Метрология и стандартизация / Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 1 (Okrepilov) 2015

Реактивнаяэлектрическаямощность(Q) неявляется реальной физической величиной.

Это условное понятие, первоначально введенное для описания процессов в электрических цепях синусоидального переменного тока при линейной нагрузке, содержащей реактивные элементы – индуктивности и емкости. Реактивная мощность [1] – один из важнейших параметров энергопотребления, используемый при расчетах потерь в энергетических сетях и в системах управления энергообъектами.

Исторически сложилось несколько определений реактивной мощности. Основными и практически используемые в рабочих и эталонных СИ являются два нижеследующих:

где: ϕ – угол сдвига между U и I; S – полная мощ-

ность (S = U·I)

При синусоидальных формах кривых U и I: Q1 = Q2, при искаженных формах кривых U и I это равенство нарушается.

Историческая справка (история развития вида измерений)

Повышение точности измерений количественных и качественныхпоказателейэнергоносителейявляетсяоднойизприоритетныхзадачметрологиииизмерительной техники, поскольку результаты этих измерений служат основанием для финансовых расчетов между производителем и потребителем энергии, а также позволяют оценитьэкономическуюэффективностьтехнологических процессовиоборудования, управлятьимиилисоздавать новые энергосберегающие технологии.

Эти потребности промышленности и экономики определяют состав эталонного комплекса средств измерений, включающего в себя:

–независимыйпервичныйэталон, воспроизводящий основную в этой области измерений величину – ватт на основе национальных единиц напряжения и сопротивления;

–вторичные эталоны, обеспечивающие передачу размера единицы электрической мощности широкому

кругу различных однофазных и трехфазных средств измерений (СИ) электрической энергии, мощности и других энергетических величин;

– высокостабильные транспортируемые эталоны сравнения, обеспечивающие возможность проведения международных сличений эталонов.

Государственный эталон единицы электрической мощности (ГЭМ) [2] впервые был создан в стране в 1986 г. и обеспечил централизованное воспроизведение единицываттипередачуееразмеравторичнымэталонам в широких диапазонах напряжений, токов и коэффициентов мощности в области частот от 40 до 2500 Гц. Эталонобеспечилтакжевоспроизведениерядазначений коэффициента мощности.

Систематические работы по метрологическому обеспечению средств измерений (СИ) электроэнергетическихвеличинбылиначатывоВНИИМвпервойполовине 50-хгг. ХХв. Усилиямиведущихвэтойобластиученых: К.П. Широкова, М.С. Каяндер, Д.И. Зорина, А.Я. Безикович, В.С. Попова [3, 4] были созданы первые установки на основе электростатических и термоэлектрических компараторов, обеспечившие в то время точность, сопоставимуюсточностьюлучшихобразцованалогичной аппаратуры, созданныхвведущихвданнойобластиизмеренийметрологическихлабораторияхГермании(R. Bergest, M. Klonz); США (N. Oldham, G. Stenbaken); Канады (P. Filipski); Англии(F.J. Wilkins); Японии(K. Takahashi); Австралии (B. Inglis) [5, 6].

В 70-е гг. во ВНИИМ была достигнута погрешность измерения ЭМ 2·10-4–5·10-4 в созданных следующим поколениемметрологовВНИИМ(Е.З. Шапиро, В.С. Белов, Ю.В. Никитин [7, стр. 615]) поверочных установках УППУ-1МиУПМВ. Достигнутыерезультатывомногом были обеспечены благодаря уникальным метрологическимхарактеристикаммногоэлементныхтермоэлектрических преобразователей ТЭМ, созданных во ВНИИМ Э.В. Ловцюсом, однако технологические возможности дальнейшего улучшения их характеристик и снижения таким путем погрешности измерений мощности были практически исчерпаны.

