автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Разработка и исследование измерительных преобразователей и мер напряжения высшей точности для средств передачи единицы ЭДС и постоянного напряжения в диапазоне 1-100 В

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ МЕТРОЛОГИИ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА»

Для служебного пользования На правах рукописи

БАРБАРОВИЧ Владимир Юрьевич

УДК 621.317.321.089.68

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И МЕР НАПРЯЖЕНИЯ ВЫСШЕЙ ТОЧНОСТИ ДЛЯ СРЕДСТВ ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ ЭДС И ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ДИАПАЗОНЕ 1 - 100 В

Специальность 05.11.05 - Приборы и методы измерений электрических и магнитных величин

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических нау

Ленинград

1991

Л

/ .

Работа выполнена в научно-производственном объединении "Везсоюзный орцеиа Трудового Красного Знамени научно-исследвва? еккй институт им.Д.й.Менделеева"

Научный руководитель: Заслуяенный деятель науки и

техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Квлтик Е.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Кравченко С.А. кандидат технических наук Ким К.К.

Ведущее предприятие: Производственное объединение "Вибратор",

г.Ленинград

б СО час. на заседании Специализированного совета K04I.03.0I при научна-пр«иззодс?венном объединении "Всесввзннй ордена Тру] вого Красного Знаиени научно-исследовательский институт метрод< гии им.Д.И.Менделеева".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПО "ВНИИМ им Д.И.Менделеева".

Автореферат разослан О^г-ГсЛ^Л 1991 г.

Ученый секретарь Специал

ванного совета, к.т.н.,

Г.П.Телнтченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБО'Ш

Актуальность работы. Диктуемые техническим прогрессом требования повышения точности измерений физических величин влекут за собой переоценку и дальнейшее развитие методов и принципов построения кзкэрчтельных преобразователей и средств измерений на их основе.

Введение нового первичного эталона и новой государственной поверочной схема для средств измерений ЭДО и постоянного напряжения зафиксировало очередной, качественно более высокий уровень развития эталона на основе эффекта Джозефсона, что стало возможно благодаря завершению цикла исследований квантового эффекта Джозефсона и ме:*дународнсцу согласованию фундаментальных физических констант. В связи с этим повысились требования, предъявляете к средствам передачи разкера единицы - вторичным эталонам. Так, среднее квадратическое отклонение результатов измерений при сличении рабочего эталона единицы ЭДС с эталоном-копией не долгас

о

превышать 5.10"°. В число вначений ЭДС рабочего эталона введено новое эначэние 10 В, необходимость которого обусловлена появлением высокоточных средств измерений с номинальным значением свыше I В.

До настоящего времени з качестве вторичшх эталонов, получающих размер единицы ЭДС от установки на основе эффекта Джозефсона, используются практически только насыценные нормальные элементы (НЭ), обладающие такими присущими им достоинствами, как шсокая долговременная стабильность значения ЗДС и простота к удобство эк плуатации. Но при этом -'асвденные НЭ имеют только одно значение ДДС - I В, и их точностные характеристики записи, а от »ели-чины нагрузки и других внешних условий.

Постановка настоящей работы определяется необходимостью разработки измерительных преобразователей и мер напряжения виссеП

точности для средств передачи единицы ЭДС и постоянного напряжения, которые в отличие от существующих обеспечили бы хранение и передачу единицы Э|ДС в расширенном динамическом диапазоне.

Цаль работы заключается з разработке требований и новых принципов построения средств измерений высшей точности, способов уменьшения составляющих погрешности, разработке и исследовании средств измерений постоянного напряжения высшей точности в расширенном динамическом диапазоне.

Научная новизна. Выявлены основные источники погрешности измерительных преобразователей, мер ЗДС и постоянного напряжения в диапазоне от I до 100 В; получены аналитические выранения и числовые значения погрешности групповых мер ЭДС с номинальным значением 1-10 В, обусловленные конечностью сопротивления изоляции, внутренним сопротивлением и величиной измерительного тока; разработан новый метод измерения значения ЭДС и постоянного напряжения в диапазоне I—100 В на основе использования фундаментальных физических констант и преобразователя напряжение-частота на электростатической лов^лке Пеннинга; разработаны способы снижения погрешности измерений мер ЗДС в диапазоне I—10 В; разработаны и исследованы новые средства измерений: мера ЭДС с диапазоном значений I—10 В и погрешностью значения не более 1,7 мкВ, мера ЭДС с номинальным значением I В и улучшенной нагрузочной способностью; обоснованы взаимосогласованные характеристики средстЕ измерений для построения рабочего эталона едкницц ЭДС с диапазоном значений 1-10 В.

