Методи підвищення точності широкосмугових вольтметрів середньоквадратичної напруги

Значення коду NC, який відповідає коректованому ВК, обчислюють за ЧА

, (20)

де NiR - значення коду на виході ВК за умови, коли до входу ВК підключена вхідна НЗС ux(t); NiRT1 - значення коду на виході ВК за умови, коли до входу ВК підключена тестова НЗС ut(t) із значенням uТ1=0; NiRT2 - значення коду на виході ВК за умови, коли до входу ВК підключена тестова НЗС ut(t) із значенням uТ2=uК; NiIT1, NiIT2 - значення коду на виході ВК, визначене через ідеальну ХП за умови, коли до входу ВК підключена тестова НЗС ut(t) із значеннями uТ1=0 та uТ2=uК; значення i=1 відповідає такту, коли мультиплікативний тест не введений у ВК, тобто коли перемикач П2 знаходиться у положенні “а”; значення i=2 відповідає такту, коли мультиплікативний тест введений у ВК, тобто коли перемикач П2 знаходиться у положенні “б”.

ЧА (20) та схема, яка його реалізує, практично реалізовані у мікровольтметрі ВК3-66. Для порівняння наведені границі основної та додаткової похибок різних моделей мікровольтметрів СКН на діапазоні вимірювань з кінцевим значенням uК =100 мкВ.

Границі допустимої похибки робочих широкосмугових ВСКН визначається не тільки відповідними похибками їх ВК, але й похибками прецизійних ЗВ, за допомогою яких здійснюють їх повірку. Тому п'ятий розділ присвячений розробці таких методів корекції ХП ВК, які забезпечують реалізацію на їх основі прецизійних широкосмугових ВСКН, котрі можуть використовуватися для повірки робочих ВСКН.

Розглянуто особливості реалізації прецизійних (з похибкою на рівні 0,01%) широкосмугових ЗВ середньоквадратичної напруги, які виробляються провідними приладобудівними фірмами [14]. Показано, що високі метрологічні характеристики цих приладів забезпечуються переважно за рахунок використання конструкторсько-технологічних методів підвищення точності.

Проаналізовано використання нового синтезованого ЧА алгоритму виду

, (21)

і доведено, що він забезпечує не тільки суттєве зменшення систематичної і дрейфової складових адитивної і мультиплікативної похибок ВК, але й на три порядки зменшує систематичну складову похибки нелінійності ВК. При цьому похибка коректованого ВК визначається головним чином дрейфовою складовою похибки нелінійності. Оскільки некомпенсована складова похибки ВК за умови періодичного використання ЧА двохпараметричної корекції тим більша, чим більший інтервал часу між черговими тактами визначення параметрів моделі ВК, то для зменшення впливу дрейфових складових похибок необхідно здійснювати корекцію ХП ВК у кожному такті перетворення вхідної НЗС. Це, у свою чергу, передбачає використання ЧА ітераційної корекції.

Запропоновано для радикального зменшення впливу усіх складових основної похибки ВК сумісне використання двох типів алгоритмів корекції: періодичне використання алгоритму двохпараметричної корекції для зменшення впливу дрейфових складових адитивної і мультиплікативної похибок та систематичної складової похибки нелінійності, і одного кроку алгоритму ітераційної корекції у кожному такті перетворення вхідної НЗС для зменшення впливу у тому числі і дрейфової складової похибки нелінійності. Показано, що за такого використання алгоритмів корекції ХП похибка коректованого ВК зменшується майже на шість порядків у порівнянні з похибкою ВК, який коректують і похибки якого мають порядок одиниці відсотків.

Як показано у розділі 3, похибка джерела тестової НЗС, за допомогою якого реалізують певний алгоритм корекції ХП, входить у похибку коректованого ВК з одиничним коефіцієнтом впливу. Тому для реалізації прецизійного широкосмугового ВСКН із основною похибкою на рівні 0,01 % джерело тестової НЗС як двозначна міра НЗС або як керована кодом багатозначна міра НЗС повинно забезпечувати відтворювання НЗС з похибкою на рівні (0,002-0,003) %. Для реалізації такого джерела тестової НЗС запропоновано метод посереднього вимірювання НЗС, основою якого є однозначність залежність між значенням амплітудного uA (або середньоквадратичного

параметру синусоїдної НЗС

,

, tT і інтервалом часу T0, який визначається моментами переходу синусоїдної НЗС u(t) через рівень НПС u0 за умови їх порівнянні [48]. Як наслідок, результати перетворення в код інтервалу часу T0, частоти f і НПС u0, тобто значення , можуть використовуватися для обчислення значення амплітудної напруги за формулою

Для зменшення впливу похибок компаратору, за допомогою якого здійснюють порівняння тестової НЗС ut(t) і НПС, на похибку обчислення значення uT середньоквадратичного параметру тестової НЗС, запропоновано алгоритм і схему, яка його реалізує

У відповідності до запропонованого значення середньоквадратичного параметру тестової НЗС ut(t), обчислюють за формулою

, (22)

де - результати перетворення в код тривалості імпульсів на виході компаратора при порівнянні тестової НЗС з НПС u01, u02 позитивної і негативної полярності; - результати перетворення в код опорної НПС u01, u02 позитивної і негативної полярності.