Следующий шаг в повышении точности измерений мощности был сделан в 80-е гг., когда на основе углубленного теоретического анализа физической природы погрешностейсравнениямощностейпостоянногоипеременноготокаиразработкиновыхметодовизмерений, не требующих высокого качества функциональных преобразователей, был создан эталон единицы электрической

мощности с погрешностью воспроизведения единицы 0,003–0,01% и ряд вторичных эталонов, обеспечивших передачуразмераединицымощностиСИэлектрической мощности и энергии [8, 9]. Руководителем этих работ и ученым-хранителемэталонаГЭТ153-86 вплотьдо2012 г. являлся д.т.н. Е.З. Шапиро.

В2000-егг. возможностиэталонапометрологическомуобеспечениюбыстроразвивающегосяпаркаСИмощности и энергии практически исчерпались. В 2012 г. во ВНИИМбылсозданновыйГосударственныйпервичный эталон единицы электрической мощности в диапазоне частот от 1 до 2500 Гц (ученый-хранитель Г.Б. Гублер). Создание нового ГПЭ основанного на новых методах воспроизведения единиц и их технической реализации, была обусловлена тем, что на ГЭТ 153-86:

–точность воспроизведения единицы активной мощности недостаточна для испытаний и поверки наиболее точных отечественных и зарубежных эталонных

ирабочих СИ;

–единица реактивной мощности непосредственно не воспроизводилась;

–низкая производительность работ по воспроизведению и передаче единицы;

–неохваченинфразвуковойдиапазончастот, чтонеобходимо промышленности;

–не обеспечена непосредственная информационная совместимостьссовременнымивторичнымиирабочими эталонами и зарубежными эталонами.

Основные направления развития

Одной из основных тенденций развития эталонной базы в области электрической мощности является установление, как можно более тесной связи эталона мощностисквантовымиэталонаминапряженияисопротивленияоснованныминафундаментальныхконстантах. В настоящее время эта связь опосредована через так называемые «true r.m.s.» преобразователи (преобразователями истинного среднеквадратического значения), а именно – термоэлектрические преобразователи типа ТЭМ. Дело в том, что они на основе равенства теплового действия переменного и постоянного тока позволяют перейтиот«хорошо» измеряемоймощностипостоянного токакмощностипеременноготокаспогрешностьюперехода на уровне единиц и даже долей ppm. Именно с их помощьюпокапроизводитсяисследованиесовременных эталонов.

Однако в начале XXI в. появился и интенсивно развивается новый подход – формирование сигналов переменногонапряженияпрограммируемымимикросхемами наэффектеДжозефсонадлякалибровкиизмерительных каналоввсоставеэталоновмощности. Этотметодведет к дальнейшему повышению точности.

Принцип действия

Воспроизведение единицы активной мощности осуществляется на основе измерения за заданный интервал времени среднего значения произведения мгновенных

значений тока и напряжения то есть, в целом, реализует определение активной мощности данное формулой (1). При этом входной ток преобразуется в напряжения с помощьюнизкоиндуктивногошунтаспециальнойконструкции, разработаннойвоВНИИМ. Такимобразом, единица мощностьваттпрослеживаетсяпервичнымэталонамеди- ницыэлектрическогонапряжения(ГЭТ13-01) иединицы электрического сопротивления (ГЭТ 14-91).

Воспроизведение ГЭТ 153-2012 единиц активной электрическоймощностисостоитиздвухвзаимосвязанных этапов. На первом этапе выполняются:

–формирование сигналов тока и напряжения необходимого уровня и с заданным углом сдвига фазы между ними;

–масштабирование сигнала напряжения и преобразование сигнала тока в сигналы напряжения в удобные для дальнейшего аналого-цифрового преобразования;

–получение с помощью синхронизированных ана- лого-цифровых преобразователей двух наборов дискретизированныхотсчетовсигналовпропорциональных входным сигналам тока и напряжения.

На втором этапе производится коррекция отсчетов с цельюкомпенсацииизвестныхисточниковпогрешности

ивычислениезначенийзначенияактивноймощностипо мгновенным значениям.