Практическая значимость работы заключается в разработке схем и структурных решений, позво.тяших уменьшить методические и инструментальные погрешности вновь разработанных средств измерений. в разработке и исследовании экспериментальных образцов мер

ЗДС с номинальным вначением 1-10 Б и погрешностью но более 1,7 мкВ, нового средства измерения ЭДС и постоянного напряжения на основе предложенного метода с использованием преобразователя напряжение-частота на ловупке Пеннинга в диапазоне 1-100 В с относительной погрешностью) ие более 1.10 . Разработанные измерительные преобразователи и мери ЭДС и постоянного напряжения на их основе Емеют более широкий дшшгнческий диапазон изкершзй, чем нэвестнье средства изиерений выспй точности. Проведенные исследования позволили впервые создать комплекс аппаратуры для утверждения а качестве рабочего эталона единицы ЭДС с диапазоном значений 1-10 В.

Внедрение полученных результатов. Полученные результата внедрены при создании автоматизированного рабочего эталона единицу ЭДС в ШИПИ, г.Нинск и К ПО "АНН", г.Ереван; при разработке метода и новых средств измерений, нового метода передачи размера единицы ЭДС и постоянного напряжения (на уровне изобретения) в НПО "ШИШ им.Д.И.Менделеева"; при разработке и создании под научным руководством автора комплекса измерительных средств для рабочего эталона единицы ЭДС с диапазоном значений 1-10 В, что подтверждается соответс рвущими актами внедрения.

Апробация. Материалы и основные положения диссертации обсуждались на: П и И Всесоюзной совещании "Точные измерения электрических величин: переменного тока, напряжения, мощности, энергии и угла фазового сдвига" (Ленинград, 1985 и Кириши, 1968), 1У Всесоюзной конференции "Метрологическое обеспечение машиностроительных отраслей народного хозяйства" (Одесса, 1987), II Всосанной конференции "Метрологическое обеспечение ИИС и АСУ ТП" (Львов, 1988).

Публикации. По теме диссертации опубяиксвано К работ, лз них 2 изобретения

На задиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты анализа погрешностей измерительных преобразователей, мер ЭДС и постоянного напряжения 1-100 В и разработка способов их уменьшения, которые позволили сыбрать метод намерения и способ построения аппаратуры разработанного рабочего эталона единицы ЭДС о диапазоном значений 1-10 В.

2. Новые принципы и критерии построения измерительных преобразователей, мер ЭДС и постоянного напряжения, позволившие впервые создать аппаратуру рабочего эталона единицы ЭДС с диапазоном значении 1-10 В.

3. Новый метод измерения и передачи размера единицы ЭДС и постояьного напряжения в расширенном дкииическом диапазоне

о

1-100 3 с относительной погрешностью не более 1.10 .

4. Результаты экспериментальных исследований разработанных средств измерения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 128 страниц мыаинопхсш.х'о текста, 44 рисунка на 26 листах, 20 таблиц в основном тексте и 60 страниц в приложениях.

ОСНОШОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности исследования, формулировку цели диссертационной р^ота и ее общую характеристику.

В первой главе проведен анализ современного состояния измерительных преобразователей, мер и методов измерения ЭДС и постоянного напряжения в расширенном динамическом диапазоне изме-ръниД. Пригеден критический енализ научно-технической литературы и сформулированы нерешенные задачи.

Проведенный анализ »амерительных преобразователей, мэр ЗДС и постоянного напряжения по литературным источника« показал, что для точных измерений ЭДС и постоянного напряжения применяют: на-сздеккые НЭ, твердотелькда элементы - стабилитроны, преобразователь на основе эффекта Джозефсона, абсолютные методы на принципе электрометра и вольт-весаХц установки^ испольэуюшне в работе взаимодействие ускоренных электронов с электромагнитным полей внутри объемного резонатора на основ», известного соотношения

е/те . где 6 - заряд электрона, Ще - его иасса. Причем

~Л 7

последний метод с относительной погрешностью 1.10-3,5.10" применяют только для измерения напряжений св. I кВ,

Из перечисленных методов и измерительных преобразователей наивысшей точностью воспроизведения размера единицы обладает нера напряжения на основе эффекта Джозофсона. Но сложность технической реализации сдергивает ее распространенна и в настоящее время ограничивает сферу ее применения исходным средством измерения.

