Устройство и способ для градуировки электромагнитных амперметров

Устройство и способ для градуировки электромагнитных амперметров

Реферат

 

Устройство для градуировки щитовых электромагнитных амперметров содержит блок управления, калибратор и печатающее устройство, первую и вторую клеммы для подключения электрической схемы прибора, первый фильтр, подключенный к одному входу калибратора и первой клемме, связанной с выходом второго фильтра. Между шиной "общий" устройства и второй клеммой параллельно включены подстроечная емкость и измеритель синусоидального напряжения, связанный с блоком управления, а между шиной "общий" и входом второго фильтра включен генератор синусоидальных напряжений, связанный с блоком управления. Способ градуировки с помощью описанного выше устройства основан на использовании для определения положения стрелочного указателя прибора измерений напряжения на выходе схемы подключения. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, может быть использовано в производстве электромагнитных амперметров, при их градуировке.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи расширения функциональных возможностей градуировки, как технологической операции.

Известно устройство, содержащее калибратор, электрически управляемое печатающее устройство с установленным в нем градуируемым прибором, измеритель индуктивности, подключенные к блоку управления, причем вход электрической схемы прибора связан с выходом калибратора и через фильтр с измерителем индуктивности [а.с. N 1460708 кл. G 01 R 35/00, 1986 год]. Данное устройство позволяет по индуктивности L_k измерительного механизма прибора, определяемой приборами из ряда ГСП для значений выходного тока i_k, соответствующих градуируемым отметкам шкалы, определить значения градуировочной характеристики _k по формуле где I_пр, L_пр, _пр - значения тока, индуктивности катушки и угла отклонения указателя на конечной отметке шкалы; L_о - значение индуктивности катушки на начальной отметке шкалы.

Недостатком этого аналога можно считать ограничение функциональных возможностей устройства для градуировки щитовых электромагнитных приборов, обусловленных тем, что в устройстве в качестве измерителя индуктивности катушки прибора используется мост переменного тока, который работает на фиксированных по амплитуде и частоте измерительных сигналах. Ограничение, заложенное в мостовых измерителях индуктивности из ряда ГСП, на tg не позволяет использовать данные виды измерителей индуктивности для градуировки приборов с изменением tg электрической схемы прибора в широком диапазоне. Ограничением также является диапазон подмагничивающего воздействия. Существующие трансформаторные мосты из ряда ГСП представляют возможность измерения индуктивности при подмагничивающем воздействии постоянным током, как от внутреннего, так и внешнего источника ("Изделия промышленности средств связи". /Каталог, серия "Радиоизмерительные приборы" часть 2, Москва, НИИ "ЭКОС" - 1990 г. , 73 с.). Однако малый диапазон подмагничивающего воздействия по току является недостаточным для градуировки амперметров с большими предельными градуируемыми значениями.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для градуировки щитовых электромагнитных приборов, содержащее электрически управляемое от блока управления печатающее устройство с установленным в нем градуируемым прибором, который подключен к калибратору, связанному с блоком управления, через фильтр, а последовательно с прибором включено образцовое сопротивление, связанное через другой фильтр с входами двухканального измерителя временных интервалов и измерителя пиковых значений напряжений, при этом делитель, образованный последовательным соединением электрической схемы прибора и образцового сопротивления, через еще один фильтр подключенного к выходу генератора импульсов прямоугольной формы, соединенного также с блоком управления [а.с. N 2036481 кл. G 01 R 35/00, 1995 год]. Данное устройство позволяет по индуктивности L_k катушки измерительного механизма прибора для значений выходного тока i_k, соответствующих градуируемым отметкам шкалы, определять значения градуировочной характеристики _k. У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки. Оба устройства выполнены на базе стандартных технических средств из ряда ГСП, таких как калибратор, блок управления и печатающее устройство, калибратор обеспечивает подачу на градуируемый прибор воздействий, для которых, по индуктивному параметру механизма, определяют значения углов отклонения подвижной части, являющихся основанием для нанесения отметок на шкалу градуируемого прибора с использованием печатающего устройства, в котором он установлен.

Недостатком прототипа является ограничение функциональных возможностей при градуировке электромагнитных амперметров.