Специальные блоки программного комплекса обеспечивают при этом:

–измерение основной гармоники частоты входных сигналов;

–расчетэквалайзераикоррекциючастотнойпогрешности АЦП;

–коррекцию несинхронности выборок АЦП напряженияиАЦПтока, чтоэквивалентнокоррекцииугловой погрешности;

–расчетспециальныхвесовыхоконинтегрирования для уменьшения погрешности, вызванной некогерентностью частоты входных сигналов и частоты дискретизации.

Процесс воспроизведения единицы активной электрической мощности заканчивается вычислением значенияфиктивноймощности(Р), установленнойназажимах «U» и «I» ГЭТ и подаваемой на калибруемое СИ мощности (энергии).

Вычисление значения Р производится путем численного интегрирования произведения синхронно полученных мгновенных значений напряжений. Uuj и Uij за установленное число периодов m переменного тока:

где : j – номер выборки;

m·n – количество выборок за m периодов сигнала частотой fd;

w(j) – весовые коэффициенты специального окна. R – сопротивление шунта.

Методы коррекции частотных и угловых погрешностей измерительного преобразователя мощности, а также методы расчета специальных весовых окон интегрирования, разработанные в ходе создания эталона, представлены в работах [10–11].

Для передачи единицы реактивной мощности вар эталоннымСИреактивноймощности(энергии), основаннымнаопределениях Q1 иQ2 (формулы3 и4), вэталоне реализованы два метода воспроизведения единицы вар, причем основным является метод, соответствующий определению Q1, как наиболее близкий к методу воспроизведения активной мощности Р.

В обоих случаях вычисление реактивной мощности (Q1 или Q2) производится путем математической обработки того же массива значений Uuj и Uij (1), что и при вычисленииактивноймощностисучетомрассмотренных выше корректирующих воздействий.

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

Диапазонзначенийэлектрическоймощности, вкоторомвоспроизводятсяединицыактивноймощности(Вт) и реактивной мощности (вар) составляет от 0 до 10000 Вт (вар), в следующих диапазонах параметров мощности: напряжение от 1 до 1000В; ток 0,01–10А; коэффициент мощности 0–1; частота от 1 до 2500 Гц.

Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единиц активной и реактивной электрическоймощностиспоказателямиточности(поГОСТ 8.381-2009), значениякоторыхнепревышаютприведенных в таблицах 1 и 2, где:

S0 – относительное среднее квадратическое отклонение (СКО) результата измерений при 30 независимых измерениях;

Θ0 – доверительные границы неисключенной относительной систематической погрешности;

Рис. 2. Общий вид ГЭТ 153-2012

Состав ГЭТ 153-2012

–Программируемыйисточникфиктивноймощности (ИФМ) «Энергоформа»;

–эталонный индуктивный делитель напряжения типаIVD скоэффициентамиделения1,0–1000 вобласти частот от 40 до 1000 Гц;

Таблица 1. Значения единиц активной мощности

–эталонный однофазный резистивный делитель напряжения с коэффициентами деления 10–240 в области частот от 0 до 2500 Гц;

–комплект эталонных безреактивных шунтов пере- менноготокасноминальнымитоками0,1–10 Авобласти частот от 0 до 2500 Гц;

–двухканальный АЦП на основе 2-х мультиметров

Agilent 3458А;

–генераторыAgilent 33521A (2 шт.);

–мера постоянного напряжения Fluke732 В;

–вольтметры-калибраторыпостоянногонапряжения В2-43 (2 шт.);

–термоэлектрический измерительный преобразователь мощности;

–нановольтметрAgilent 34420А;

–трехфазный резистивный делитель напряжения;

–персональныйкомпьютерсоспециализированным программным обеспечением.

Назначение и область применения

Основное назначение первичного эталона – метрологическое обеспечение разработки, производства и эксплуатацииширокогокругаСИэлектроэнергетических величин, парк которых в стране превышает 100 млн. единиц, включаяболее200 единиц. СИповеркакоторых возможна только на эталоне. Эталон возглавляет государственную поверочную схему для средств измерений электрической мощности и электрической энергии в диапазонечастотот1 до2500 Гц(ГОСТ8.551-2013 [13]).