Меры напряжения на стабилитронах, установки на принципе электрометра и вольт-весах не удовлетворяют требованиш точности, предъявляемым к вторичному эталону единицы ЭДС.

Результаты анализа показали, что в ведущих метрологических лабораториях иира в качестве вторичных эталонов единицы ЭДС применяют практически только насыщенные НЭ, облэдатнз высокой временной стабильностью значения ЭДС (арененной дрейф отдельных образцов не более 0,2 ыкБ/год), и поэтому являются возможной основой для создания мер ЭД" выспей точности в диапазоне 1-10 3. Недостатками насыщенных НЭ являются низкая нагрузочная способность, высокая зависимость значения ЭДС от температуры. Следует откати*. . что исследователи, использующие последовательное, последовагельно-встречное к параллельное соединение НЭ с исключении некого-

рых их особенностей, ие всегда учитывают изменившиеся условия эксплуатации.

К числу перспективных, но неисследованных методов, следует отнести использование электростатической ловушки Пеннинга для расширения динамического диапазона измерений постоянного напряжения 1-1С0 В. Поведение элементарной частицы в замкнутом объеме ловупки Пеншшга определя ".тся величиной отношения <2/г"пе и параметрами пронизывающих ловушку постоянных электрического и магнитных полей. До настоящего времени ловушка Пеннинга исполь-аузтся в спектроскопии ионов и для определения фундаментальных

о Т0

физических констант с относительной погрешностью 4.10 -2.10 .

Во второй главе выполнены теоретические исследования составляющих погрешности и способов кх уменьшения выбранных измерительных преобразователей и мер на их основе, а также других средств измерений, входящих в состав средств передачи ■дашици ЭДС и постоянного напряжения.

Исследования метрологических: характеристик групповых мер (ГМ) ЭДС, состоящих из последовательно, последовательно-встречно или параллельно соединенных КЭ,основаны на введенной модели одиночного НЭ, предполагающей равномерное распределение сопротивления изоляции по длине виводов и сосредоточении внутреннего сопротивления внутри корпуса НЭ. Очевидно, что при соединении НЭ в ГМ возникает дополнительные источники погрешности, обусловленные изменением внутреннего электрического сопротивления, общего значения ЗДС и перераспределением сопротивления изоляции.

Значение 2ДС ГМ в любой момент времени может бить описано известным ~.оотноше!шем

где Егн(°) " "экое начальное значение ЭДС Г¡4, £ (¿) - быстрые случайные изменения ЭДС ГМ, медленные случайные и направ-

летше изменения.

Составллэдая £ ({) обусловлена кратко времешмм обратимая? изменениями в коллективной значении ЭДС ГМ, сформированном процессам! а отдельных НЭ. Ей статистические свойства могут быть описаны стационарным процессом со слабой корреляцией. При этом случайная величина §({) имеет среднее £[4'(4)]-С и дисперсия Ъ С $ №)] 7 • ПР11461* корреляция быстро затухает.

Составляющая обусловлена как обратимыми изменениями,

вызванные внешними условиями, так и необратимыми медленно проте-каотими изменениями в одиночных НЭ„ образующих ГМ„

Составляющая Егц (0) определяется способом формирования ЭДС ГМ. Для ГМ, образованной последовательно-встречным соединением НЭ с чередованием полярностей соединяемых элементов, ЭДС не превышает значения одиночного НЭ(

ег,(о), ,

где (1 - количество НЭ в ГМ, - значите ЗДС { - го ! Э.

При п - "эчетном £ггл , где £, - значение

ЭДС одиночного НЭ, при п - четном Г!1 макно рассматривать как сличение одиночного НЭ с последовательно-встречной ГЦ га П -I элементов.

При последовательном соединении НЭ значение ЭДС П1 равно су«"! ?"«"!рннд ЭДС одиночных НЭ.

