Добавил:

vv_sokol Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

422

Добавлен:

16.12.2021

Размер:

15.04 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 5253 / 9153 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 > Следующая >>>


			517


	Таблица 2. Неопределенности воспроизведения единицы угла фазового сдвига

	Стандартная неопределенность, º				Расширенная
				Суммарнаястандартная	Расширенная
Частота, МГц	оцениваемая	оцениваемая по типу А		Суммарнаястандартная	неопределенность,
Частота, МГц				неопределенность, º	неопределенность,
				неопределенность, º	U(0,99) (k = 3), º
	по типу В, º	при 10 наблюдениях, º			U(0,99) (k = 3), º
	по типу В, º	при 10 наблюдениях, º

От 0,1 до 1	0,0004	0,0015		0,0016	0,005

Св. 1 до 5	0,0004	0,0013		0,0014	0,004

Св. 5 до 10	0,0005	0,001		0,0011	0,003

Св. 10 до 20	0,001	0,002		0,0022	0,007

Св. 20 до 50	0,0019	0,003		0,0035	0,011

Св. 50 до 100	0,0030	0,004		0,0050	0,015

Таблица 3. Неопределенности передачи единицы мерам угла фазового сдвига с коаксиальными соединителями

Характеристика		Диаметр поперечного сечения коаксиальных волноводов, мм

	16,0/6,95	16,0/4,58	7,0/2,01	7,0/3,04	3,5/1,52	2,92/1,27	2,4/1,04	1,85/0,8
	16,0/6,95	16,0/4,58	7,0/2,01	7,0/3,04	3,5/1,52	2,92/1,27	2,4/1,04	1,85/0,8

Верхняя граница диа-	7	3	3	18	34	40	50	65
пазона частот, ГГц	7	3	3	18	34	40	50	65
пазона частот, ГГц

Типы поддерживаемых	II	VIII	N 75	III, N	IX;	2,92 мм	I,	1,85 мм
соединителей	II	VIII	N 75	III, N	3,5 мм	2,92 мм	2,4 мм	1,85 мм

Расширенная неопре-
деленность передачи
УФС, U(0,95) для	0,4	0,4	0,4	0,4	0,6	1,0	1,0	1,5
мер с ослаблением от
0 до 3 дБ, °

Расширенная неопре-
деленность передачи
УФС, U(0,95) для мер с	0,6	0,6	0,6	0,8	1,0	2,0	2,0	3,8
ослаблением свыше 3
до 50 дБ, °

Таблица 4. Неопределенности передачи единицы мерам угла фазового сдвига с соединителями в виде фланцев прямоугольных волноводов

Поперечное сечение	Диапазон		Расширенная неопределенность	Расширенная неопределенность
Поперечное сечение	Диапазон		передачи УФС, U(0,95) для мер	передачи УФС, U(0,95) для мер
волноводов, мм	частот, ГГц		передачи УФС, U(0,95) для мер	передачи УФС, U(0,95) для мер
волноводов, мм	частот, ГГц		с ослаблением от 0 до 3 дБ, °	с ослаблением свыше 3 до 50 дБ, °
			с ослаблением от 0 до 3 дБ, °	с ослаблением свыше 3 до 50 дБ, °

72×34	От 2,59 до 3,94		0,4	0,6

58×25	От 3,20 до 4,80		0,4	0,6

48×24	От 3,94 до 5,64		0,4	0,6

40×20	От 4,80 до 6,85		0,4	0,6

35×15	От 5,64 до 8,24		0,4	0,6

28,5×12,6	От 6,85 до 9,93		0,4	0,6

23×10	От 8,24 до 12,05		0,4	0,6

16×8	От 12,05	до 17,44	0,5	1,0

11×5,5	От 17,44	до 25,95	0,5	1,0

7,2×3,4	От 25,95	до 37,50	0,7	1,5

518

Таблица 5. Неопределенности измерения комплексных коэффициентов отражения и комплексных коэффициентов передачи мер с соединителями в виде фланцев прямоугольных волноводов

Поперечное	Диапазон		Расширенная неопределенность	Расширенная неопределенность
сечение	Диапазон		измерения мер ККО (мнимая и	измерения мер ККП (мнимая и
сечение	частот, ГГц		измерения мер ККО (мнимая и	измерения мер ККП (мнимая и
волновода, мм	частот, ГГц		действительные части), U(0,95)	действительные части), U(0,95)
волновода, мм			действительные части), U(0,95)	действительные части), U(0,95)