Эталон обеспечивает единство измерений активной иреактивнойэлектрическоймощностииэнергиивэлектроэнергетике, электротехнической промышленности и приборостроении. Потребность в точных измерениях электрической мощности существует в различных областяхнаукиипроизводственнойдеятельности, включая

учет электрической энергии и контроль ее качества при производстве, распределенииипотреблении; разработке энергосберегающих технологий и др.

Основные научные результаты, уникальность и преимущество

В ходе выполнения работ по созданию эталона электрическоймощностиновогопоколениябылполученряд ценных результатов.

Разработаны, исследованыметодыпостроенияцифрового измерительного преобразователя мощности, оригинальныеметодыкоррекциипогрешностейизмерительных преобразователей в реальном времени. По результатам исследований создан программный комплекс (рис. 3), позволяющий наращивать функциональность эталона.

Эталон позволяет воспроизводить мощность сигналов сложной формы и выделять мощность отдельных компонент сигнала (гармоник и интергармоник), в том численизкочастотных. Приэтомвотличииотбольшинства других эталонов отсутствуют ограничения, связанныесобеспечениемкогерентностисигналаивнутренней тактовой частоты эталона.

Принятые в новом первичном эталоне, структура, методывоспроизведенияединицыиихаппаратнаяреализацияобеспечиваютширокиевозможностиегодальнейшегосовершенствованиявтрехосновныхнаправлениях:

Повышениеточностивоспроизведенияединицыиее передачи СИ различных видов электроэнергетических величин (традиционное направление);

дальнейшее расширение функциональных возможностей эталона;

обеспечение возможности передачи единицы от первичного эталона новым видам СИ цифровых подстанций и интеллектуальных энергетических сетей (новое направление).

Первое направление предусматривает прежде всего разработку методов и аппаратуры для исследований цифрового измерительного преобразователя мощности эталона непосредственно с помощью управляемых квантовых мер [14] напряжения постоянного и переменноготока(уточнениепараметровмодулейкоррекции частотной и угловой погрешностей, эквалайзера и др). Ожидаемыйэффект– повышениеточностивоспроизведения единицы мощности 1,5–2 раза.

Второе направление предусматривает разработку новых блоков программного обеспечения, проведение теоретических и экспериментальных исследований с целью оценки и нормирования неопределенностей воспроизведенияединицактивнойиреактивноймощностей основной и высших гармонических составляющих.

Третье направление предусматривает проведение работ по метрологическому обеспечению цифровых подстанций и интеллектуальных энергетических сетей.

Международное сотрудничество. Сличения

Научно-исследовательскаялабораториягосударствен- ных эталонов в области измерений электроэнергетических величин ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» являетсяхранителемэталонаГЭТ153-2012 ипринимала

ипринимает участие в ключевых сличениях эталонов мощности: ССЕМ-K5, APMP-EM-K5.1 ССЕМ-K13. Ре-

зультатысличенийпоказываютсоответствиероссийского эталонауровнюэталоновпромышленноразвитыхстран. Лаборатория сотрудничает с ведущими производителями средств измерений мощности, энергии, показателей качестваэлектроэнергиииэлектроэнергетическогооборудованиявРоссииизарубежомипринималаучастиев совместныхисследованияхметодовизмерениямощности

иэнергии с Австралийским институтом метрологии (NMIA) и Физико-техническим институтом Германии (PTB). Сотрудники лаборатории постоянные участники рабочих групп по низкочастотным измерениям МБМВ

иКонференции по прецизионным электромагнитным измерениям (CPEM).

Достоверностьрезультатов, полученныхвходесоздания и многолетней эксплуатации Государственного эталона единицы электрической мощности, подтверждена его международными сличениями, которые позволили уточнить размер национальной единицы электрической мощности и обеспечили международное признание эталона России.