Последовательно-встре! .оэ соединение НЭ, инесшов целью усреднение характеристик группы за одно измерение, пр::вод,.г к изменению способа формирования среднего, которое при традиционном ^о-

( " -

собе определяется как Е^а ~ ~г 2. Ь/ • То-да методическая

г ' * -V

погрешность будет определяться из

2. " 2 п'1 - ~7~ Т. " ~ 2 А.,- ,

'■'•««уедаое «.'-чвгме*

где Л; - отклонение значения ЭДС ¿-го НЭ от £Ч/>.

Таким образом, щи последовательно-встречном соединении НЭ следуот раздельно нормировать £Ср и £гм.

Изменение внутреннего сопротивления ГЦ по сравнении с сопротивлением одиночного НЭ и п; рераспределение сопротивления изоляции приводит к дополнительным погрешностям ГЫ от токов утечки и измерительного тока следующим образом.

Расчет последовательного соединения показал, что максимальный ток утечки одиночного НЭ из состава ГЫ возрастает в квадратичной зависимости от числа НЭ

ХуГЛи.» л = К0 1у< )

где Туппц.«п - максимальная сила тока утечки НЭ из состава ГЫ, состоящей из л элементов, - сила то^а утечкк одш1 очного НЭ; Кп - коэффициент пропорциональности, определяемый из выражений

и - п1+1

о*

для /1 - нечетных и

«п = . для П - четных.

Погрешность, вносимая действием силы тока утечки в значение £гп определяется из

г

у __ fit УТ _ i'l

йчт— Z - Г л >

гн £ Zi

Tit

где - внутреннее сопротивление L -го ЬЭ.

С учетом измерительного тока это шраязние примет вид t Hi t I Z. Hi

2 <51

где J - значение ¿эмеритального тока.

Расчет для НЭ класса точности 0,0002 показал, что при >1 » 10 максимальная сила тока утечки может достигать значенйй 25.10"^А что в 25 раз превышает допустимое значение, и максимальная погрешность значения ЭДС I'M от действия тока утечки 3,5.Ю-7. Предварительный отбор НЭ по признаку накменызего внутреннего соггро-тивления НЭ позволяет уменьшить погрешность до значения 5.10 .

Эксплуатация последовательной ГЫ возможна в кратковременном режиме работы при формировании Г'М непосредственно перед измерениям! я одновременном повьгаении требования к сопротивлении изоляции в 50-100 раз по сравнению с ГОСТ IS54-82. В качестве задан от действия токов утечки монет быть применено электростатическое экранирование НЭ ГМ ненасыщенными НЭ.

Расчет последовательно-встречного соединения НЭ позволил установить, что токи утечки элементов ГМ по сравнению с одиночиь . НЭ не изменяются, но погрешность от влияния токов утечки может достигать значений 4.10"® для НЭ иа^л точности 0,00и2. Действительно, из полученного выражения

где д - абсолютная погрешность значения ЭДС ГУ от действия тох'т утечга, A^yrj - абсолютная погрешность значения ЭДС

t -го НЭ, от действия токов утечки, - сопротивление изо-

ляции, £ - значение ЭДС одиночного ИЭ, следует, что погрешность значения ЭДС ГМ тем вьгае, чем больше разнице, внутрзнних сопротивлений НЭ, включенных р разных кьлрпвчениях.

Параллельное соединение НЭ позволяет улучшить нагрузочные характеристики одиночных НЭ и уменьшить внутреннее сопротивление, но при соединении НЭ в ГЫ происходит переходный процесс выравнивания значений ЭДС одиночных НЭ к некоторому среднему значению, что связано с протеканием уравнительных токов и нарушением химического равновесия электролита. Поэтому целесообразно соединять НЭ задолго до измерений и хранить в соединенном состоянии.

Повышение требований к СКО сличений рабочего эталона единицы ЭДС с эталоном-копией требует пересмотра характеристик имеющихся термостатов в средств измерений температуры. Анализ показывает, что цля обеспечения достоверности СКО 5.10"° необходимо измерять температуру с погрешностью не более 0,0(Г5 К, что технически трудно осуществимо. Поэтому рассмотрен вариант контроля стабильности темг.ературы в рабочем объеме термостата за время меяду сличениями. Теоретические исследования показали, что тлеющиеся датчики температуры обеспечивают контроль стабильности не хуже 0,5 мК. Электрическая измерительная схема рабочего эталона единицы ЭДС обеспечит измерение изменения сопротивления термометра ТСШ-5В 0.2.10"3 Ом с неопределенностью 2556.