Указанный недостаток обусловлен тем, что электромагнитные щитовые амперметры имеют малые значения индуктивности катушек измерительных механизмов. Выбранный в устройстве для контроля индуктивного параметра измерительного механизма метод дискретного счета базируется на определении характеристик переходного процесса в электрической схеме прибора, а длительность переходного процесса в электрической измерительной схеме амперметра является малой величиной, где ее измерение стандартными техническими средствами представляется неоправданно сложным. Кроме того, цепь преобразований в примененном методе дискретного счета предполагает контроль многих величин: нижний порог срабатывания частотомера, верхний порог срабатывания частотомера, разницу во времени по фронту, разницу во времени по срезу, амплитуду сигнала и как следствие, громоздкие вычисления, что усложняет измерительные процедуры. Метод дискретного счета не доступен для введения процедур оперативного контроля параметра цепей, и соответственно, для введения точных процедур обработки многократно измеренных значений. Все это не позволяет производить градуировку приборов с малыми индуктивностями, в частности, амперметров.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа способ градуировки щитовых электромагнитных приборов, заключающийся в том, что ориентируют прибор относительно печатающего устройства и закрепляют его, измеряют индуктивность катушки измерительного механизма прибора при нулевом сигнале, подают на прибор калиброванные значения входного сигнала, соответствующее конечной отметке шкалы и измеряют индуктивность, подают на прибор калиброванное значение входного сигнала, соответствующее промежуточной, например k-й, отметке шкалы, определяют при этом индуктивность и по формуле (1), определяют угол отклонения указателя от нулевой отметки, поворачивают поворотное устройство на этот угол и печатающим элементом наносят значение k-ой отметки [а.с. N 1460708 кл. G 01 R 35/00, 1986 год].

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки. Оба способа основываются на факте зависимости изменения индуктивного параметра измерительного механизма прибора, от угла отклонения его подвижной части. В обоих способах, по информативному сигналу, определяют значения углов отклонения подвижной части, являющихся основанием для нанесения отметок на шкалу градуируемого прибора с использованием печатающего устройства, в котором он установлен.

Недостатком прототипа является ограничение функциональных возможностей при градуировке электромагнитных амперметров.

Указанный недостаток обусловлен тем, что по известным причинам, использование при градуировке измерителей индуктивности из ряда ГСП не позволяет производить измерения индуктивного параметра механизма в его рабочих условиях. Это требует при градуировке данным методом привлечения косвенных измерений индуктивного параметра. Что не только, не позволяет производить градуировку приборов с малыми значениями индуктивного параметра измерительного механизма, но неоправданно усложняет процесс градуировки.

Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства для градуировки электромагнитных амперметров.

Технический результат достигается тем, что для градуировки приборов используют устройство, на основе печатающего механизма с подвижными элементами печати отметок и символьных обозначений шкалы, с фиксированным местом печати, выполненное с возможностью установки и ориентации относительно места печати градуируемого прибора, содержащее блок управления, связанные с ним калибратор и печатающее устройство, клеммы для подключения электрической схемы прибора, первый фильтр подключенный к одному входу калибратора и первой клемме, связанной с выходом второго фильтра, причем, между шиной "общий" устройства и второй клеммой параллельно включены образцовая емкость и измеритель действующих значений напряжения синусоидальной формы, связанный с блоком управления, а между шиной "общий" и входом второго фильтра включен генератор синусоидальных напряжений, связанный с блоком управления.

Способ градуировки с помощью устройства, описанного выше, заключается в том, что при отсутствии сигнала с калибратора, на начальной отметке, изменяют частоту генератора до максимального значения напряжения на образцовой емкости, которое запоминают в блоке управления. Далее при неизменной частоте генератора с калибратора подают i_k входные сигналы соответствующие k-ым градуируемым отметкам, включая конечную, в которых определяют и запоминают в блоке управления значения напряжения на образцовой емкости, по которым затем вычисляют значения угла по формуле где , i_п, _п - значения измерительного сигнала, входного сигнала и угла отклонения указателя на конечной отметке шкалы; - значения измерительного сигнала на начальной отметке шкалы; , i_k, _k - значения измерительного сигнала, градуируемого сигнала и угла отклонения указателя на k-ой отметке шкалы.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: - подключение к электрической схеме прибора, образцовой емкости и измерителя действующих значений напряжений позволяет реализовать градуировку путем изменения действующих значений напряжения пропорциональных индуктивному параметру измерительного механизма прибора, при резонансе. Резонансный метод контроля не критичен к влиянию рабочего режима прибора, при минимуме воздействий на измерительный сигнал; - использование устройства с набором известных образцовых емкостей позволяет перестраивать контур, изменяя его добротность и резонансную частоту, что не вызывает трудностей во время измерения действующих значений напряжения, при отклонениях подвижной части измерительного механизма прибора, из широкого диапазона индуктивностей катушек амперметров; - использование резонанса в измерительной схеме устройства на высокой частоте обеспечивает контроль напряжений при малых значениях индуктивного параметра; - использование в устройстве измерителя действующих значений напряжений с широким частотным диапазоном, позволяет обеспечить для контроля напряжений разделение параметров высокочастотного измерительного сигнала и входного сигнала, в значениях которого градуируется прибор.