Первые сличения эталонов России и Финляндии проведены в 1991 г. в г. Хельсинки. В качестве транспортируемого эталона сравнения при сличениях был использован транспортируемый эталон сравнения Трансватт-1. Расхождение результатов измерений мощности при напряжении 120 В, токе 5 А и коэффициентах мощности 1,0 и 0,2 составили 10·10-6 и 55·10-6 соответственно.

Сличения эталонов России, Республики Корея и Австралии проведены в апреле 1995 г. в Национальной физической лаборатории (NML) Австралии (г. Сидней). Вкачестветранспортируемогоэталонабылиспользован центральныйузелэталонаРеспубликиКорея– четырех-

тактныйкомпаратормощности, которыйявляетсякопией транспортируемого эталона ВНИИМ – Трансватт 1.2.

Сличенияпроведеныначастоте53 Гц, принапряже-

нии 120 В, токе 1 А и KP =1,0; 0,5инд.; 0,5емк.; 0инд. и 0емк..

Полученные расхождения результатов измерений оказались существенно меньше расчетных значений доверительных границ погрешностей для эталонов ВНИИМ и NML и не превосходили 1·10-5.

В 1998 г. государственный эталон единицы электрической мощности России принял участие в ключевых сличениях эталонов электрической мощности, проведенных Консультативным комитетом по электричеству (ККЭ) Международного комитета мер и весов с целью установления эквивалентности национальных эталонов ведущих в этой области измерений стран мира.

Отклонение результатов измерений ГЭМ России от среднего для 10 стран значения результатов измерений мощности при значениях коэффициента мощности KP

=1,0; 0,5инд.; 0,5емк.; 0инд. и 0емк. не превосходит 2·10-5 [15].

В2011 г. государственныйэталонединицыэлектрическоймощностиРоссиипринялучастиевключевыхсличенияхэталоновэлектрическоймощности, проведенных Азиатско-Тихоокеанскойрегиональнойметрологической организацией (APMP).

Эталон подготовлен к участию в 2015 и 2016 гг. в очередных сличениях эталонов мощности на промышленной частоте и первых в истории сличениях эталонов в режиме измерения мощности гармоник, проводимых под эгидой МБМВ.

Литература

1.P.S. Filipski, Y. Baghzouz. Discussion of the power definitions contained in the IEEE dictionary. IEEE Trans. on Power Delivery. Vol. 9. July 1994.

2.Шапиро Е.З., Белов В.С. и др. Государственный эта-

лон единицы электрической мощности // Измерительная техника. 1990. № 8.

3.Безикович А.Я., Зорин Д.И. Установка для поверки ваттметров, амперметров и ваттметров на переменном токенормальнойиповышеннойчастоты// ТрудыВНИИМ.

Вып. 28 (88). М., Л.: Машгиз, 1956.

4.Безикович А.Я., Зорин Д.И. Многопредельные термоэлектрические приборы повышенной точности для звукового диапазона частот // Труды институтов Комитета по стандартам. Вып. 39(99). Стандартгиз, 1960.

5.Oldham N.M., Petersons O., Waltrip B.C. Audiofrequency current comparator bridge: Development and design considerations // IEEE Trans. Instrum. Meas. 1989. Vol. 38. С. 8.

6.Miljanic P., Stojanovic B., Bosnjakovic P. The development of a high precision power meter // Proc. IEEE Conf. on Precision Electromagnetic, 1998.

7.БеловВ.С., НикитинЮ.В., ШапироЕ.3. Полуавтома-

тическая установка УППУ-1М для поверки амперметров, вольтметров и ваттметров // Измерительная техника. 1981.

№3.

8.Shapiro Е., Budovsky I. Thermal watt-transfer standard // IEEE Transactions on Instrum. and Meas. 1995. Vol. 44. № 2.

9.Shapiro E., Nikitin A. A Single Channel Three Phase Power Transfer Standard // CPEM’98. Digest. Washington, 1998.

10.Gubler G.B., Shapiro E.Z. Implementation of Sampling Measurement System for new VNIIM power standard Precision

Electromagnetic Measurements (CPEM), 2012. Conference on DOI: 10.1109/CPEM.2012.6250918. 2012, P. 294–295.