Косвенный метод измерения силы постоянного тока, применяющийся при измерении нестабильности температуры, накладывает ограничения на измерительную аппаратуру. Выполненные исследования показали, что падение напряжения на мере сопротивления определяется из выражения

Л т ;(«>.< -*■ П\)

Ы = и^ + Т. г„ е

где //{¿о - мгновенное значение падения напряжения на мере сопротивления Я0 , 11цс - постоянная составляющая, Я0 -значение меры сопротивления, определяемое при ее аттестации«,

2а - эквивалентное комплексное сопротивление ыерн ,

- емллнтуда С -й составляшей переменного тока, иО- , Ч'С - циклическая частота и фазовый сдвиг с -й составляющей переменного тока.

Анаша полученного выражения позволил установить, что реактивные компоненты меры сопротивления, неопределяемые при ее аттестации, на постояннуо составляющую измеряемого напряжения влияния не оказываят, но увеличивают уровень паразитной переменной составляшей, проявляющей себя в значении СКО результатов измерений и вносящей систематическую погрешность в показания измерителя постоянного напряжения в зависимости от нелинейности его параметров, включая коммутационную цепь.

Исследованы такяе составляющие погреиности от токсв утечки, влияния конечности внутреннего сопротивления источника тока, величины сопротивления нагрузки, оказывающих воздействие на результат измерения силы постоянного тока косвенным методом.

Возможность использования электростатической ловушки Пеннин-га для измерения и передачи размера единицы ЭДС и постоянного напряжения, впервые высказанная Ю.И.Нероновым, основана на следую-аих основных положениях [14] .

Е^ли гиперболоидальнке электроды ловушки П чнинга описываются /равнениями

- II

2 а* Та* иг ~

где Х,У(2 - оси декартовой системы координат с началом в геометрическом центре ловутски, С* - постоянное число, характерный размер ловушек, то приложенное к электродам постоянное напряжение

I ; 1 ,

создает во внутреннем пространстве постоянное электрическое поле, описываемое следующей функцией-потенциалом:

где 17 - электрический потенциал точки с координатами К1 У( 2 ; Цо - значение потенциала электродов, потенциалы колпачковых электродов и кольцевого равны и противоположны по знаку.

Тогда колебания заряженной частицы вдоль оси ловушки ( 2 ) определяются следушей зависимостью:

\) -О.

где - ааред частицы, т - ее масса, ^ - частота колебаний, д. У - постоянное напряжение-разность потенциалов электродов ловушки.

Анализ формулы показывает, что существует однозначная связь величины приложенного к электродам ловушки напряжения с частотой свободных колебаний частицы в аксиальном направлении и геометрическими размерами ловупки. Радиальные колебания частицы на частоту колебаний вдоль оси 2 влияния не оказывают.

Таши образом, лопушка Пеннинга может быть использована в качестве измерительного преобразователя постоянное напряжение-частота. Исследование составляющих погрешности на основании приведенного уравнения и с учетом релятивистской поправки на массу частицы показал, что указанный методой при использовании в качестве 8леме»-тарной частицы электрона может быть достигнута погреаность

са

измерения не более 1.10 в диапазоне значений 1-100 В.

Одниу из путей повышения точности средств измерений является совершенствование практики нормирования их погрешностей. В главе рассмотрены особенности сложившейся системы но1 лроЕания погрешностей на примере СИ постоянного напряжения, предложены пути по-

вьяаения точности измерений без затрат на доработку прибора [2,8,9J . Особое внимание уделено исследованиям линейности измерительной характеристики СИ, вносящей наиболее трудноопределяв-мую составляющую в обаей погрешности СИ высоких классов точности. Отмечена эффективность и указаны способы разделения общей погреи-ности на составляющие [9,12].

Целям поЕызения точности, достоверности результатов измерений, снижения трудоемкости вычислительных операций посвящены исследования автоматизированных ¡»мерительных установок [3,4,ôj.

