Введение к работе
Актуальность озботы.
Технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства повсеместно, сопровождается повышением требований к измерительной технике, в частности, к средствам измерения переменного напряжения. Электрическое напряжение является одной из важнейших физических величин, от точности измерений которой зависят результаты исследований в различных областях науки и техники, правильность ведения и управления технологическими процессами, качество выпускаемой продукции, обеспечение безої лености ъо многих отраслях науки, техники, медицине, и многое другое. При этом требуется измерять напряжение в широком диапазоне частот (от единиц и долен герца до тысяч мегагерц) н уровнен сигналов (от десятков нановольт до сотен вольт), применяя при этом многообразные методы и средства измерений. Средства измерений (СИ) напряжения, благодаря техническим и эксплуатационным достоинствам, являются наиболее распространенными видами электронных средств измерении. К их числу относятся не тольк-' средства измерений подгруппы В (средства измерений напряжения), но и отдельные виды или типы других групп средств измерений. В частности, режим измерений или воспроизведения напряжения имеют генераторы подгруппы Г, усилители подгруппы У, осциллографы подгруппы С, отдельные приборы для измерения мощности подгруппы М> измерители нелинейных искажений подгруппы С, некоторые типы приборов для импульсных измерений подгруппы И и другие.
Обеспечение единства измерении в области переменного напряжения базируется на основе государственной поверочной схемы, во главе которой находятся государственные эталоны ГЭТ 89-75 и ГЭТ 27-82, хранящиеся во ГШШ1М им.Д.И.Менделеева. Поверочная схема устанавливает порядок передачи размера вольта от государственных эталонов рабочим эталонам 1-го и 2-го разрядов и от них рабочим средствам измерений с указанием методов
4 передачи и погрешностей. В диапазоне частот свыше 30 МГц воспроизводи г, хранит и передает размер вольга государственный эталон 1ЭТ 27-82.
Пыстрый росі парка СИ переменного напряжения,' появление новых разработок, а также приток на внутренний рынок России большого количества импортных СИ переменного напряжения с верхней граничной . частотой 2000 МГц, потребовали разработки вторір'чого эталона переменного напряжения, . имеющего более широкие но сравнению с госэталоном функциональные возможности:
обеспечение передачи размера вольт? СИ с нормированным входным сопротивлением 50 Ом и 75 Ом;
диапазон измерений - до 3 (10 В).
Из-за значительно возросшей за последние годы стоимости грузоперевозок поверку и калибровку рабочих эталонов (РЭ) 1-го разрядов целесообразно стаю проводить непосредственно в центрах стандартизации, метрологии и сертификации крупных регионов страны.
С учетом приведенного выше обоснования были сформулированы цель днесерт? иконной работы и задачи исследовании.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование вторичного эталона (ВЭ) переменною напряжения в диапазоне частот 30-2000 МГц. .; .
Задали исследований. Достижение поставленной цели связано с необходимостью решения следующих задач:
- обоснование структуры построения ВЭ переменного напряжения;
теоретические исследования терморезисторного компаратора переменного напряжения аа базе проходного терморезисторного преобразователя;
анализ погрешностей ВЭ Переменного напряжения;
экспериментальное исследование ВЭ переменного напряжения;
разработка и экспериментальное исследование метода измерений,. позволяющего расширить диапазон измерений терморезистррного компаратора переменного напряжения ВЭ;
разработка и'исследование метода измерений с целью исключения погрешности рассогласования при передаче размера вольта с помощью ВЭ СИ с входным сопротивлением 50 Ом, работающим в коаксиальных трактах;
- разработка и исследование метода поверки иаио- и микровольтметров в
широком диапазоне частот.
Методы исследований. В диссертационной работе применены
теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические
методы исследований основаны на использовании элементов
дифференциального исчисления, математической статистики.