11.G.B. Gubler. Reconstruction of bandlimited signal using samples obtained from integration digital voltmeters. 2010 CPEM Digest Р. 257–258, DOI: 10.1109/CPEM.2010.5544790.

12.G.B. Gubler. On the use of windows for measurements of r.m.s., active power and harmonic parameters. 2008 CPEM Digest. Р. 206–207. DOI: 10.1109/CPEM.2008.4574725.

13.ГОСТ 8.551-2013 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная по-

верочная схема для средств измерений электрической мощности и электрической энергии в диапазоне частот от 1 до 2500 Гц

14.Gubler, G., Katkov A. Investigation of ADC-aided AC measurement through the use of PJVS. 2012. CPEM Digest. Р. 64–65.

15.Oldham N., Nelson T., Bergeest R. et al. An international comparison of 50/60 Hz power (1996–1999), Instrumentation and Measurement, IEEE Transactions on Vol. 50, Iss. 2. 2001. P. 356–360. DOI: 10.1109/19.918141.

М.С. Казаков

Историческая справка

Измерениекоэффициентамасштабногопреобразования напряжения (КU) переменного тока промышленной частоты, а также угла фазового сдвига (φu) между входным и выходным напряжениями началось с момента появления трансформатора. Изобретенный еще в XIX векетрансформаторсегодняявляетсяоднимизключевых компонентовмногихэлектронныхиэлектротехнических устройств.

ВНИИМС занимается измерениями на высоком напряжении уже более 30 лет. С распадом СССР, во ВНИИМСдобавиласьтематикаизмеренийкоэффициента масштабного преобразовании и угла фазового сдвига высокогонапряженияпеременноготокапромышленной частоты, котораяранеебылазакрепленазаГрузией(НПО «ИСАРИ», Тбилиси), а эталонные меры на базе индуктивного делителя напряжения до 35 кВ находились (и сейчас находятся) на Украине.

В 2002 г. калибровочные возможности ВНИИМС на высоком напряжении были подтверждены включением в МБМВ по 11 позициям, в том числе и по измерениям Кu и φu в диапазоне до 350 кВ.

Дляроссийскойэлектроэнергетикисегодняужеактуальнымявляетсядиапазондо750/√3 кВ, авближайшей перспективе этот диапазон может быть увеличен до

Рис. 1. Общий вид эталона ГЭТ 175-2009

1150/√3, посколькунаработкитакогопроектаЭкибастуз– Центр полным ходом шли в бывшем СССР.

Также можно отметить, что с развитием рыночных отношений к данным измерениям предъявляются существенноболеевысокие требования поточности, чем это было ранее.

Принцип действия первичного эталона

В2010 г. былутвержденГосударственныйпервичный специальныйэталонединицкоэффициентамасштабного преобразования и угла фазового сдвига электрического напряжения переменного тока промышленной частоты (далее– первичныйэталон) приказомФедеральногоагентствапотехническомурегулированиюиметрологии№185 от28 января2010 г. иприсвоенемуномерГЭТ175-2009.

Воснову первичного эталона положен метод отношения и компарирования токов с использованием усовершенствованноговысоковольтногомостаШеринга.

Первичный эталон состоит из:

– источника напряжения переменного тока;

– набора компонентов для создания эталонных отношений токов;

– наборамеркоэффициентамасштабногопреобразования напряжений и угла фазового сдвига напряжений;

– моста высоковольтный эталонный;

– персонального компьютера;

– ПО.

Первичныйэталонсодержитсяиприменяетсявдвух экранированныхпомещенияхФГУП«ВНИИМС»: ввысоковольтномзалесобщейплощадью80 м2, высотойпотолка7 мивпультовойсобщейплощадью20 м2 (рис. 1).

Метрологические и технические характеристики первичного эталона

Первичныйэталонвоспроизводитихранитединицы коэффициента масштабного преобразования (Кu) и угла фазового сдвига (φu) электрического напряжения переменного тока промышленной частоты.