Результаты исследований нормирования погрепшостей и автоматизации трудоемких '«мерительных и вычислительных операция нашли практическое применение и отражены в главе 4.

Третья глава посвящена результатам экспериментальных исследований измерительных преобразователей напряжения, мер ЭДС и постоянного напряжения и разработке способов уменьшения составляющих погрешности.

Для экспериментальной проверки работоспособности ловушки Пен-нинга в качестве точного преобразователя напряжение-частота для средства передачи постоянного напряжения выспей точности был изготовлен ма~ет ловушки [ 14] . В ксследованном макете были выбраны следующие параметры влияниях вгличпн: магнатнат индукция» создаваемого соленоидом магнитного поля 83 - 0,004 Тл, расстояние между колпачковыми электроди21 £л = 3 ici, температура, ловупки 4,2 К. Электроды лоэуики сготовлены из кварцевого стекла, имею-

ту

¡него коэффициент линейного расширения Л = 3,63.10" 1/град. В качестве заряженной частицы Сил выбран электрон ввиду простоты реализации электронной пушки для инлекиии электронов внутрь лс вупки.

При подключении к электродам напряжения I В электрон колеблется с частотой V^ = 44497866 Гц. Увеличение напряжения

fco 100 Б приводит к возрастанию частоты колебаний в 10 раз „ что соответствует теоретически предсказанному в главе 2 значении m основного уравнения измерения.

Колебания едектрона наводят в ко&пачковых электродах ток высокой частоты, который усиливался резонансным контуром с добротностью Q • 100. При этой напряжение высокой частоты подводимое к усилителя оценивается its соотношения

= Qf ,

где С - общая емкость между олектродами ловушки и входных цг-пей усилителя, 6 - заряд электроне.

Pen. .трация колебаний электрона связана с уменьшением его кинетической энергии, поэтому для раскачки электрона при затухании его колебаний на колпачковые электроды подавался импульс резонансной частоты.

Экспериментальные исследования параллельного соединения двух групп по 3 НЭ подтвердили возрастание критического тока Г13 в П раз, где о - число элементов ГМ, причем внутренние сопротивление и пумы ГМ уменьшаются. Стабилизация значения ЭДС до уровня 0,1 мкВ происходит за 10 дней.

Проведенные исследования последовательного соединения до 10 НЭ с внутренним сопротивлением 300-350 Ом показали, что отклонения значения ЭДС последовательной ГМ из 10 НЭ не превышают 1,7 мкВ и находятся в границах погрешности применявшегося измерительного прибора. Рассчитанное по нетодииеа приведенной в гларе 2, отклонение ЭДС ГМ, состоящей из НЭ с внутренним сопротивлением 350 Ом, с ставляет 0,6 мкВ. Абсолютное значение ЭДС шума испытанной последовательной lU из 3 НЭ возрастает до 2,59 мкВ, но уровень шума уменьшается и составляет 0,86 мкВ/В, что меньше эначения ЭДС шума одиночного НЭ 1,39-1,57 мкВ.

При последовательно-встречном соединении НЭ отмечено возрас-

со значением ЭДС шума одиночных НЭ, чем подтверждена справедливость теоремы Найквиста для групповая кар из нормальных элементов. Таким образомо при практическом использовании последовательно-встречной ГМ следует учитывать возрастание значения ЭДС шума и отбирать элементы в состав ГЫ по признаку наименьшего внутреннего сопротивления (ЗШ-450 им).

Экспериментальные псследоьанмя термостата "ШЭ-24М, входящего в состав рабочего эталона единицы ЭДС показали, что он обеспечивает стабильность температуры в рабочем объеме не хуке 0,0006 К за б ч. Имеющиеся датчики температуры обеспечивают контроль стабильности температуры не хуже 0,0005 К, что удовлетворяет требованиям новой поверочной схемы для рабочих эталонов и эталонов сравнения. Эксплуатация НЭ при температуре 0°С (точ«а таяния льда) не нуждается а средствах измерения температуры и обеспечивает в термостате TH-I2 стабильность температуры'лучше 0,С1°С, что соответствует неопределенности значения ЭДС НО 0,06 мкВ. Насыщенные НЭ при температуре 0°С сохраняют свои эксплуатационные характеристик.