Доведено, що за умови використання як компаратору мікросхеми типу AD790 фірми “Analog Devices” впливом його статичних параметрів (приведена до входу напруга зміщення uOS, напруга гістерезису uH) та динамічних параметрів (різниця між затримкою спрацювання при переході від низького рівня до високого і навпаки ) можна знехтувати: похибка обчислення значення тестової НЗС, яка спричинена цими параметрами, не більше 1,310-5 % (за умови, коли значення uT тестової НЗС ut(t) змінюється від 1 В до 10 В, частота тестової НЗС f1 кГц, а абсолютне значення НПС u01, u02 приблизно дорівнює 1 В). Оскільки похибки перетворення у код частоти f тестової НЗС ut(t) та тривалості імпульсів TR1, TR2 на виході компаратору суттєво менші, ніж похибки перетворення у код НПС u01, u02, то саме похибки ПНК визначають загальну похибку обчислення значення тестової НЗС ut(t). Доведено, що, за умови використання як ПНК мікросхеми типу AD7703 разом із джерелом опорної напруги типу AD580, границя основної похибки посереднього вимірювання тестової НЗС ut(t) (похибки обчислення значення за формулою (22)) у діапазоні температур (205) ОС знаходиться в інтервалі 0,002%. Методична похибка обчислення значення тестової НЗС ut(t) обумовлена її коефіцієнтом нелінійних спотворень. Доведено, що використання сучасної елементної бази дозволяє забезпечити значення цієї похибки на рівні одиниць ppm.

Аналіз широкосмугових ЗВ середньоквадратичної напруги, які виробляються провідними приладобудівними фірмами, показав, що їх додаткова похибка у робочому діапазоні значень частоти вимірюваної НЗС на два-три порядки перевищує основну похибку. З метою зменшення додаткової похибки прецизійних ВСКН у робочому діапазоні значень частоти вимірюваної НЗС розроблено метод корекції ХП ВК, який забезпечує радикальне зменшення впливу як дрейфових похибок ВК, так і частотної складової мультиплікативної похибки. Основою методу є два види алгоритмів корекції: алгоритм поелементної корекції, для реалізації якого використовують тестову НЗС ut(t), близьку до вхідної НЗС ux(t) як за середньоквадратичним параметром, так і за спектральним складом; алгоритми двохпараметричної та ітераційної корекції, для реалізації яких використовують описане вище джерело тестової НЗС ut(t) ( керована кодом міра синусоїдної НЗС). Запропоновано структурну схему прецизійного широкосмугового ВСКН, у якій реалізовані ці алгоритми корекції і доведено, що їх використання дозволяє зменшити частотну складову мультиплікативної похибки ВК майже на три порядки (за умови, коли значення цієї похибки знаходиться на рівні одиниць відсотків).

Шостий розділ роботи присвячений удосконаленню метрологічних характеристик спеціального еталону одиниці НЗС (ЕОНЗС), який розроблюється у НДІ АЕД, і який повинен забезпечувати методичну, технічну і метрологічну атестацію робочих та/або вихідних еталонів від 10-3 В до 103 В у діапазоні частот від 10 Гц до 3107 Гц.

В основі відтворення і передачі розміру одиниці НЗС лежить передача розміру електричної напруги із постійного на змінний струм за допомогою термоелектричних перетворювачів напруги (ПНТЕ), ХП яких на постійному струмі має вид

,

а на змінному струмі -

де edc, eac - значення термоЕРС на виході ПНТЕ за умови, коли на їх вхід подають НПС і НЗС із значеннями udc, uac; nd, na - показники степеня у ХП ПНТЕ на постійному та змінному струмі; KN - номінальний коефіцієнт перетворення ПНТЕ. Показано, що наявність у ПНТЕ термоелектричних ефектів Пельтьє та Томпсона, викликає похибку ad переходу із постійного на змінний струм:

ad=(uac - u'dc)/u'dc, (23)

де uac, u'dc - відповідно значення НЗС і НПС, які викликають на виході ПНТЕ термоЕРС одного і того ж значення. Оскільки при передачі одиниці НЗС від спеціального ЕОНЗС до робочих та/або вихідних еталонів (типу ПНТЕ-6, ПНТЕ-12 і ін.) на них подають одну й ту ж як НЗС, так і НПС, то похибка ПНТЕ, який повіряють (ПНТЕП), відносно похибки ПНТЕ, який входить до складу спеціального ЕОНЗС (ПНТЕЕ), визначається виразом

, (24)

де eacE, eacП,, edcE, edcП, - значення термоЕРС на виходах ПНТЕЕ, ПНТЕП за умови, коли на їх вхід подають НЗС (“ac”) або НПС (“dc”); nE, nП - показники степеня у характеристиці перетворення ПНТЕЕ, ПНТЕП.

Запропоновано структурну схему спеціального ЕОНЗС [19], до складу якої входять: комплект із восьми еталонних ПНТЕ з номінальними значеннями від 0,5 В до 103 В; калібратор В1-29 як пристрій відтворення НЗС; пристрій розширення частотного і динамічного діапазонів [26], у склад якого входить пристрій відтворення НПС; ЗВ НПС на входах ПНТЕ (мультіметр моделі 3458А фірми “Hewlett Packard”) та термоЕРС та виходах ПНТЕ (нановольметр моделі 34420А фірми “Hewlett Packard”); атенюатор HP8495G; автоматизована система для визначення похибки еталонних ПНТЕ. Усі технічні засоби ЕОНЗС об'єднані інтерфейсом КЗК (канал загального користування).

Розглядаючи в (24) похибку adE еталонного ПНТЕ як систематичну складову похибки ЕОНЗ, можна її виключити із результату вимірювань за умови, якщо границя невиключеної систематичної похибки знаходження значення adE забезпечується відповідно до вимог щодо невиключеної систематичної похибки вимірювань спеціального ЕОНЗС. Запропоновано, розроблено і випробувано автоматизовану систему для визначення похибки еталонних ПНТЕ [20]

Для визначення похибки adE переходу з постійного на змінний струм еталонних ПНТЕ їх конструкцію змінено відносно традиційної конструкції ПНТЕ: незалежно від номінального значення вхідної напруги в кожного з них передбачено додатковий вхід Х2 із номінальним значенням 1 В.