Первичный эталон обеспечивает воспроизведение значений КU в диапазоне от 0,1 до 10000 и φu в диапазоне 0–0,1 рад электрического напряжения переменного тока промышленной частоты в диапазоне номинальных значений от 0,1/√3 до 750/√3 кВ.

ПервичныйэталонвоспроизводитзначенияKu (относительныеединицы) сосреднимквадратическимотклонением(далее– СКО) результатаединичногоизмерения

S0(Ku), непревышающим1,2·10-5+0,8·10-9Ku (изм) при10-ти независимыхизмерениях, сдоверительнымиграницами

неисключенной систематической погрешности θ0(Ku), не превышающими 2,47·10-5 при доверительной вероятности 0,95.

При этом стандартная неопределенность коэффициентамасштабногопреобразования, оцениваемаяпотипу

А, uА0(Ku), непревышает1,2·10-5+0,8·10-9Ku(изм). Стандартная неопределенность, оцениваемая по типу В, uВ0(Ku),

не превышает 1,3·10-5.

Суммарнаястандартнаянеопределенностьрезультата измерения коэффициента масштабного преобразования и расширенная неопределенность результата измерения коэффициента масштабного преобразования при коэффициенте охвата к=2 для различных Ku не превышает:

Первичный эталон воспроизводит значения φU (радианы) с СКО результата единичного измерения S(φU), не превышающим 2·10-6+0,005φU(изм) радиан при 10-ти независимых измерениях с доверительными границами неисключенной систематической абсолютной погрешности θ(φU), не превышающими 3,8·10-5 радиан при доверительной вероятности 0,95.

При этом стандартная неопределенность результата измерения угла фазового сдвига, оцениваемая по типу

А, uА(φu), непревышает 2·10-6 + 0,005φu(изм) радиан. Стандартная неопределенность результата измерения угла

фазового сдвига, оцениваемая по типу В, uВ(φu), не превышает 2,0·10-5 радиан.

Суммарнаястандартнаянеопределенностьрезультата измерения угла фазового сдвига uс(φu) и расширенная неопределенность результата измерения угла фазового сдвига uр(φu) при коэффициенте охвата к=2 для различных φu не превышает:

Назначение и область применения

Первичный эталон предназначен для воспроизведения и хранения единиц коэффициента масштабного

преобразования и угла фазового сдвига электрического напряжения переменного тока промышленной частоты ипередачиразмераданныхединицприпомощирабочих эталоноврабочимсредствамизмеренийсцельюобеспечения единства измерений.

Основные научные результаты, уникальность и преимущество

Первичный эталон позволил раздвинуть границы более высокой точности по всей территории России, обеспечить надежную передачу единиц размера от первичного эталона рабочим средствам измерений.

Международное сотрудничество. Сличения

Научно-техническийуровеньпервичногоэталонасо- ответствуетсовременнымдостижениямвданнойобласти измерений и по результатам международных сличений находится в одном ряду с эталонами ведущих мировых метрологических центров.

Международные сличения (темы COOMET

№ 396/UA/07, СООМЕТ №411/RU-a/07)

Основныеметрологические характеристики эталонасравнениявдиапазоненоминальных значенийнапряженияот0,1/√3 до110/√3 кВ, 50 Гц

По коэффициенту масштабного преобразования

Диапазон воспроизведения KU – от 0,1 до 2000 Среднее квадратическое отклонение результата измерений S0(KU) при 10-ти независимых наблюдениях –

1,6·10-6+0,8·10-9· KUизм.

Неисключенная систематическая погрешность Θ0 (KU) –

2,2·10-5.

Стандартная неопределенность:

оцененная по типу А, uA(KU) – 1,6·10-6+0,8 ·10-9· KUизм оцененная по типу В, uB (KU) – 2,5·10-5.

Суммарная стандартная неопределенность – uC(KU) 2,495·10-5.

Расширенная неопределенность U0,95(KU) –

4,99·10-5 при К=2 (Р=0,95).