В четвертей главе рассмотрены особенности разработанных средств измерений, результаты их экспериментальных исследований, а Tsiote приведен обзор полученных актов внедрения.

На основании рээультатов теоретических и экспериментальных чсолоцсваний гелработала структурная схема эталона напряжения а оагширенном дишмичееком диапазоне измерений I—100 В с использо-кшием электростатической ловушки Пеннинга, признанная изобрете нием. Установка в автоматическом режиме устанавливает и педцержи-bvt эад«ашло значение напряжения и обладает высокой линейность»)

тание абсол*1тного значения ЭДС щука ГИ в

по сравнению

измеритель.юй характеристики.

Экспериментальные исследования разработанного под научным руководством автора комплекса аппаратуры для рабочего эталона единицы ЭДС показали следующие основные характеристики: СКО сличений с еталоном-копней - 5.10"°, аначенкэ ЭДС основной группы мз 10 НЭ -I В, дополнительной 1-10 В с рядом дискретных точек. Указами© характеристики значительно лучше известных СИ.

Погрешность измерения силы постоянного тока косвенным методом на основании исследования составляющих погрешности (глава 2) и прк использовании меры ЭДС 1-го разряда может быть доведена дс (0,6-2) ЛО"5 в диапазоне 300-Х ЛО"5 в*а.

Заключение содержит основные выводы н результаты выполненных исследований.

Приложения включают материалы экспериментальных исследований, алгоритм и программу фунидеонировашя разработанного рабочего эта* лоне, в автоматическом режиме, результаты апробации к акты внедрения результатов диссертационной работы.

оаювшЕ результаты и вывода

Настоящая диссертационная работа представл :ет сибой законченную научно-исследовательскую работу, э которой дано решение актуальной задачи, имешей существенное значение для области измерений электрических величин. Основное внимание уделено исследованию погрешностей измерительных преобразователей напряжения и поиску способов и средств юс уменьшения.

В результате теоретических и экспериментальных исследований г ди;сергы;1й реизн рдд конкретных задач и обоснованы следующие выводы и положения:

I. В результате проведенного анализа составляющих погрешности кзиеритежьньк преобразователей выявлены и исследованы источники,

вносящие наибольший вклад а результирующую погрешность средств измерений ЭДС и постоянного напряжения, силы постоянного тока и переменного напряжения, тго позволило предложить способы мх умеИЪ-

яэния.

2. Анализ принципов построения измерительных установок о использованием различных измерительных преобразователей показа!, что нпскщениыэ НЭ, благодаря своим известным достоинствам, явля-атся а настоящее время лучяей основой для расширения диапазона изызрений рабочего эталона до 10 3. Для дальнейшего расширения диапазона измерений до 100 В высшей тичностн предложено применить преобразователь напряжение-частота на основе электростатической ловушки Пеккинга, использующий в работе отношение фундаментальных физических констант

3. На основании полученных аналитических выражений и исследований введенной математической модели предложены способ формирования ЭДС последовательно-встречной групповой меры и способы запиты последовательной групповой меры от перегрузок.

4. Дано теоретическое обоснование и проведены исследования составляющих погрешности нового метода передачи размера постоянного напряжения о использованием ловушки Пеннинга, которые позволили предложить новое устройство с расширенным ;ниамичестм диапазоном измерений до 100 В.

5. Результаты исследований разработанной меры ЭДС 1-10 В показали возможность ее использования в качестве меры ЭДС с погреа-ни.гьо не болыз 1,7 мкЗ.

6. Экспериментальные исследования двух групповых мер, состоящих и? параллельно соединенных НЭ подтвердили возрастание крити-ч°сксго тока пропорционально числу НЭ. Предложенная параллельная групповая мера использована в структуре РЭ для расширения нагрузочной 'пособности.

7. Теоретические к экспериментальные исследования разработанного преобразователя напряжение-частота на основе ловушки Пен-шшге показали принципиальных возможность его использования для передачи напряжений в диапазоне I-Ï00 В.

8. Исследования созданного РЭ единицы ЙДС показали следую-щме результаты: CKÛ сличений - 5.10 , значение ЭДС 1-10 В, что значительно лучше известных СИ.

9. Новизна предлагаемых технических решений подтверждается двумя авторскими свидетельствами.