72×34	От 2,59 до 3,94

58×25	От 3,20	до 4,80

48×24	От 3,94	до 5,64	0,002–0,025	0,00003–0,007

40×20	От 4,80	до 6,85
40×20	От 4,80	до 6,85

35×15	От 5,64	до 8,24

28,5×12,6	От 6,85	до 9,93

23×10	От 8,24 до 12,05
			0,003–0,026	0,00004–0,007
16×8	От 12,05 до		0,003–0,026	0,00004–0,007
	От 12,05 до
	17,44
	17,44

11×5,5	От 17,44 до
11×5,5	25,95		0,004–0,03	0,00005–0,01
	25,95

7,2×3,4	От 25,95	до 37,50

Диапазон значений УФС между двумя электриче-	телями в виде фланцев прямоугольных волноводов для
скими сигналами, воспроизводимымми эталоном, со-	уровня доверия 0,95, U(0,95) приведены в таблице 5.
ставляет от 0 до 360°.	Государственный первичный эталон ГЭТ 207-2013
Государственный первичный эталон обеспечи-	обеспечивает метрологическую поддержку создания
вает воспроизведение единицы УФС между двумя	нового поколения высокоточных помехозащищенных
электрическими сигналами в диапазоне частот от 0,1 до	радиолокационныхсредств, втомчислерадиолокацион-
100 МГц с метрологическими характеристиками, при-	ных станций с твердотельными активными фазирован-
веденными в таблицах 1, 2.	нымирешетками, образцовэлектроннойаппаратурыдля
Расширенная неопределенность передачи единицы	авиационной и ракетно-космической техники, средств
УФСэталонам(калибраторамфазы) дляуровнядоверия	активнойинформационнойзащитыназемных, морских,
0,99, U(0,99) в диапазоне частот от 0,1 до 100 МГц со-	воздушных и космических объектов.
ставляет от 0,0035 до 0,03°.	Потребителями метрологических услуг непосред-
Расширенная неопределенность передачи единицы	ственно от эталона являются региональные метрологи-
УФС эталонам (фазовращателям) для уровня доверия	ческие центры, включая центр Министерства обороны,
0,99, U(0,99) в диапазоне частот от 10 МГц до 65 ГГц	а также метрологические службы промышленных
составляет от 0,01 до 1,4°.	предприятий и научно-исследовательских институтов
Расширенные неопределенности передачи единицы	Министерства промышленности и торговли, Федераль-
УФСэталонам(мерамкомплексногокоэффициентапере-	ного космического агентства и других ведомств, служб
дачи), высокоточным СВЧ элементам с нормируемыми	и агентств.
метрологическими характеристиками с коаксиальными	Передача единицы угла фазового сдвига от госу-
соединителями и с соединителями в виде фланцев пря-	дарственного первичного эталона ГЭТ 207-2013 ре-
моугольныхволноводовдляуровнядоверия0,95, U(0,95)	гламентирована государственной поверочной схемой
приведены в таблицах 3, 4.	для средств измерений угла фазового сдвига между
Расширенные неопределенности измерения ККО и	двумя электрическими сигналами в диапазоне частот от
ККП (мнимая и действительные части) мер с соедини-	0,1 МГц до 65 ГГц.

В.И. Евграфов, А.В. Конышев, Н.В. Конышев

519

4.15.18. Государственный первичный специальный эталон единицы электрического напряжения в диапазоне частот

3·107–2·109 Гц

В территориальных органах Ростехрегулирования	Передача единицы переменного электрического
и метрологических службах юридических лиц имеет-	напряжения регламентирована государственной по-
ся более 100 рабочих эталонов 1-го разряда и свыше	верочной схемой [1], во главе которой находятся два
1000 рабочих эталонов 2-го разряда, в качестве которых	государственныхпервичныхспециальныхэталона, один
применяютсявысокоточныевольтметрыВ3-49, В3-63, а	из которых ГЭТ 27-2009 рассматривается далее.
такжеустановкидляповеркивольтметровВ1-16, В1-29 и
В1-15, калибраторыН5-3. Регулярнопроводятсяиспыта-	Предыстория создания эталона
ниясцельюутверждениятипавновьразработанныхСИ	Предыстория создания эталона
электрическогонапряженияииспытаниянасоответствие
утвержденному типу выпускаемых СИ электрического	Рассматривая предысторию создания эталона,
напряжения. Государственная метрологическая служба	следует отметить, что работы в области создания
имеет необходимое число аттестованных поверителей	высокочастотных СИ переменного электрического
по данному виду измерений.	напряжения и их метрологического обеспечения были
Запоследниегодыотечественнойпромышленностью	начатыв1948 г., когдавоВНИИМим. Д.И. Менделеева
разработаныиподготовленыксерийномупроизводству	быласозданарадиотехническая лаборатория подруко-
высокоточные СИ переменного электрического напря-	водством Б.Е. Рабиновича. Основным направлением
жения – вольтметры высокочастотные В7-83 и ВК3-78,	деятельности лаборатории стала разработка точных
ВК3-78А, калибраторы Н5-5 (с диапазоном частот до	методов и эталонной аппаратуры для метрологиче-
2000 МГц), Н5-6, Н5-6/1, отвечающие требованиям,	ского обеспечения средств измерений электрического
предъявляемымкрабочимэталонам1-гои2-горазрядов.	напряжения, мощности и их отношений при высоких
В2014 г. успешнопрошелиспытаниядляцелейутверж-	частотах [2]. Это было необходимо в связи с быстрым
дениятипавторичныйэталонпеременногонапряжения.	развитиемвпослевоенныегодытакихважнейшихобла-
Прошли испытания и разрешены к применению в РФ	стейрадиотехники, какрадиолокация, радионавигация,
высокостабильныезарубежныеСИ– вольтметрыURV-5	дальняя и космическая связь, радиоастрономия, меди-
и URV-55 фирмы Rohde & Schwarz.	цинское приборостроение, вычислительная техника,