Способ градуировки, реализуемый с помощью предлагаемого устройства также обладает существенными отличиями, так как основан на определении угла поворота стрелки через действующее значение выходного измерительного сигнала по ранее неизвестной формуле (2), в то время как в известном способе угол поворота стрелки определялся с помощью выражения (1).

В предлагаемом способе определяют действующие значения напряжений на емкости последовательной резонансной цепи, содержащей электрическую схему прибора, возбуждаемой высокочастотным сигналом. Угол поворота стрелки находят путем вычислений по ранее неизвестной формуле, использующей только один информативный параметр, что в свою очередь упрощает способ и делает его доступным для алгоритмических методов повышения точности измерений, за счет многократных измерений в каждой градуируемой точке и последующей обработки.

Способ выделения и использования резонанса при градуировке амперметров также является оригинальным. Здесь учитываются особенности градуируемых приборов: узкая область существования резонанса и малая величина расстройки контура, на который нагружен генератор, которая определяется значением коэффициента электромагнитного использования электромагнитных приборов равного отношению (L_п-L_о)/L_п и соответствующему 30% для серийных приборов. Поэтому на этапе регулировки устройства фиксируют максимум резонанса частот, а уход от резонанса при расстройке определяют по напряжению резонанса.

При этом для определения положения указателя в каждой градуируемой отметке могут быть использованы серийные измеритель действующих значений напряжений и вычислительное устройство.

Таким образом, признаки приведенные в отличительной части, являются новыми и позволяют расширить функциональные возможности устройства для градуировки электромагнитных амперметров.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами на которых изображено: на фиг. 1 - резонансные кривые последовательного резонансного контура в различных отметках шкалы; на фиг. 2 - функциональная схема устройства.

Устройство для градуировки щитовых электромагнитных приборов содержит электрически управляемое от блока 1 (см. фиг. 2) печатающее устройство 2 с установленным в нем градуируемым прибором, связанный с блоком управления 1 калибратор 3 входных сигналов, который через первый фильтр 4 соединен с клеммами 5 и 6 для подключения градуируемого прибора, подключенная между клеммой 6 и шиной устройства "общий", образцовая емкость 7, соединенный с клеммой 5 через второй фильтр 8, связанный с блоком управления 1 генератор синусоидальных напряжений 9, соединенный с клеммой 6 параллельно образцовой емкости 7, связанный с блоком управления 1 измеритель действующих значений напряжений 10.

Выбор стандартного измерительного средства 10 и задающих входной градуируемый и измерительный сигналы калибратор 3 и генератор 9 позволяет осуществлять связь с блоком управления 1, каким может быть любая ЭВМ. Использование в качестве измерителя действующих значений напряжения 10, высокочастотного вольтметра, позволяет измерять амплитуду измерительного сигнала на частотах близких к резонансным, для контуров содержащих такие малые индуктивности, как индуктивный параметр механизма амперметров.

Выбор граничных значений параметров обусловлен тем, что на частотах до 500 кГц можно обойтись без специальных соединительных проводников и экранирования, применяемых в устройствах работающих на высоких частотах, и иметь большую помехозащищенность измерений.

Суть способа градуировки электромагнитных приборов, реализуемого в устройстве заключается в следующем. Включают градуируемый прибор в резонансную цепь, определяют на образцовой емкости действующее значение напряжения измерительного сигнала, а соответствующий этому сигналу угол отклонения _k определяют по формуле (2), которую получают из выражения (1) и резонансного уравнения связывающего амплитуду сигнала снимаемого с емкостного элемента U_c с индуктивным параметром резонансной цепи: где E, w - параметры входного высокочастотного синусоидального сигнала; r, C, L - соответственно активная, емкостная и индуктивная составляющие измерительного контура.