Запропоновано методику визначення похибки еталонних ПНТЕ на частоті 1кГц у відповідності з її визначенням за (23). Оскільки показник степеня в характеристиці перетворення ПНТЕЕ визначається формулою

nE=[(edc2-edc1)udc1]/[edc1(udc2-udc1)], (25)

то похибку adE еталонного ПНТЕ при переході з постійного на змінний струм можна визначити за формулою (26), використовуючи результати вимірювань НПС на його вході, результат вимірювань НЗС на його вході, а також результати вимірювань термоЕРС на його виході:

. (26)

Для вимірювання НПС на вході та термоЕРС на виході ПНТЕ у складі системи передбачені мультіметр моделі НР3458А та нановольметр моделі НР34420А.

Прецизійне вимірювання НЗС на вході ПНТЕ здійснюють на основі описаного у розділі 5 методу посереднього її вимірювання за наслідками вимірювань НПС позитивної та негативної полярності , частоти f НЗС та тривалості імпульсів на виході компаратору, і наступним обчисленням значення синусоїдної НЗС за формулою (22), при чому значення НПС на вході ПНТЕ та значення термоЕРС на виході ПНТЕ обчислюють у відповідності із ЧА адитивної корекції.

Показано, що границя невиключеної систематичної похибки знаходження значення adE визначається формулою

, (27)

де - границя невиключеної систематичної похибки частотоміра Ч3-64/1; - границя невиключеної систематичної похибки, яка обумовлена коефіцієнтом нелінійних спотворень синусоїдної НЗС; - границя невиключеної систематичної похибки перетворення інтервалів часу у тривалість імпульсів за допомогою компаратору; k - коефіцієнт, значення якого вибирають згідно з рекомендаціями ГОСТ 8.207-94. Доведено, що із довірчою ймовірністю P=0,99 границя невиключеної систематичної складової похибки обчислення значення adE за формулою (26) знаходиться в інтервалі 1,110-6, що не поступається значенням похибки еталонних ПНТЕ, які належать національним метрологічним інститутам розвинутих країн.

У формулі (27) найбільш впливовою складовою є невиключена систематична похибка , яка обумовлена коефіцієнтом нелінійних спотворень синусоїдної НЗС. Запропоновано ЧА та ЛА корекції, за допомогою яких вплив коефіцієнту нелінійних спотворень синусоїдної НЗС на похибку посереднього її вимірювання зменшується практично на порядок.

Запропоновано методику звірення робочих та/або вихідних еталонів НЗС із розроблюваним спеціальним ЕОНЗС.

. (28)

Доведено, що завдяки запропонованій методиці границя невиключеної систематичної похибки спеціального ЕОНЗС не залежить від систематичних похибок ЗВ НПС (мультіметр НР3458А, нановольтметр НР34420А), а визначається тільки границями систематичної похибки визначення значення похибки еталонного ПНТЕ. Із довірчою ймовірністю adE=0,99 довірча границя систематичної похибки спеціального ЕОНЗС може бути забезпечена в інтервалі 1,110-6 на частоті 1 кГц незалежно від номінального значення вхідної напруги ПНТЕ, що майже на порядок краще аналогічного показника для еталонів, які належать метрологічним інститутам розвинутих країн. Це досягається завдяки використанню алгоритмів адитивної та мультиплікативної корекції стосовно ЗВ НПС, які входять до складу ЕОНЗС.

Висновки

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі підвищення точності вимірювань НЗС як однієї з найбільш поширених електричних величин. Головним аспектом цієї задачі є підвищення точності ЗВ НЗС, серед яких широкосмугові ВСКН є найбільш значною групою як за кількістю моделей, так і за застосуванням. Серед усіх методів підвищення точності ЗВ - конструкторсько-технологічних, схемотехнічних та структурно-алгоритмічних, саме останні забезпечують найбільший ефект зменшення впливу майже всіх складових похибки ВК широкосмугових ВСКН на похибку вимірювання НЗС. У дисертації отримала подальший розвиток теорія структурно-алгоритмічних методів підвищення точності ЗВ, а саме той її розділ, який відноситься до розроблювання та дослідження методів корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН. Сформульована вище наукова задача вирішена шляхом розроблення методів підвищення точності широкосмугових ВСКН, головним чином - шляхом розроблення нових методів корекції ХП їх ВК.

1. Розроблено математичні моделі складових похибки різних типів ВК широкосмугових ВСКН - дрейфових складових адитивної і мультиплікативної похибок, систематичної і дрейфової складових похибки нелінійності та неквадратичності, випадкових складових адитивної похибки.

2. Запропоновано розглядати задачу підвищення точності ЗВ за допомогою структурно-алгоритмічних методів як задачу відновлювання ідеальної ХП їх ВК. Показано, що основу алгоритмів корекції ХП ВК складають дві процедури: процедура експериментального визначення значень вектору параметрів математичної моделі, яка апроксимує реальну ХП ВК, і безпосередньо процедура корекції ХП, яка зводиться до використання отриманих значень вектору параметрів моделі. Запропоновано розглядати дві складові частини алгоритмів корекції - числовий алгоритм та логічний алгоритм. Вперше розроблено послідовність синтезу алгоритмів корекції ХП ВК засобів вимірювань. В залежності від кількості параметрів моделі запропоновано поділяти алгоритми корекції на однопараметричні, двохпараметричні і, у загальному випадку, k- параметричні алгоритми, а також різновид однопараметричних алгоритмів корекції, які використовують ітераційну процедуру для отримання більш точного значення параметрів моделі - ітераційні алгоритми.