Рис. 1. Обобщенная структура государственного первичного специального эталона

1 – высокостабильный программируемый источник переменного напряжения на диапазон частот от 3·107 до 2·109 Гц; 2 – набор фильтров на диапазон частот 3·107–2·109 Гц;

3 – эталонный терморезисторный преобразователь из состава эталона; 4 – двойной терморезисторный мост постоянного тока МТР-6;

5 – цифровой вольтметр постоянного напряжения;

6 – вольтметр-компаратор или поверяемое СИ; 7 – ПЭВМ; 8 – мера постоянного напряжения на 1 и 10 В

520

										Таблица 1

Напряже-	Вид по-				Значение погрешности при частоте, Гц
ние, В	грешности		3·107	1·108	3·108	5·108	1·109	1,5·109		2·109
10	S	0	2·10-4	2·10-4	2·10-4	2·10-4	3·10-4		__
		0
	Θ	0	1·10-3	1·10-3	1·10-3	2·10-3	3·10-3
3	S	0	1·10-4	1·10-4	2·10-4	2·10-4	3·10-4	5·10-4		1·10-3
		0
	Θ	0	7·10-4	7·10-4	1·10-3	2·10-3	3·10-3	4·10-3		7·10-3
		0
1	S	0	5·10-5	5·10-5	7·10-5	1·10-4	2·10-4	3·10-4		5·10-4
		0
	Θ	0	3·10-4	4·10-4	5·10-4	1·10-3	2·10-3	3·10-3		5·10-3
		0
0,3	S	0	1·10-4	1·10-4	2·10-4	3·10-4	3·10-4	5·10-4		7·10-4
	Θ	0	7·10-4	8·10-4	1·10-3	1,5·10-3	3·10-3	3,5·10-3		6·10-3
		0
0,1	S	0	2·10-4	2·10-4	3·10-4	5·10-4	5·10-4	7·10-4		1·10-3
		0
	Θ	0	2·10-3	2·10-3	2,5·10-3	3·10-3	3,5·10-3	4,5·10-3		7·10-3
		0

								Таблица 2

Напря-			Значение неопределенности при частоте, Гц
жение,	Вид неопределенности
жение,	Вид неопределенности	3·107	1·108	3·108	5·108	1·109	1,5·109		2·109
В		3·107	1·108	3·108	5·108	1·109	1,5·109		2·109

10	Стандартная, по типу А	2·10-4	2·10-4	2·10-4	2·10-4	3·10-4
	Стандартная, по типу В	6·10-4	6·10-4	6·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3	__
	Суммарная	6,3·10-4	6,3·10-4	6,3·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3	__
	Суммарная	6,3·10-4	6,3·10-4	6,3·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3
	Расширенная при коэффициенте	1,3·10-3	1,3·10-3	1,3·10-3	2,4·10-3	3,4·10-3
	охвата К=2
3	Стандартная, по типу А	1·10-4	1·10-4	2·10-4	2·10-4	3·10-4	5·10-4		1·10-3
	Стандартная, по типу В	4·10-4	4·10-4	6·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3	2,3·10-3		4·10-3
	Суммарная	4,1·10-4	4,1·10-4	6,3·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3	2,4·10-3		4,1·10-
									3

	Расширенная при коэффициенте	8,2·10-4	8,2·10-4	1,3·10-3	2,4·10-3	3,4·10-3	4,8·10-3		8,2·10-
	охвата К=2								3
									3

1	Стандартная, по типу А	5·10-5	5·10-5	7·10-5	1·10-4	2·10-4	3·10-4		5·10-4
	Стандартная, по типу В	1,7·10-4	2,3·10-4	3·10-4	6·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3		3·10-3
	Суммарная	1,8·10-4	2,4·10-4	3,1·10-4	6,1·10-4	1,2·10-3	1,7·10-3		3·10-3
	Расширенная при коэффициенте	3,6·10-4	4,8·10-4	6,2·10-4	1,2·10-3	2,4·10-3	3,4·10-3		6·10-3
	охвата К=2

