8.2.2 Еталон одиниці коефіцієнта гармонік

Еталон одиниці КГ [28] побудований таким чином, що він може як відтворювати сигнали з каліброваними значеннями КГ (режим повірки вимірювачів КГ), так і здійснювати точне вимірювання КГ зовнішнього сигналу (режим атестації робочих еталонів). Таким чином, еталон КГ поєднує у собі властивості як міри, так і вимірювального приладу.

В основу еталона покладено метод з використанням калібрувального сигналу (=100 %). У цьому методі із вихідного спотвореного гармонічного сигналувилучається перша гармоніка, і середньоквадратичне значення (СКЗ) напруги вищих гармоніккомпарується з СКЗ вихідного сигналу, що відповідає=100 %.

Структурну схему еталона наведена на рис. 8.3. Розглянемо його роботу в режимі атестації робочого еталона^.

Рис. 8.3. Структурна схема еталона одиниці коефіцієнта гармонік

Робочі еталони (СК6-10, К2С-57) видають сигнали таких видів:

• спотворений гармонійний, що являє собою коливання з частотою і кількома її гармоніками:

;

- з подавленою першою гармонікою, тобто такий, що складається з вищих гармонік частоти :

.

Спектри цих сигналів наведено на рис. 8.4 а, б.

Напруга подається на перший вхід компаратора, а на другий − через плавний атенюатор надходить напруга. Компарування відбувається почергово, тобто спочатку вимірюється СКЗ напруги, потім СКЗ, яке за допомогою плавного атенюатора встановлюється рівним СКЗ:

, (8.4)

де − СКЗ-ї гармоніки після проходження атенюатора.

Усі операції компарування в еталоні відбуваються автоматично, що з метрологічної точки зору не принципово.

З урахуванням формул (8.2) і (8.4) , можна записати

.

Далі подається на режекторний фільтр (П в положенні 1), у якому здійснюється пригнічення першої гармоніки. Напруга на виході режекторного фільтру (позначимо) вимірюється вольтметром СКЗ:

.

Потім на вхід режекторного фільтра (П в положенні 2) подається через зразковий атенюатор, на виході якого напруга дорівнює

,

де – коефіцієнт передачі атенюатора, який встановлюється рівним номінальному КГ сигналу робочого еталона.

Напруга на виході режекторного фільтра дорівнює

. (8.5)

Очевидно, що коли , то. На практиці, як правило, цього не буває, тоді відносну похибку робочого еталона знаходимо за формулою

. (8.6)

У режимі повірки вимірювача КГ замість робочого еталона включають внутрішнє джерело еталона, що видає аналогічні сигнали (і). Відповідно до описаної вище процедури здійснюють калібрування відтвореного сигналу і подають його на вимірювач, що повіряється.

Керування й обробка результатів вимірювань здійснюються за допомогою керуючої обчислювальної системи, що включає до себе ПЭВМ, виконавчі і програмні засоби.

Основними джерелами похибки еталона є неідеальність обробки сигналу (фільтрації, компарування) і неідеальність вимірювального тракту (неточність атенюатора, нерівномірність АЧХ, шуми). Створений в Україні державний еталон одиниці коефіцієнта гармонік (рис. 8.5) має такі метрологічні характеристики:

діапазон частот, кГц 0,01 – 200;

діапазон вимірювання КГ, % 0,001 – 100;

абсолютна НСП 0,0002 − 0,002 %;

відносна НСП () (2–6)·10^-3;

відносна СКВ () 5·10^-4 .

Рис. 8.5. Еталон одиниці коефіцієнта гармонік