Экспсримепгальные методы исследопаннй проведены с помощью аппаратуры государственного специального эталона ГЭТ 27-8? аппаратуры разработр-чого ВЭ переменного напряжения, а также с помощью разработанных п реализованных методик и вспомогательных устройств.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что:
систематизированы методы и средства передачи размера вольта в диапазоне частот 30 - 2000 МГц;
разработана структура построения ВЭ переменного напряжения в диапазоне частот 30 - 2000 МГц:
- получены аналитические выражения, доведенные до расчетных формул,
позволяющие оценить составляющие погрешности, вносимой
терморезисторным компаратором на базе проходного терморезисторкого
преобразователя при измерении переменного высокочастотного напряжения;
- разработан и экспериментально исследован структурный метод
расширения диапазона измерений ВЭ переменного напряжения;
- разработан н экспериментально исследован новый метод передачи
размера вольта СП с входным сопротивлением 50 Ом, работающим в
коаксиальных трактах линии передачи, позволивший практически исключить погрешность рассогласовании;
- разработан и Экспериментально исследован новый метод поверки иано- и ынкровольтметров в рабочем диапазоне частот при уровнях напряжения менее 100 мВ.
Практическая значимость заключается в том, что:
- созданы ВЭ переменного напряжения в диапазоне частот 30 - 2000 МГц,
которые внедрены в поверочную практику в национальных метрологических
центрах России, Украины и.Бслорусснп;
- на основе про:-еденных теоретических и экспериментальных
исследований разработан и внедрен терморезнсторный мост постоянного тока
с автоматическим уравновешиванием: МТР-4- в составе тсрморезисториого
компаратора ВЭ; МТР-б - в составе государственного эталона ГЭТ 27-82;
разработан, изготовлен н исследован тройник Кг 32 (черг. Хд 5.436.038), используемый при передаче размера единицы переменного напряжения СИ с входным сопротивлением 50 Ом, включенный в состав ВЭ;
разработай проект нормативного документа на методы и средства поверки электронных вольтметров с входным сопротивлением 50 Ом, работающих в коаксиальных трактах линии передача;
предложенный автором метод поверки положен в основу нормативных документов на методы и средства поверки измерительных генераторов и селективных измерителей уровня SPM-15, SPM-151, SPM-19, PS-IS, PS-19;
- разработанные автором методы для расчета терморезисторкых
компараторов, входящих в состав высокоточных СИ переменного
напряжения, используются при выполнении курсовых и дипломных работ на
кафедре метрологии Северо-Западного политехнического института.
Результаты работ, выполненных под научным руководством и при непосредственном участии автора, внедрены на пяти предприятиях России и стран СНГ: во ВНИИМ им.Д.И.Менделеева, а Украинском центре
7 , стандартизации, метрологии и сертификации (пКиев), на государственном предприятии "Центр эталонов, стандартизации и мстролопін" (г.Минск, Белоруссия), на государственном предприятии "Дальняя связь" (г.Санкт-Пегероург), п Северо-Западном политехническом институте (г.Санкг-Петербург), что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Апробация резулыатои работы. Основные положения диссертационной работы и отдельные се результаты докладывались и обсуждались:
иа 1-м Международном конгрессе "Международные и национальные, аспекты экологического мониторинга (INAEM-97)", Санкт-Петербург, 1997г.;
на 4-й всероссийской научно-технической конференции "Состояние и проблемы технических измерений", Москва, 1997п
на 47, AS. 49, 50, 51, 52, 53 научно-технических конференциях НТО'РЭС лм.А.С.Попоьа, 1992-1993 г.г., Санкт-Петербург;
-на научно-технической конференции "Диагностика., информатика, метрология, экология, безопасность - 1997 (ДИМЭБ-97)", Санкт-Петербург, 1997.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 20 v печатных работ, и том числе 12 работ -без соавторов.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации 170 стр., в том числе 26 рисунков и 28 таблиц, а также 5 стр. приложений. Список ; ;тсратуры содержит 108 наименовании на 13 стр.