0,3	Стандартная, по типу А	1·10-4	1·10-4	2·10-4	3·10-4	3·10-4	5·10-4		7·10-4
	Стандартная, по типу В	4·10-4	5·10-4	6·10-4	9·10-4	1,7·10-3	2·10-3		3,5·10-
									3

	Суммарная	4,1·10-4	5,1·10-4	6,3·10-4	9,5·10-4	1,7·10-3	2,1·10-3		3,6·10-
									3

	Расширенная при коэффициенте	8,2·10-4	1·10-3	1,3·10-3	1,9·10-3	3,4·10-3	4,2·10-3		7,2·10-
	охвата К=2								3
									3

0,1	Стандартная, по типу А	2·10-4	2·10-4	3·10-4	5·10-4	5·10-4	7·10-4		1·10-3
	Стандартная, по типу В	1,2·10-3	1,2·10-3	1,4·10-3	1,7·10-3	2·10-3	2,6·10-3		4·10-3
	Суммарная	1,2·10-3	1,2·10-3	1,4·10-3	1,7·10-3	2·10-3	2,7·10-3		4·10-3
	Расширенная при коэффициенте	2,4·10-3	2,4·10-3	2,8·10-3	3,4·10-3	4·10-3	5,4·10-3		8,2·10-
	охвата К=2								3
									3

521

производство электронных вакуумных и полупроводниковых приборов и т. д. Уже к середине 60-х гг. прошлого столетия в стране был создан широкий парк высокоточных диодных компенсационных вольтметров и калибраторов напряжения на диапазон частот до 1000–1500 МГц, а в 1973 г. был введен в действие государственный специальный эталон единицы переменного высокочастотного напряжения и утвержден государственный стандарт на государственную поверочную схему для СИ электрического напряжения в диапазоне частот 100–1500 МГц.

Результаты работ в этой области измерений нашли развитие в трудах отечественных метрологов Б.Е. Рабиновича, А.М. Федорова и зарубежных метрологов М. Селби, Д. Яника, Л. Грно.

Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования по совершенствованию государственного специального эталона были направлены на улучшение его метрологических характеристик. Результатом этих работ стало утверждение в 1982 г. Государственного специального эталона единицы электрического напряжения – вольта – ГЭТ 27-82. Дальнейшие работы по совершенствованию эталона, расширению его диапазона напряжений и повышению точности проводились сотрудниками ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, В.В. Крестовским, Г.П. Телитченко, В.И. Шевцовым, Д.А. Свирским, В.Э. Ловцюсом.

Результатом этих работ явилось создание эталона вольта нового поколения ГЭТ 27-2009, обобщенная структура построения которого приведена на рисунке.

Воснову работы эталона положен метод одновременного сравнения среднеквадратического значения переменного напряжения с значением постоянного напряжения, измеряемымвольтметромпостоянногонапряжения. Вольтметр постоянного напряжения, в свою очередь, получает единицу напряжения от входящей в составэталонамерыпостоянногонапряжения– рабочего эталона 2-го разряда по ГОСТ 8.027-2001.

Вкачестве преобразователя в состав эталона включена группа из четырех эталонных терморезисторных преобразователей, обеспечивающих передачу единицы напряжения СИ с различными диаметрами пробников (20, 12 и9 мм). Вкачестветерморезистороввпреобразователяхпримененынитевидныеплатиновыеболометры, разработанные во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. Эталонныйтерморезисторныйпреобразовательвключается

водноизплечмостапостоянноготокасавтоматическим уравновешиванием.

Вэталоне предусмотрен автоматизированный режимвоспроизведенияединицыэлектрическогонапряже-

нияU~ иеепередачисприменениемПЭВМ, работающей по разработанной программе в диалоговом режиме.

Передача единицы вторичным эталонам в зависимости от принципа их построения осуществляется методом прямых измерений либо с использованием компаратора– высокоточногоэлектронноговольтметра, входящего в состав эталона.

Внешнийвидгосударственногопервичногоспециального эталона приведен на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид государственного первичного специального эталона

Диапазонвоспроизводимыхзначенийнапряжениясоставляетот0,1 до1 В. Расширениедиапазонанапряжений до 10 В обеспечивается с помощью вольтметра-компа- ратора из состава эталона. Значения оценки среднего квадратического отклонения результата измерений S0 и неисключенной систематической погрешности Θ0 эталона ГЭТ 27-2009 приведены в таблице 1. В таблице 2 данызначениянеопределенностирезультатаизмерений. В указанных таблицах даны фиксированные значения частотинапряжений, прикоторыхвсоответствиисдействующиминормативнымидокументамиосуществляется передача единицы напряжения вторичным и рабочим эталонам. ПринеобходимостизначенияΘ0 винтервалах междусоседнимичастотамиопределяютпутемлинейной интерполяции.