3. Завдяки запропонованій послідовності синтезу вперше синтезовано більше 20 нових ЧА корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН. Доведено, що особливістю усіх нових синтезованих ЧА однопараметричної та двохпараметричної корекції у порівнянні з відомими ЧА є те, що вони зменшують вплив у тому числі і похибки нелінійності (або неквадратичності) ВК. Проведено аналіз синтезованих ЧА однопараметричної і двохпараметричної корекції та отримані у загальному вигляді умови, за яких забезпечується відновлення ідеальної ХП ВК. Запропоновано узагальнений підхід до аналізу збіжності ЧА ітераційної корекції ХП, на основі якого проведено аналіз нових синтезованих ЧА і показано, що для усіх них умова збіжності виконується за будь якого значення початкового наближення, яке належить області визначення функції, яка описує реальну ХП ВК. Визначені ЧА ітераційної корекції, які забезпечують найбільший ефект зменшення впливу усіх складових похибки ВК широкосмугових ВСКН.

4. Розроблені методи корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН, які забезпечують розширення їх робочого діапазону частот у область верхніх частот і підвищення їх точності. Зменшення впливу найбільш впливової похибки (частотної складової мультиплікативної похибки) досягається шляхом реалізації ЧА мультиплікативної корекції за умови, коли тестова НЗС відтворюється близькою до вимірюваної НЗС як за інформативним параметром (середньоквадратична напруга), так і за неінформативним параметром (спектральний склад НЗС). Запропоновані, обґрунтовані і захищені авторськими свідоцтвами структурні схеми широкосмугових ВСКН з мультиплікативною корекцією ХП ВК. Розроблені, захищені авторським свідоцтвом і патентами ЧА поелементної мультиплікативної корекції та структурна схема, що реалізує ЛА корекції, які практично реалізовані у мілівольтметрі цифровому широкосмуговому В3-59. Завдяки використанню цього ЧА та ЛА у приладі В3-59 у два рази розширений діапазон частот вимірюваної НЗС у порівнянні з попередньою моделлю - мілівольтметром В3-48А, що забезпечило кінцеве значення діапазону частот вимірюваної НЗС 108 Гц, а також суттєво підвищена точність вимірювання НЗС.

5. Розроблені і досліджені методи корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН, які забезпечують розширення діапазону вимірювань НЗС у область малих значень і зменшення похибки вимірювання малої НЗС. Вперше розроблені ЧА корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН та структурна схема, що реалізує ЛА корекції, які забезпечують зменшення впливу усіх складових похибки ВК, у тому числі і похибки неквадратичності квадратичного ПСКН на польових транзисторах. Реалізація розробленого ЧА та ЛА у мікровольтметрі ВК3-66 дозволила практично на порядок зменшити границю основної похибки у порівнянні з мікровольтметром В3-57 у діапазоні частот до 2107 Гц (в чотири рази більшим, ніж у В3-57) і у два рази зменшити границю основної похибки у порівнянні з мікровольтметром ВК3-64 за умови двічі більшого кінцевого значення діапазону частот вимірюваної НЗС.

6. Границя допустимої похибки широкосмугових ВСКН, які використовуються як робочі ЗВ, визначається не тільки похибкою їх ВК, але й похибкою прецизійних ЗВ, які використовуються під час випробувань та повірки. Тому підвищення точності робочих ЗВ спектрально насиченої НЗС пов'язане із створенням прецизійних широкосмугових ВСКН. Вперше запропоновано метод корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН, сутність якого полягає у спільному використанні нових синтезованих алгоритмів (як ЧА, так і ЛА) двохпараметричної корекції і одного кроку ЧА ітераційної корекції, що дозволяє суттєво зменшити вплив усіх складових похибки ВК на похибку вимірювання НЗС. Розроблений і захищений авторськими свідоцтвами спосіб побудови джерела тестової НЗС (кероване кодом джерело синусоїдної НЗС), яке використовується при реалізації розроблених ЧА корекції, і яке забезпечує похибку відтворювання тестової НЗС не більше 0,002%. Розроблено метод корекції ХП ВК широкосмугових ВСКН, який забезпечує суттєво менше значення похибки ВК у границях робочої зони значень частоти вимірюваної НЗС, ніж у прецизійних ЗВ середньоквадратичної напруги, які виробляються провідними приладобудівними фірмами.

7. Границя допустимої похибки прецизійних ВСКН, які використовуються під час випробувань та повірки, у значній мірі залежить від метрологічних характеристик еталону одиниці НЗС, від якого розмір цієї одиниці передається. Розроблена структурна схема спеціального еталону одиниці НЗС, який повинен забезпечувати методичну, технічну і метрологічну атестацію робочих та/або вихідних еталонів у діапазоні від 10-3 В до 103 В у діапазоні частот від 10 Гц до 3107 Гц. Вперше розроблена методика вимірювання похибки еталонних термоелектричних перетворювачів напруги на частоті 1 кГц, а також автоматизована система, яка її реалізує, яка забезпечує із довірчою вірогідністю 0,99 довірчі границі похибки вимірювання не більше 1,110-6, що відповідає рівню, досягнутому у національних метрологічних інститутах розвинутих країн. Розроблено методику відтворювання НЗС і передачі розміру її одиниці від спеціального еталону до робочих та/або вихідних еталонів, у якій використовуються алгоритми корекції ХП. Доведено, що у наслідку використання розробленої методики невиключена систематична похибка спеціального еталону одиниці НЗС на частоті 1 кГц не залежить від похибок ЗВ НПС на входах і виходах еталонного термоелектричного перетворювача напруги, та перетворювача, який повіряють, а визначається тільки невиключеною систематичною похибкою визначення значення похибки еталонного термоелектричного перетворювача напруги. Як наслідок границя невиключеної систематичної похибки спеціального еталону одиниці НЗС на частоті 1 кГц може бути забезпечена не більше 1,110-6 незалежно від номінального значення відтворюваної НЗС, що майже на порядок краще аналогічного показника для еталонів, які належать метрологічним інститутам розвинутих країн.