После несложных преобразований получаем: w²r²C² + w⁴L²C² - 2w²LC = k² - 1, где Что в результате дает: Далее, если работать на одной из ветвей сигнала резонанса и принимая во внимание ограничения связанные, с тем что w²C²r²<, для L можно записать При проведении измерений на фиксированной частоте, аналитическое выражение связывающее угловое положение указателя с измеряемым напряжением будет выглядеть, следующим образом: В результате, о значениях градуировочной характеристики можно судить по значению амплитуды сигнала снимаемого вольтметром действующего напряжения.

Таким образом, основная идея способа сводится к определению амплитуды измерительного сигнала соответствующего положению подвижной части прибора в градуируемой отметке, угловое положение которой определяют расчетным путем относительно начальной и конечной отметок по формуле (2).

Следовательно, для определения положения указателя в каждой градуируемой точке, программно, с блока управления 1, устанавливают на калибраторе 3 нулевой входной сигнал, а между клеммой 6 и шиной "общий" подключают образцовую емкость 7 для конкретного предела измерения градуируемого прибора. Определяют частоту максимального значения измерительного сигнала на образцовой емкости. Для этого, с блока управления 1, на генераторе 9 устанавливают частоту, равную минимальному значению частотного диапазона измерителя действующих значений напряжений 10, и изменяют частоту с шагом, соизмеримым с погрешностью генератора, занося показания измерителя действующих значений напряжений 10 в память блока управления 1. Каждое вновь полученное значение измерительного сигнала, в блоке управления 1, сравнивают с предыдущим значением и, если оно меньше, тогда возвращаются к предыдущему значению частоты. Далее выставляют на генераторе полученное значение частоты на все время контроля градуировочной характеристики. На калибраторе 3 устанавливают i_k значения входного сигнала, соответствующие градуируемым отметкам, включая конечную i_п, в которых определяют и запоминают в блоке управления значения напряжения измерительного сигнала на образцовой емкости, по которым затем вычисляют значения угла _k по формуле где , _п - значения измерительного сигнала и угла отклонения указателя на конечной отметке шкалы; - значения измерительного сигнала на начальной отметке шкалы.

Формула изобретения

1. Устройство для градуировки щитовых электромагнитных амперметров на основе печатающего устройства с подвижными элементами печати отметок и символьных обозначений шкалы, фиксированным местом печати, выполненное с возможностью установки и ориентации относительно места печати градуируемого прибора, содержащее блок управления, связанные с ним печатающее устройство и калибратор, который через первый фильтр соединен с первой и второй клеммами для подключения градуируемого прибора, связанный с первой клеммой второй фильтр, отличающееся тем, что между шиной "общий" устройства и второй клеммой параллельно включены образцовая емкость и измеритель действующих значений синусоидального напряжения, связанный с блоком управления, а между шиной "общий" и входом второго фильтра включен генератор синусоидальных напряжений, связанный с блоком управления.

2. Способ градуировки щитовых электромагнитных амперметров, заключающийся в том, что подключают градуируемый прибор к клеммам, устанавливают градуируемый прибор в печатающее устройство, ориентируют градуируемый прибор относительно места печати устройства по начальной и конечной отметкам шкалы, а затем для нанесения отметок и их оцифрованных значений в каждой градуируемой точке поворачивают градуируемый прибор относительно начальной отметки на угол, соответствующий градуировочной характеристике, отличающееся тем, что при отсутствии входного сигнала с калибратора на начальной отметке изменяют частоту генератора синусоидальных напряжений до максимального значения напряжения на образцовой емкости, которое запоминают в блоке управления, затем при неизменной частоте генератора синусоидальных напряжений с калибратора подают входные сигналы, соответствующие градуируемым отметкам, включая конечную, в которых определяют и запоминают в блоке управления значения напряжения на образцовой емкости, по которым затем вычисляют значения угла по формуле где i_п, _п - значения измерительного сигнала, входного сигнала и угла отклонения указателя на конечной отметке шкалы; - значения измерительного сигнала на начальной отметке шкалы; , i_к, _k - значения измерительного сигнала, входного сигнала и угла отклонения указателя на k-ой отметке шкалы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2