Международные сличения

Чтобы подтвердить заявленные метрологические характеристики государственного эталона, ВНИИМ принял участие в международных ключевых сличениях с национальными эталонами ведущих стран в данной областиизмерений. Изнаиболееважныхмеждународных сличений, проведенныхзавесьпериодметрологической эксплуатации эталона до настоящего времени, следует считатьсличениясучастиемАвстралии, Англии, США, Германии, Венгрии, а также международные сличения ССЕМ.RF-К4.СL. Результатызавершенныхмеждународ- ныхсличенийССЕМ.RF-К4.СL подтвердилизаявленные метрологические характеристики ГЭТ 27-2009.

Литература

1.ГОСТ Р 8.648-2008. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений переменного электрического напряжения до 1000 В в диапазоне частот от 1·10-2 до 2·109 Гц.

2.Рабинович Б.Е. Точные измерения мощности и напряжения при высоких частотах // Труды институтов Го-

скомитета. 1965. Вып. 76 (136). С. 19.

В.В. Крестовский

522

4.15.19. Государственный первичный специальный эталон единицы электрического напряжения в диапазоне частот 10–3·107 Гц ГЭТ 89-2008

Измерение переменного и постоянного напряже-	ные в начале ХХ века. Они обеспечивали погрешность
ний – наиболее распространенный вид электрических	0,1–0,2% нанизкихчастотах40–60 Гцииспользовались
измерений. Переменноеэлектрическоенапряжениевдиа-	как образцовые средства измерений вплоть до 40-х гг.
пазонечастот10 Гц– 30 МГцявляетсяоднойизнаиболее	прошлого века.
распространенныхфизическихвеличин, используемыхв	Дальнейшие требования к расширению частотного
современных промышленных энергетических установ-	диапазона и повышению точности измерений привели
ках, вметаллургии, химии, радиовещании, телевидении,	к применению в качестве компараторов термоэлектри-
радиосвязи, приборостроении. Парк средств измерений	ческих преобразователей напряжения. Авторами работ
(СИ) переменного напряжения превышает 100 млн. эк-	по их применению в 50-е гг. прошлого столетия были
земпляровивключаетсамыеразнообразные, от«грубых»	советский ученый К.П. Широков и зарубежный ученый
щитовыхприборовдопрецизионныхвольтметров, кали-	Ф.Л. Хэрмах. В 60-е гг. эти работы получили широкое
браторов, измерительныхпреобразователей. Послепро-	развитиевтрудахсоветскихметрологовТ.Б. Рождествен-
веденияиспытанийдляутверждениятипанавнутренний	ской, А.Я. Безикович, Д.И. Зорина и зарубежных иссле-
рынокпоступаютимпортныеприборы. Разрабатываются	дователейЕ.С. Вильямса, Ф.С. Виддиса, Ф.Л. Вилкинса.
и осваиваются отечественной промышленностью высо-	Впервые работы по созданию государственного
коточныеСИ: калибраторы-вольтметры, измерительные	эталона переменного электрического напряжения (ГЭТ
преобразователи, что, соответственно, обуславливает	89) были выполнены в период с 1968 по 1975 гг. под
необходимость совершенствования государственного	руководством Т.Б. Рождественской, и она же стала его
специальногоэталона. Актуальнойзадачейсегодняшнего	первым ученым-хранителем [1]. Одновременно была
дняявляетсяподтверждениеэквивалентностиосновных	разработана поверочная схема для средств измерений
национальных эталонов, к которым относится и госу-	переменного напряжения (ГОСТ 8.184-76). Эталон был
дарственный специальный первичный эталон единицы	утвержден со следующими метрологическими характе-
переменного электрического напряжения.	ристиками: диапазон напряжений (0,1–10) В; диапазон
В настоящее время на территории России функцио-	частот (20–3·107) Гц; оценка среднего квадратического
нируют пять вторичных эталонов, принадлежащих	отклонения (СКО) результата измерений 5·10–6–5·10–5;
федеральным государственным учреждениям: «РосТест-	неисключенная систематическая погрешность (НСП)
Москва», «ТЕСТ-СПб», «Нижегородский ЦСМ», «Тест-	1·10–5–3·10–4.
Татарстан», «Краснодарский ЦСМ». В территориальных	Дальнейшие работы по совершенствованию эталона,
органахРостехрегулированияиметрологическихслужбах	расширению его диапазона напряжений и частот, повы-
юридических лиц находятся в эксплуатации образцовые	шению точности проводились сотрудниками ВНИИМ
средства измерений (рабочие эталоны) 1-го и 2-го разря-	Р.Ф. Акнаевым, В.М. Байковым, Г.П. Телитченко, В.Э. Лов-
дов, в качестве которых используются термоэлектриче-	цюсом, В.И. Шевцовым. Результатом этих работ явилось
ские преобразователи типов ПНТЭ-6А, ПНТЭ-12, ПН-1,	создание эталона вольта нового поколения ГЭТ 89-2008,
КПП-1, В9-14, В9-25, В9-26, ПНТЭ-35. В2014 г. успешно	обобщенная структурная схема которого приведена на
завершены испытания для целей утверждения типа пре-	рис. 1, а его внешний вид – на рис. 2.
цизионных преобразователей переменного напряжения	Вэталоневоспроизведениеединицыэлектрического
ПНТЭ-36, которыемогутэксплуатироватьсякаквсоставе	напряжения – вольта – в диапазоне частот (10–3·107) Гц
вторичныхэталонов, такивсоставеэталонов1-горазряда.	основанонаметодеразновременногосравнениясредне-
Для метрологического обеспечения указанных средств	квадратическогозначенияпеременногонапряженияспо-
измерений служит Государственный первичный специ-	стояннымнапряжениемспомощьютермоэлектрического
альный эталон единицы электрического напряжения –	преобразователя. Термоэлектрический преобразователь
вольта – в диапазоне частот 10–3·107 Гц (ГЭТ 89-2008).	напряжения (ТПН) представляет собой устройство, со-
	стоящее из двух основных частей: нагревателя, выпол-
Предыстория создания эталона	ненноговвиденитиилипластины, которыйнагревается
	током, создаваемымприложеннымкТПНнапряжением,
	и термопары или нескольких термопар, измеряющих
Электрические измерения вышли на передовые	температуру нагревателя. Вследствие инерционности
позиции в начале ХХ столетия, и именно тогда были	нагревателя значение термоэлектродвижущей силы е на
начаты работы по воспроизведению значения перемен-	выходе термопары прямо пропорционально активной
ного напряжения. При этом с самого начала они были	мощности Р, выделяемой в нагревателе:
направленынаразработкуметодасравненияизмеряемого	е=кР,
значенияпеременногонапряжениясизвестнымзначени-	гдек– коэффициент, зависящийотконструкцииТПН.
емпостоянногонапряжения. Дляэтогонадобылонайти	На переменном токе значение активной мощности
такое устройство, которое одинаково реагировало бы на	определяется из выражения:
переменноеипостоянноенапряжение. Первымитакими		rэ
устройствами– компараторами– явилисьэлектростати-				2
	P~ =			U~ ,
ческие и электродинамические механизмы, разработан-		Z	2