8. Результати теоретичних і експериментальних досліджень дозволили створити ряд широкосмугових ВСКН, які вироблялися серійно або були підготовлені до серійного виробництва: мілівольтметр В3-48А, мілівольтметр цифровий широкосмуговий В3-59, мікровольтметр ВК3-64, мілівольтметр ВК3-65, мікровольтметр ВК3-66, мілівольтметр ВК3-68. Створено ряд спеціалізованих широкосмугових ЗВ середньоквадратичної напруги, які використовувалися як технологічне обладнання - вимірювачі опорного рівня для використання у складі автоматизованих систем контролю параметрів високочастотних генераторів.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

Туз Ю.М., Губарь В.И., Забарный А.И., Литвих В.В., Белоусов Б.Н. Автоматизация проектирования устройств измерительной техники. Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1988.288 с.

Литвих В.В. Широкополосные вольтметры с коррекцией погрешностей. Киев: Общество “Знание” УССР. 1981. 26 с.

Литвих В.В. Микропроцессорные измерители напряжения.Киев: Общество “Знание” УССР. 1987.19 с.

Губарь В.И., Литвих В.В., Власенко Ю.Н. Структурные методы повышения чувствительности средств измерения Киев: Знание. 1988. 23 с.

Кодирующий преобразователь переменного напряжения / Литвих В.В., Туз Ю.М., Губарь В.И. // Вестн. Киев. политехн. ин-та. Сер. Автоматика и электроприборостроение.1974.Вып.11. С.9698.

Литвих В.В. Анализ итеративных систем мультипликативной коррекции с пространственным разделением каналов // Информационно-измерительные системы. Киев: Изд. объединение “Вища школа”, 1974.С.8387.

Туз Ю.М., Серпилин К.Л., Губарь В.И., Миняйло А.Ф., Подаревский В.Б., Бухалов В.В., Литвих В.В., Володарский Е.Т. Милливольтметр действующих значений для диапазона частот 10Гц - 100 Мгц // Метрология: Приложение к научно-техническому журналу “Измерительная техника” / Гос. Ком. СССР по стандартам: М., Изд-во стандартов.1974.№ 12.С.36.

Туз Ю.М., Литвих В.В. Обобщенный анализ устройств мультипликативной коррекции // Республиканский межведомственный сборник “Отбор и передача информации”.Киев: Наукова думка. 1975. Вып.44.С.8190.

Литвих В.В., Туз Ю.М. Обобщенный анализ алгоритмов итерационной коррекции погрешностей измерительных устройств / В сб. “Электрические и магнитные измерения”.Киев: Наукова думка.1977.С.314.

Усовершенствование широкополосного милливольтметра с мультипликативной коррекцией погрешностей / Литвих В.В. // Вестн. Киев. политехн. ин-та. Сер. Автоматика и электроприборостроение.1978.Вып.15.С.116118.

Формирователь опорного напряжения, калиброванного по коэффициентам нелинейных искажений / Литвих В.В., Никифоров Л.Л. // Вестн. Киев. политехн. ин-та. Сер. Автоматика и электроприборостроение.1978.Вып.15.С.9698.

Губарь В.И., Глухимчук М.И., Литвих В.В., Сергеев И.Ю., Туз Ю.М., Федулов Л.И. Широкополосный милливольтметр действующих значений для автоматизированной системы поверки параметров ВЧ генераторов / В кн. “Методы и средства преобразования сигналов в научном приборостроении”. Сб. статей ин-та физики АН СССР, Красноярск.1979.С.4547.

О расширении частотного диапазона преобразователя среднеквадратических значений переменного напряжения в область нижних частот / Губарь В.И, Литвих В.В., Грехова Е.Г., Струнин А.Г. // Вестн. Киев. политехн. ин-та. Сер. Автоматика и электроприборостроение.1983.Вып.20.С.108111.

Туз Ю.М., Литвих В.В. Автоматическая коррекция погрешностей и расширение функциональных возможностей цифровых вольтметров и мультиметров // Измерения, контроль, автоматизация. М., 1988.Вып.1(65).С.315.

Власенко Ю.Н., Кротов М.Д., Литвих В.В., Матеюк В.Е., Рупский В.О., Селисте М.А. Микропроцессорный микровольтметр переменного напряжения ВК3-64 // Повышение конкурентоспособности радиоэлектронной аппаратуры: Сб. статей. Выпуск 5.Таллинн, Валгус.1988. С.7483.

Литвих В.В., Виноградова И.Л. Ускорение сходимости итерационных алгоритмов коррекции погрешностей // Известия высших учебных заведений. Сер. Приборостроение. 1989. Том XXXII. № 6. С.610.

Власенко Ю.Н., Крючатов С.Д., Литвих В.В., Рупский В.О., Шурпач С.А. Повышение точности измерения переменного напряжения с искаженной формой кривой // Вопросы проектирования радиоэлектронной аппаратуры: Сб. статей. Вып.1(6) - Таллинн, Валгус, 1989. С.233240.

Литвих В.В. Ускорение сходимости итерационных алгоритмов коррекции погрешностей средств измерения // Измерительная техника.1989.№ 1.С.21-23.

Туз Ю.М., Літвіх В.В., Камінський В.Ю. Створення спеціального еталону напруги змінного струму для діапазону частот 10 Гц - 30 МГц // Український метрологічний журнал. 1998. № 1. С.2831.

Туз Ю.М., Літвіх В.В., Камінський В.Ю. Деякі питання створення еталону низькочастотної напруги змінного струму // Український метрологічний журнал.1998. № 1. С. 3134.

Литвих В.В. Синтез алгоритмов коррекции функции преобразования средств измерительной техники //Український метрологічний журнал.1999.№ 1.С.3538.

Аналіз випадкової складової похибки вимірювального каналу широкосмугового вольтметра середньоквадратичної напруги / Літвіх В.В. // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. 2000. №3 С.96104.

