоянного тока (RU 2314550 C2, МПК G01R 35/00 (2006.01), опубл. 27.07.2007), 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 выполнен в виде двух преобразователей постоянного напряжения в пропорциональное ему переменное напряжение и электромагнитного компаратора тока. Каждый из преобразователей содержит модулятор, усилитель переменного напряжения, индуктивный делитель напряжения и демодулятор. 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. 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 которого выполнено однодекадным и присоединено через переменный резистор к выходу первого преобразователя. Второе плечо компаратора тока 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.
С помощью этого устройства возможно поверять шунты только постоянного тока.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство для поверки шунтов (RU 80585U1, МПК G01R 35/00 (2006.01), опубл. 10.02.2009), выполненное с возможностью подключения поверяемого шунта к калибратору тока, соединенному с компьютером, и через коммутатор к цифровому амперметру, который соединен с компьютером. Цифроаналоговый преобразователь тока подключен к компьютеру и через коммутатор к цифровому амперметру. Поверяемый шунт через коммутатор соединен с цифровым вольтметром, который связан с компьютером. Цифроаналоговый преобразователь напряжения подключен к компьютеру и через коммутатор к цифровому вольтметру.
С помощью данного устройства возможно поверять шунты постоянного или переменного тока путем переключения режимов на цифровых вольтметре и амперметре.
Недостаток данного устройства заключается в отсутствии возможности получения больших испытательных токов и конечной разрядности цифровых вольтметра и амперметра, что не позволяет достичь высокой точности измерений малых сопротивлений.
Задачей полезной модели является увеличение точности измерений малых сопротивлений.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для поверки шунтов, так же как и в прототипе содержит поверяемый шунт, калибратор тока, соединенный через интерфейс с компьютером, коммутатор.
В отличие от прототипа калибратор тока через образцовый трансформатор тока соединен с заземленным поверяемым шунтом, к потенциальному выводу которого подсоединен нормирующий усилитель, к которому подключен коммутатор, связанный с первым входом сумматора и с первым входом вычитателя. Выход образцового трансформатора тока через коммутатор соединен со вторым входом сумматора и со вторым входом вычитателя. Выход сумматора соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом вычитателя. К выходу перемножителя последовательно подключены усилитель, фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, выход которого посредством интерфейса соединен с компьютером, к которому посредством интерфейса подключены нормирующий усилитель, коммутатор и усилитель.
Предложенная схема устройства для поверки шунтов позволяет реализовать нулевой метод измерения сопротивления, что дает возможность увеличить точность измерений малых сопротивлений как постоянного, так и переменного тока. С помощью коммутатора осуществляют калибровку измерительного тракта для устранения его погрешностей, а использование аналого-цифрового преобразователя и компьютера позволяет рассчитать и индицировать сопротивление шунта.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для поверки шунтов.
Устройство для поверки шунтов содержит калибратор тока 1 (КТ) соединенный через интерфейс с компьютером 2. Калибратор тока 1 (КТ) соединен через образцовый трансформатор тока 3 с заземленным поверяемым шунтом 4, потенциальный выход которого через последовательно соединенные нормирующий усилитель 5 (НУ) и коммутатор 6 (К) подключен к первому входу сумматора 7 (С) и к первому входу вычитателя 8 (В). Выход сумматора 7 (С) соединен с первым входом перемножителя 9 (П), второй вход которого соединен с выходом вычитателя 8 (В). К выходу перемножителя 9 (П) последовательно подключены усилитель 10 (У), фильтр нижних частот 11 (ФНЧ) и аналого-цифровой преобразователь 12 (АЦП), выход которого посредством интерфейса соединен с компьютером 2. Нормирующий усилитель 5 (НУ), коммутатор 6 (К) и усилитель 10 (У) посредством интерфейса соединены с компьютером 2. Выход образцового трансформатора тока 3 через коммутатор 6 (К) соединен со вторым входом сумматора 7 (С) и со вторым входом вычитателя 8 (В).