523

Таблица 1

Диапазон частот, Гц		10–1·105	1·105–3·107
Диапазон выходного напряжения, В		0,1–1000	0,1–30

Число независимых измерений		20	20

СКО результата измерений S	0	3·10-7–5·10-6	5·10-6–5·10-5
	0
НСП Θ0		1·10-6–3·10-5	3·10-5–3·10-4
СКО результата измерений при передаче размера		1·10-6	– 1·10-4
единицы Sε0		1·10-6	– 1·10-4
единицы Sε0
Стандартная неопределенность, оцененная по		3·10-7–5·10-6	5·10-6–5·10-5
типу А		3·10-7–5·10-6	5·10-6–5·10-5
типу А

Стандартная неопределенность, оцененная по		6·10-7–1,7·10–5	1,7·10-5–1,7·10-4
типу В		6·10-7–1,7·10–5	1,7·10-5–1,7·10-4
типу В

Суммарная неопределенность		6,7·10-7–1,8·10-5	1,8·10-5–1,8·10-4
Расширенная неопределенность при коэффициен-		1,3·10-6–3,6·10-5	3,6·10-5–3,6·10-4
те охвата k = 2		1,3·10-6–3,6·10-5	3,6·10-5–3,6·10-4
те охвата k = 2

Рис. 1. Обобщенная структура государственного первичного специального эталона ГЭТ 89-2008.