Литвих В.В. Математические модели составляющих погрешности линейного преобразователя среднеквадратического напряжения// Технічна електородинаміка.2000.№ 4.С.6973.

Litvikh V.V. New algorithms of true RMS voltmeter response characteristics correction // Proc. International conf. on Actual Problems of Measuring Technique (Measure-ment98).Kyiv (Ukraine).1998.Р.6667.

Tuz Yu.M., Litvikh V.V. Structural methods for accuracy improvement of measuring devices // Proc. International conf. on Actual Problems of Measuring Technique (Measurement98).Kyiv (Ukraine).1998.Р.3033.

Tuz Yu.M., Litvikh V.V., Kulish O.V. Developing and research of the highvoltage amplifier: // Proc. International conf. on Actual Problems of Measuring Technique (Measurement98).Kyiv (Ukraine).1998.Р.7677.

Способ измерения переменного напряжения: А.с. 466465 СССР, МКИ G01R 19/26 / Ю.М. Туз, В.В. Литвих (СССР).№ 1887843/1810; Заявлено 01.03.73; Опубл. 05.04.75; Бюл. № 13.3 с.

Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное: А.с. 473958 СССР, МКИ G01R 19/22 / Ю.М. Туз, В.В. Литвих, В.И. Губарь (СССР). №1818855/1810; Заявлено 27.07.72; Опубл. 14.06.75; Бюл. № 22.2 с.

Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное: А.с. 475560 СССР, МКИ G01R 19/22 / В.В. Литвих, Ю.М. Туз (СССР). №1889994/1810; Заявлено 09.03.73; Опубл. 30.06.75; Бюл. № 24.2 с.

Широкополосный милливольтметр: А.с. 478258 СССР, МКИ G01R 19/00 / В.В. Литвих, Ю.М. Туз, В.И. Губарь (СССР).№ 1857296/1810; Заявлено 14.12.72;Опубл.25.07.75; Бюл. № 27.3с.

Измеритель напряжения: А.с. 498565 СССР, МКИ G01R 19/26 / Ю.М. Туз, В.В. Литвих, В.И. Губарь (СССР).№ 1784631/1810; Заявлено 12.05.72; Опубл. 05.01.76; Бюл. № 1.3 с.

Широкополосный измеритель уровня напряжения: А.с. 530453 СССР, МКИ H03K 13/20 / Ю.М. Туз, В.В. Литвих, В.И. Губарь (СССР).№ 2173100/21; Заявлено 15.09.75; Опубл. 30.09.76; Бюл. № 36.3 с.

Цифровой милливольтметр эффективного значения переменного напряжения: А.с. 606207 СССР, МКИ H03K 13/17 / В.В. Литвих, В.И. Губарь, Ю.М. Туз (СССР).№ 2360947/1821; Заявлено 21.05.76; Опубл. 05.05.78; Бюл. № 17.2 с.

Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное: А.с. 631833 СССР, МКИ G01R 19/22 / В.И. Губарь, В.В. Литвих (СССР).№ 2388012/1821; Заявлено 12.07.76; Опубл. 05.11.78; Бюл. № 41.2 с.

Линейный преобразователь действующего значения переменного напряжения в постоянное: А.с. 653568 СССР, МКИ G01R 19/02, G01R 19/22 / В.И. Губарь, Ю.М. Туз, В.В. Литвих (СССР).№ 2103081/18-21; Заявлено 07.02.75; Опубл. 25.03.79; Бюл. № 11.3 с.

Цифровой вольтметр переменного напряжения: А.с. 682832 СССР, МКИ G01R 19/02 / В.И. Губарь, В.В. Литвих, А.П. Павлусенко, Е.И. Подгорный (СССР). №2448237/1821; Заявлено 03.02.77; Опубл. 30.08.79; Бюл. № 32.2 с.

Милливольтметр переменного тока: А.с. 840746 СССР, МКИ G01R 19/00 / М.И. Глухимчук, В.И. Губарь, В.В. Литвих, И.Ю. Сергеев (СССР).№ 2557671/1821; Заявлено 22.12.77; Опубл. 23.06.81; Бюл. № 23.2 с.

Преобразователь эффективного напряжения: А.с. 822056 СССР, МКИ G01R 19/22 / С.В. Андреев, М.И. Глухимчук, В.И. Губарь, В.В. Литвих, А.П. Павлусенко, Ю.М. Туз, Л.И. Федулов (СССР).№ 2802261/1821; Заявлено 27.07.79; Опубл. 15.04.81; Бюл. № 14.3 с.

Устройство для преобразования переменного напряжения в постоянное: А.с. 646264 СССР, МКИ G01R 19/22 / В.И. Губарь, В.В. Бухалов, В.В. Литвих (СССР).№ 2532226/1821; Заявлено 07.10.77; Опубл. 05.02.79; Бюл. № 5.2 с.

Линейный преобразователь среднеквадратического значения переменного напряжения: А.с. 920539 СССР, МКИ G01R 19/02 / В.И. Губарь, В.В. Литвих, А.Г. Струнин, Е.Г. Грехова (СССР).№ 2964415/1821; Заявлено 22.07.80; Опубл. 15.04.82; Бюл. № 14.2 с.

Линейный преобразователь среднеквадратических значений переменного напряжения: А.с. 945815 СССР, МКИ G01R 19/02 / В.И. Губарь, В.В. Литвих, А.Г. Струнин, Е.Г. Грехова, А.М. Конопля (СССР).№ 3238642/1821; Заявлено 15.01.81; Опубл. 23.07.82; Бюл. № 27.3 с.

Цифровой вольтметр эффективного значения переменного напряжения: А.с. 1061679 СССР, МКИ H03K 13/07 / В.В. Литвих, В.И. Губарь, Ю.М. Туз, В.О. Рупский, М.Д. Кротов, М.А. Селисте (СССР).№ 3424674/1821; Заявлено 15.04.82; Опубл. 28.02.83; Бюл. № 8.2 с.