Нестабильность эталона сравнения за год ν0(KU),% – 1,0·10-3.

Создан в СНИИМ (2010–2013 гг.), утвержден приказом Росстандарта 27 января 2014 г. № 53.

Воснову воспроизведения единицы добротности положен анализ амплитудночастотной характеристики резонансного колебательного контура, основанный на расстройке по частоте последовательного колебательного контура до двух произвольных уровней. Величина добротности определяется из отношения двух значений напряжения и четырех значений частот расстройки.

Всоставе эталона:

–набор резонансных блоков;

–набор внутренних электродов;

–набор эталонов-копий;

–термостат;

–делители напряжения;

–автоматическая управляющая система;

Метрологические характеристики

Область применения

Потребителями метрологических услуг непосредственно от эталона являются метрологические центры, включая центр Минобороны, метрологические службы предприятий и НИИ Министерства энергетики, Министерства информационных технологий и связи, Министерства обороны и другие.

Е.С. Коптев

Аннотация – Описаны состав, принцип действия, метрологические характеристики государственного первичного эталона единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах.

Ключевыеслова– Государственныйэталон, волновое сопротивление, коаксиальный волновод, комплексный коэффициент отражения и передачи, поверочная схема.

Росстандартом России 2011 г. утвержден Государственный первичный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах ГЭТ 75-2011.

Научно-технический прогресс в ряде важнейших отраслейэкономикиРоссииопределяетсяуровнемитемпами развития радиоэлектроники сверхвысоких частот (СВЧ). Достижения в области теории и техники СВЧ открывают принципиально новые возможности создания и развития систем скоростной передачи информации, систем радиолокацииирадионавигации, радиоразведкиирадиопротиводействия, системсвязиителевидения, расширяютвозможностикосмическихирадиоастрономическихисследований.

Основным способом определения параметров СВЧ устройств в процессе их изготовления и эксплуатации являются измерения. Этим объясняется бурный количественный и качественный рост парка радиоизмерительныхприборовдляизмеренияпараметровСВЧтрактов– это измерители волнового сопротивления, измерители полных сопротивлений, измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения и их модификации.

В эксплуатации в России находится значительный паркприборовдляизмеренияпараметровкоаксиальных устройств, атакжеэталоновдляихповеркиикалибровки отечественного и зарубежного производства.

Государственный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах представляет собой комплекс средств измерений, предназначенных для воспроизведения, хранения единиц волнового сопротивления 50 Ом и 75 Ом в коаксиальных волноводах с диаметрами поперечного сечения 16,0/6,95 мм, 16,0/4,58 мм, 7,0/2,01 мм, 7,0/3,04 мм, 3,5/1,52 мм, 2,4/1,04

мм и 1,85/0,8 мм и передачи единиц волнового сопротивления и связанных с ней параметров – комплексного коэффициентаотражения(ККО), КСВНикомплексного коэффициента передачи (ККП) эталонам и средствам измерений.

Устройствавоспроизведенияединицыволновогосопротивленияпредставляютсобойкоаксиальныелиниис воздушным заполнением.

В основу метода передачи единицы положен метод сравнения входного сопротивления калибруемой меры( эталона) с волновым сопротивлением устройства воспроизведения. Определение входного сопротивления калибруемоймерыпроизводитсявдваэтапа. Напервом этапе единица воспроизводимая устройством воспроизведения передается компаратору (анализатору цепей) путем определения его параметров. На втором этапе измеряетсявходноесопротивлениекалибруемоймерыс внесением поправки, которая учитывает определенные на первом этапе параметры компаратора.

Эталонвоспроизводитединицуволновогосопротивления с номинальными значениями – 50 и 75 Ом.

Значение единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах воспроизводится в диапазоне частот, приведенных в таблице 1.

Рис. 1. Средства воспроизведения волнового сопротивления в коаксиальных волноводах с соединителями типов I, IX, III, II и IV

Рис. 2. Средства воспроизведения волнового сопротивления в коаксиальном волноводе с соединителем типа 1,85 mm.