1 – программируемые высокостабильные источники постоянного и переменного напряжений на диапазоны частот 10–1·105 Гц до 1000 В и 1·105–3·107 Гц до 30 В; 2 – прецизионный вольтметр постоянного напряжения с диапазоном измерений до 1000 В; 3 – поверяемое СИ; 4 – симметричный высокочастотный тройник из набора тройниковых соединителей на разные типы электрических соединителей; 5 – эталонный термоэлектрический преобразователь из наборов эталонных термоэлектрических преобразователей; 6 – мера постоянного напряжения на 1 и 10 В; 7 – двухканальный нановольтметр; 8 – ПЭВМ

524

Рис. 2. Внешний вид эталона ГЭТ 89-2008

где Ζ – модуль полного сопротивления нагревателя;

rэ – эквивалентное активное сопротивление нагревателя;

U~ – действующеезначениепеременногонапряжения. Значение активной мощности на постоянном токе

определяется из выражения:

= U02 ,

P0 r

гдеU0 – напряжениепостоянноготоканавходеТПН; r – сопротивление нагревателя на постоянном токе. Приравенствемощностей, выделяемыхвнагревателе

напеременномипостоянномтоке, P~ = P0, значениепере-
менногонапряженияравно U~ =U0	Z	иприΖ = rэr
	r r
	э

среднеквадратическоезначениевоспроизводимогопеременногонапряженияU~ равнозначениюпостоянногонапряженияU0, котороеизмеряетсясредствамиизмерений напряжения постоянного тока с высокой точностью. С цельюисключениявлиянияэффектовПельтьеиТомсона в цепи нагревателя на результат измерения постоянное напряжение на вход ТПН подается дважды: вначале положительной полярности U+, а затем отрицательной полярности U-. Воспроизводимое переменное напряжение U~ рассчитывается по среднему значению этих двух напряжений постоянного тока

U0 = U+ + U− . 2

Погрешностьвоспроизведениясреднеквадратического значения переменного напряжения, рассчитываемая

по формуле γ = U0 − U~ , определяется погрешностью

сравнения переменного и постоянного напряжений (погрешностью компарирования) и погрешностью средств

измерений постоянного напряжения γ =γк +γ 0 .

Всоставэталонавходитследующийкомплекссредств измерений:

– набор ТПН с добавочными резисторами для диа- пазоновчастот(10–1·105) Гцинапряжений(0,1–1000) В.

ОпорныйэталонныйТПНсноминальным напряжением 1 Всостоитизчетыреходнотипныхэталонныхпреобразователей, применяемых как одно целое для повышения точности и надежности эталона [2]. В них термоэлементами служат ТПН типа ТЭМ-6М, разработанные во ВНИИМиотличающиесяотиспользуемыхранееТЭМ-6 более высокой стабильностью и меньшей частотной погрешностью благодаря изготовлению по усовершенствованной технологии;

– набор высокочастотных ТПН для диапазона частот (1·105–3·107) Гц и напряжений (0,1–30) В. Опорный эталонный ТПН с номинальным напряжением 1 В состоитиздвух однотипных эталонных преобразователей. В них в качестве термоэлементов используются ТПН типовТЭВ-3 иТЭВ-4, также разработанные воВНИИМ иобеспечивающиемалуючастотнуюпогрешностьвдиапазоне частот 100 кГц – 30 МГц вследствие применения нагревателя из литого микропровода.

В состав эталона, кроме того, входят меры постоянногонапряжения1 и10 В, двухканальныйнановольтметр постоянного напряжения для измерения термоЭДС на выходетермоэлектрических преобразователей напряжения, прецизионныйвольтметрпостоянногонапряженияв диапазоне(10–1000) В, электронно-счетныйчастотомер, высокостабильные программируемые источники постоянного и переменного напряжений.

Основные составляющие погрешности, вносимой опорными ТПН, обусловлены влиянием эффектов Пельтье и Томсона; постоянной времени в области низких частот (ниже 100 Гц); поверхностного эффекта

внагревателе и токоподводах; реактивных параметров нагревателяитокоподводов; переходногосопротивления

вэлектрических соединителях и тройниках; нестабильности выходной термоЭДС в процессе измерения.

Наивысшая точность измерения среднеквадратического значения переменного напряжения реализуется в диапазоне частот 20 Гц – 5(10) кГц. В этом диапазоне частот наибольший вклад в суммарную погрешность опорногоТПНвносятпервыедвесоставляющие, которые

525

впервые были определены экспериментально на уровне (3–5)·10-7. Для этого был разработан программно управляемый комплекс аппаратуры, обеспечивающий воспроизведение значения постоянного напряжения 1 В и равного ему по действующему значению переменного напряжения [3]. При частотах более 100 кГц снижение влиянияповерхностногоэффектаиреактивныхпараметров нагревателя достигнуто благодаря изготовлению нагревателяизлитогомикропроводаивыборуоптимального значения его сопротивления.

Единица, воспроизводимая Государственным этало- номГЭТ89-2008, согласованасединицей, воспроизводи- мойГосударственнымпервичнымэталономГЭТ13-2001 [4], вкоторомреализованквантовыйэффектДжозефсона с применением мер постоянного напряжения 1 и 10 В с нестабильностью не более 3·10-7 за 30 сут.