Пат. 2 180 354 Великобритании, МКИ G01R 19/255. AC RMS digital voltmeter / V.V. Litvikh, Yu.M. Tuz., V.I. Gubar, V.О. Rupsky, M.A. Seliste, M.D. Krotov (USSR); Kievsky Politekhnichesky Institut.№ 8621310; Заявл. 25.01.85; Опубл. 28.09.88; НКИ G01R 19/00, 19/25.3 с.

Пат. 195010 Венгрии, МКИ G01R 19/255. Digitlis vltakozfszltgs effektiv rtkmr berndezs. / V.V. Litvikh, Yu.M. Tuz., V.I. Gubar, V.О. Rupsky, M.A. Seliste, M.D. Krotov (USSA); Kievsky Politekhnichesky Institut.№ 2172/85; Заявл.25.01.85;Опубл.31.07.89; НКИ G01R 19/00, 19/25.3с.

Пат. 453 538 Швеции, МКИ G 01R 19/255. Digitalvoltmrter fr mtning av en vxelspnnings effektivvrde / V.V. Litvikh, Yu.M. Tuz., V.I. Gubar, V.О. Rupsky, M.A. Seliste, M.D. Krotov (USSA); Kievsky Politekhnichesky Institut.№86038506; Заявл. 29.08.86; Опубл. 08.02.1988. НКИ G01R 19/00, 19/25.3 с.

Пат. 256 252 ГДР, МКИ G01R 19/255. Digitalvoltmrter zur Wechselspannungs-effektivwertmessung / V.V. Litvikh, Yu.M. Tuz., V.I. Gubar, V.О. Rupsky, M.A. Seliste, M.D. Krotov (USSA); Kievsky Politekhnichesky Institut.№ 3424674/1821.; Заявл. 15.04.84; Опубл. 09.11.1988; НКИ G01R 19/00, 19/25.3 с.

Микровольтметр переменного напряжения: А.с. 1404962 СССР, МКИ G01R 19/02 / В.И. Губарь, В.В. Литвих, Г.А. Назарчук (СССР).№ 3884800/2421; Заявлено 16.04.85; Опубл. 23.06.88; Бюл. № 23.2 с.

Способ калибровки управляемого кодом опорного синусоидального напряжения: А.с. 1409994 СССР, МКИ G05F 1/56 / Ю.М. Туз, В.В. Литвих, В.И. Губарь (СССР).№ 4050466/2407; Заявлено 07.04.86; Опубл. 15.07.88; Бюл. № 26.2 с.

Широкополосный квадратичный преобразователь: А.с. 1478232 СССР, МКИ G06G 7/20 / Е.Г. Грехова, В.В. Литвих (СССР).№ 4295471/24-24; Заявлено 12.08.87; Опубл. 07.05.89; Бюл. № 17.2 с.

Широкополосный вольтметр эффективных значений: А.с. 1525597 СССР, МКИ G01R 19/02 / В.В. Литвих, В.В. Шкарупин (СССР).№ 4426561/24-21; Заявлено 18.05.88; Опубл. 30.11.89, Бюл. № 44.2 с.

Линейный преобразователь: А.с. 1536321 СССР, МКИ G01R 19/02 / В.В. Литвих, В.И. Губарь, А.Л. Коноплянников, И.Л. Виноградова (СССР).№4351507/2421; Заявлено 28.12.87; Опубл. 15.01.90; Бюл. № 2.2 с.

ДСТУ 386599. Вольтметри змінного струму електронні. Загальні технічні вимоги та методи випробувань / Літвіх В.В. Введ. 01.01.2000. Київ: Держстандарт України, 1999. 45 с.

Анотація

Літвіх В.В. Методи підвищення точності широкосмугових вольтметрів середньоквадратичної напруги. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.05 - прилади та методи вимірювань електричних та магнітних величин. - Інститут електродинаміки НАН України. - Київ, 2001.

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі підвищення точності вимірювань спектрально насиченої напруги змінного струму. Головним аспектом цієї задачі є підвищення точності широкосмугових вольтметрів середньоквадратичної напруги шляхом використання переважно методів корекції характеристики перетворення їх вимірювального каналу.

Запропоновано послідовність синтезу алгоритмів корекції, синтезовано та проаналізовано нові алгоритми. Розроблено методи корекції, які забезпечують зменшення як основної, так і додаткових похибок широкосмугових вольтметрів середньоквадратичної напруги, розширення діапазону частот вимірюваної напруги у область верхніх частот, розширення їх діапазону вимірювань у область малих значень. Розроблено методи, які забезпечують підвищення точності відтворювання напруги змінного струму та передачі розміру її одиниці від спеціального еталону до робочих та (або) вихідних еталонів. Основні результати дисертації знайшли промислове впровадження.

Ключові слова: вольтметр середньоквадратичної напруги, корекція характеристики перетворення, алгоритм корекції, синтез, аналіз.

Summary

Litvikh V.V. Methods of true RMS wide-band voltmeters' accuracy improvement. - Manuscript.

Thesis for the academic degree of a Doctor of Engineering Science by speciality 05.11.05 - Electrical & magnetic quantities' measurement devices and methods. - The Institute of Electrodynamics of the National Academy of Science of Ukraine.- Kyiv, 2001.

The paper deals with the theoretical generalization and innovative solution of the scientific problem of improving the spectral-saturated AC voltage' measurement accuracy. The main aspect of this problem consists in true RMS wide-band voltmeters' accuracy improvement by using, for the most part, the methods of their measuring channel's response characteristic correction.