Может быть использован калибратора тока 1 (КТ) Fluke 5520A. В качестве трансформатора тока 3 может быть использован трансформатор тока 13W0100. Нормирующий усилитель 5 (НУ) и усилитель 10 (У) могут быть реализованы на любых операционных усилителях с программируемым коэффициентом усиления, например, PGA207. В качестве коммутатора 6 (К) может быть использовано герконовое реле с двумя группами перекидных контактов. Сумматор 7 (С) и вычитатель 8 (В) могут быть выполнены по типовым схемам суммирующего и вычитающего операционных усилителей. В качестве перемножителя 9 (П) можно использовать любой аналоговый перемножитель, например, AD734. Фильтр нижних частот 11 (ФНЧ) может быть выполнен по схеме активного фильтра Бесселя нижних частот третьего порядка на частоту среза 0,01 Гц. В качестве аналого-цифрового преобразователя 12 (АЦП) может быть использован любой сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь с дифференциальным входом.
пT
ш
тр
Устройство работает в два такта следующим образом. На первом такте с помощью компьютера 2 через интерфейс устанавливают параметры калибратора тока 1 (КТ) (амплитуду и частоту тока) и коэффициенты усиления нормирующего усилителя 5 (НУ) и усилителя 10 (У). С калибратора тока 1 (КТ) сигнал через образцовый трансформатор тока 3, с коэффициентом преобразования, равным K, поступает на поверяемый шунт 4, с коэффициентом преобразования, равным R. На выходе образцового трансформатора тока 3 появляется сигнал U, пропорциональный сигналу с выхода калибратор тока 1 (КТ).
тр
Сигнал U с выхода образцового трансформатора тока 3 (ТТ) через коммутатор 6 (К) поступает на первый и второй входы сумматора 7 (С) и первый и второй входы вычитателя 8 (В). Сигналы с выходов сумматора 7 (С) и вычитателя 8 (В) поступают на первый и второй вход перемножителя 9 (П) и перемножаются. Сигнал с выхода перемножителя 9 (П) усиливают усилителем 10 (У) и фильтруют фильтром нижних частот 11 (ФНЧ). Напряжение постоянного тока с выхода фильтра нижних частот 11 (ФНЧ) оцифровывают аналого-цифровым преобразователем 12 (АЦП) и через интерфейс передают и запоминают в компьютере 2.
Таким образом, на первом такте осуществляют калибровку измерительного тракта.
тр
ш
На втором такте сигнал U с выхода образцового трансформатора тока 3 через коммутатор 6 (К) поступает на второй вход сумматора 7 (С) и второй вход вычитателя 8 (В). На первый вход сумматора 7 (С) и первый вход вычитателя 8 (В) через коммутатор 6 (К) и нормирующий усилитель 5 (НУ) поступает сигнал U с потенциального выхода поверяемого шунта 4. Сигналы с выходов сумматора 7 (С) и вычитателя 8 (В) поступают на первый и второй вход перемножителя 9 (П) и перемножаются. Сигнал с выхода перемножителя 9 (П) усиливают усилителем 10 (У) и фильтруют фильтром нижних частот 11 (ФНЧ). Напряжение постоянного тока с выхода фильтра нижних частот 11 (ФНЧ) оцифровывают аналого-цифровым преобразователем 12 (АЦП) и через интерфейс передают и корректируют в компьютере 2.
Таким образом, в компьютере 2 присутствует сигнал ΔU, пропорциональный разности квадратов .
Через интерфейс изменяют коэффициент усиления нормирующего усилителя 5 (НУ), таким образом, чтобы сигнал ΔU был минимален (реализуют нулевой метод измерений), после этого в компьютере 2, с помощью специально разработанного программного обеспечения рассчитывают сопротивление шунта 4 по формуле:
,
к
где I - ток с выхода калибратора тока 1 (КТ), А;
у
K - коэффициент усиления нормирующего усилителя 5 (НУ).