10. Созданные средства измерения внедрены и используются для решения народнохозяйственных задач, что подтвервдается прилагаемыми актами внедрения. Экономический вффект от внедрения составляет 136,478 тыс.руб.

Основное содержанке диссертации опубликовано в следующих ' работах:

1. Байков В.М., Барбарович B.D. Анализ погрешностей нулевого метода поверки делителей напряжения переменного тока // Точные измерения электрических величин: переменного тока, напряжения, моиности, энергии и угла фазового сдвига. П Всесоюзное совещание, Ленинград, 19-21 ноября 1985 (Тезисы докладов). - Л. 1985,

с.32-33.

2. Барбарович B.D., Галахова О.П., Семенова Т.В., Скмахин В.М. иетрологическов обеспечение средств измерения напряжения постоянного тока, применяемых в машиностроении // Метрологическое обес-лвчешэ иоаилостро::гельннх отраслей народного хозяйства. 1У Все-

с иная научно-техническая конференция, Одесса, 1987 (Тезисы докладов) U., ШШМС, 1987, с.40.

Ч. Барбарович В.Ю..Галахова О.П., Залспухин В.А., Симохин В.М. Смирнов А.И. Направления развития автоматизированных средств ком-

парирования нормальных элементов // Петрологическое обеспечение ИИС и АСУ ТП. П Всесоюзна конференция, Львов, 3-5 октября 1988.(Тезисы докладов). Львов, 1988. часть I, с.98-99,

4. Барбарович В.Ю., Барннов A.B., Бочкарев Д.Н., Симахин В.11. Автоматизация групповой меры ЭДС внсней точности. Там же. с.122-123.

.5. Фоменко В.И., Барбарович B.D., Березовский А.Б. Результаты международных сличений эталонов переменного напряжения СССР и НПЗ и их использование // Точные измерения электрических величин: переменного тока, напряжения, мощности, энергии и угла фазового сдвига. Ш Всесоюзное совещание. Киркпш, 23-25 ноября 1988 (Тезисы докладов) - Л. 1988, с.58.

6. Барбарович B.S1. Автоматизация обработки результатов сличений термоэлектрических преобразователой напряжения. Там же. с.73,

7. Барбарович B.D., Залепухин В.А., Семенова Т.В., Симахин В.Ц. Смирнов А.Я. Определенно внутреннего электрического сопротивления нормальных элементов на переменном токе. Там же. с.81-82.

8. Метрологическое обеспечение средств измерений напряжения постоянного тока, применяемых в машиностроении / О.П.Галахова,

В.Ю.Барбаровчч, Т.В.Семенова, В.Ы.Симахин // Измерительная техника. 1988, WO, с.63-66.

9. О нормировании погрешностей средств измерения напряжения постоянного тока / О.П.Галахова, В.Ю.Барбарович, В.А.Залепухин, В.14.Симахин, Л.1! ,С:.:;;р::са // Исследования з области электр:1чос:;их измерений" Сбсрник научных трудов НПО'ВНШМ им.Д.И.Менделеева". Л.: Энергоатомиэдат. 1989. с.3-7.

10. Мера ЭДС с температурой термостдбилкзации нормальных эле mïktob 0°С / B.D.Барбарович, О.П.Галахова, В.А.Залепухин, В.М.Ск-мяхин, Л.И.Смирнов ,/ Исследования в области электрических измерений. Сборник научных труден НП0"ЕКИИМ нм.Д.И.Менделеева"

Д.: Энергоатошодат. 1Э90, о.9-14.

П. Барбьровкч B.C., Залепухии В.А., Симахин B.V.„ Смирнов А.И. Контроль стабильности температуры при кооперировании нормальных влементов. Там же. с.¡25-29.

12. йоменхо В.И.0 Барбарович В.Ю. Анализ результатов сличе->шП наборов эталонных преобразователей напряжения СССР и НРБ. Тш кв. с.52-67.

13. Способ определения фальсифик&дак меда сахаром /D.H.Варваре вмч, В.Ю.Барбарович. Заявка 4646416/30-13 СССР. Положительное решение от 16.03.90.

14. Эталон напряжения / Ю.И.Неронов, П.Л.Чураев, В.Ю.Барбарович, В.Н.Снмахин. Заявка 4663807/25 (028684) СССР. Положительное решение от 26.04.90.