There have been the sequence of correction algorithms' synthesis proposed as well as new algorithms synthesized and analyzed. There are developed the correction methods to provide reducing both basic and complementary errors of true RMS wide-band voltmeters, high-frequency extension of the measured voltage's frequency range as well as extending their measurement range down into the area of low values. There are also developed the methods to provide improving AC voltage reproduction accuracy as well as accuracy of its unit dissemination from a special standard to working and/or user standards. The main results of the thesis have found industrial application.

Key words: true RMS voltmeters, response characteristic correction, correction algorithms, synthesis, analysis.

Аннотация

Литвих В.В. Методы повышения точности широкополосных вольтметров среднеквадратического напряжения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.05 -приборы и методы измерения электрических и магнитных величин. - Институт электродинамики НАН Украины. - Киев, 2001.

Проведен обзор и анализ вольтметров переменного тока, которые производились в СССР а также средств измерений аналогичного назначения, производимых ведущими приборостроительными фирмами, на основании чего предложено их классификацию. Разработаны усовершенствованные математические модели характеристики преобразования линейного и квадратичного преобразователей среднеквадратического напряжения, математические модели дрейфовых и систематических составляющих их погрешности нелинейности (или неквадратичности). Разработаны математические модели случайной составляющей погрешности измерительного канала широкополосных ВСКН с различным типом преобразователя среднеквадратического напряжения.

Предложен методологический подход к задаче повышения точности средств измерений с помощью структурно- алгоритмических методов как к задаче коррекции характеристики преобразования их измерительного канала. Решение этой задачи предполагает реализацию двух процедур: процедуру экспериментального определения значений параметров математической модели корректируемого измерительного канала с помощью специально сформированного тестового сигнала, и процедуру учета полученных значений параметров модели, т.е. непосредственно процедуру коррекции характеристики преобразования. Впервые предложена последовательность синтеза численных алгоритмов коррекции характеристики преобразования, исходящая из вида математической модели, которая аппроксимирует реальную характеристику преобразования измерительного канала, и вида идеальной характеристики преобразования, которая приписывается измерительному каналу. Синтезирован ряд новых численных алгоритмов коррекции, которые, в зависимости от количества параметров математической модели измерительного канала, предложено разделять на однопараметрические алгоритмы, двухпараметрические алгоритмы и, в общем случае, k - параметрические, а также разновидность однопараметрических численных алгоритмов коррекции - алгоритмы итерационной коррекции. Особенностью всех новых синтезированных численных алгоритмов однопараметрической и двухпараметрической коррекции по сравнению с известными численными алгоритмами является то, что они обеспечивают уменьшение влияния в том числе и погрешности нелинейности (или неквадратичности) корректируемого измерительного канала. Особенностью новых синтезированных численных алгоритмов итерационной коррекции является то, что при определенном виде математической модели они обладают более высокой эффективностью по сравнению с известными численными алгоритмами итерационной аддитивной и мультипликативной коррекции. Это доказывается на основе предложенного обобщенного подхода к анализу сходимости численных алгоритмов итерационной коррекции характеристики преобразования.

Разработаны методы повышения точности широкополосных ВСКН, которые обеспечивают расширение их рабочего диапазона частот в область верхних частот, основой которых является метод мультипликативной коррекции характеристики преобразования измерительного канала. Предложены алгоритм поэлементной мультипликативной коррекции измерительного канала и реализующая его структура, что обеспечило измерение спектрально насыщенного напряжения переменного тока от 310-4 В до 103 В в диапазоне частот от 10 Гц до 108 Гц.

Разработаны методы повышения точности широкополосных ВСКН на основе алгоритмов коррекции характеристики преобразования их измерительного канала, которые обеспечивают расширение их диапазона измерений в область малых значений. Впервые предложен алгоритм коррекции характеристики преобразования измерительного канала, представляющий собой сочетание двух подходов к организации эксперимента по определению значения параметров модели: подхода, при котором эксперимент проводят с помощью тестового напряжения переменного тока и подхода, при котором эксперимент проводят с помощью мультипликативного теста. Реализация этого алгоритма обеспечила измерение спектрально насыщенного напряжения переменного тока от 310-6 В до 3102 В в диапазоне частот от 10 Гц до 2107 Гц с погрешностью на уровне лучших мировых достижений.

Разработаны алгоритмы коррекции характеристики преобразования измерительного канала широкополосных ВСКН, обеспечивающие радикальное снижение как основной погрешности, так и дополнительных погрешностей в рабочем диапазоне значений частоты измеряемого напряжения переменного тока. Алгоритмы представляет собой комбинацию новых синтезированных численных алгоритмов двухпараметрической коррекции и новых синтезированных численных алгоритмов итерационной коррекции при использовании новых логических алгоритмов коррекции. Для реализации источника тестового напряжения переменного тока в виде кодоуправляемой меры напряжения переменного тока при использовании этих алгоритмов впервые предложен метод, в котором погрешность формирования тестового напряжения переменного тока определяется практически только погрешностью аналого-цифрового преобразования напряжения постоянного тока. Реализация разработанных алгоритмов и источника тестового напряжения переменного тока в прецизионном ВСКН позволит обеспечить его основную погрешность на уровне 0,01 %, существенно снизить по сравнению с аналогичными приборами ведущих приборостроительных фирм дополнительную погрешность в рабочем диапазоне частот и, тем самым, существенно повысить точность прецизионных средств измерения, которые используются при поверке и испытаниях рабочих средств измерения.

Для улучшения метрологических характеристик специального эталона единицы напряжения переменного тока впервые предложен подход, основанный на использовании структурно-алгоритмических методов повышения точности, что позволит обеспечить воспроизведение и передачу размера единицы этой физической величины от 10-3 В до 103 В в диапазоне частот от 10 Гц до 3107 Гц с погрешностями, находящимися на уровне погрешностей соответствующих эталонов развитых стран.

Ключевые слова: вольтметр среднеквадратического напряжения, коррекция характеристики преобразования, алгоритм коррекции, синтез, анализ.

Размещено на Allbest.ru