Метрологическиехарактеристикиэталонаприведены в таблице.

Международные сличения

Заявленные метрологические характеристики Государственного эталона подтверждены международными ключевыми сличениями:

при частотах 10 Гц – 1 МГц и уровне напряжения 3 В, шифр ССЕМ-k6.а;

при частотах 1–100 кГц и уровнях напряжений 500, 1000 В, шифр ССЕМ-k9;

при частотах 1–50 (100) МГц и уровне напряжения 3 В, шифр ССЕМ-k6.с;

при частотах 1 кГц – 1 МГц и уровнях напряжений

10 и 100 мВ, шифр ССЕМ-k11.

Результаты проведенных международных сличений подтвердили, что государственный эталон ГЭТ 89-2008 находится на уровне национальных эталонов ведущих мировых метрологических центров.

ПередачаединицыотГосударственногоэталонаГЭТ 89-2008 нижестоящим средствам измерений осуществляетсявсоответствиисдействующейгосударственной поверочной схемой [5].

Литература

1.Рождественская Т.Б., Акнаев Р.Ф., Галахова О.П. //

Измерительная техника. 1976. № 3. С. 44; Rozhdestvenskaya T.B., Aknaev R.F., Galakhova O.P. // Measurement Techniques. 1976. Vol. 19. № 3. P. 387.

2.ГОСТ8.057-80. Государственнаясистемаобеспечения единства измерений. Эталоны. Основные положения.

3.Klonz M. еt аl. // IEEE Trans. Instrum. and Measur. 1995. Vol. 44. № 2. P. 379.

4.ГОСТ 8.027-2001. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений постоянного электрического напряжения и электродвижущей силы.

5.ГОСТ Р 8.648-2008. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений переменного электрического

напряжениядо1000 Ввдиапазонечастотот1·10-2 до2·109 Гц.

Г.П. Телитченко, В.И. Шевцов

4.15.20. Государственный первичный специальный эталон единицы электрического напряжения постоянного тока – вольта – в диапазоне ± (1–500) кВ ГЭТ 181-2010

Историческая справка (история развития
вида измерений)
Вся электроэнергетика и начиналась с постоянного
тока: один из первых электрогенераторов, созданный
русским ученым Борисом Якоби, работал на постоян-
ном токе. Первая электростанция в мире, созданная по
проекту Томаса Эдисона в Нью-Йорке в 1882 г., была
основана на постоянном токе.
Первая в России электростанция на генераторах
постоянного тока – Георгиевская также несколько лет
спустя была построена в Москве.
Сегодня, из числа построенных в России, функцио-
нирует передача электроэнергии на постоянном токе
(ППТ) «Волгоград– Донбасс», построеннаяещев1962–
1965 гг., на напряжение ± 400 кВ, мощностью 720 МВт,
протяженность линии 470 км.
Выборгскаявыпрямительно-инверторнаяподстанция
(ВИП) электропередачи 330/400 кВ «Россия – Финлян-
дия», которая по суммарной установленной мощности
в настоящее время является самой большой в мире.
Мощность всей линии после ввода в 2000 г. 4-го блока	Рис. 1. Источник напряжения
достигла 1400 МВт.	постоянного тока

526

Рис. 2. Пульт управления источником напряжения			Рис. 4. Низковольтный
	постоянного тока	измерительно-стабилизирующий блок

Рис. 3. Высоковольтный	Рис. 5. Дифференциальный измеритель
дифференциальный блок	ДВИНА-100

Принцип действия

В основу работы ГЭТ 181-2010 положен метод измерения, основанный на компенсации большей части измеряемого напряжения (Uи) с помощью высоковольтной дифференциальной меры напряжения, обеспечивающей дифференциальное напряжение Uдиф, с последующим измерением разностного превышения напряжения U :

Uи = Uдиф + U .

Метрологические и технические характеристики, состав эталона

Диапазон измерения единицы электрического напряжения постоянного тока – ± (1…500) кВ.

Оценка случайной погрешности воспроизведения единиц:

S0(U) ≤ 2,20E-05.

Оценка неисключенной систематической погрешности воспроизведения единиц:

Θ0 ≤ 2,25E-05.

Непрерывнуюработуэталонаобеспечиваеткомплекс измерительных средств, входящих в его состав:

–источник напряжения постоянного тока;

–высоковольтный дифференциальный блок;

–низковольтный измерительно-стабилизирующий

блок;

–цифровой вольтметр постоянного тока;

–персональный компьютер;

–ПО.

Назначение и область применения

ГЭТ 181-2010 распространяется на области науки и техники, гденаходитприменениевысоковольтнаятехника. НаибольшуювостребованностькаквРоссии, такиза рубежом в основном определяют следующие направления: электротехническая и кабельная промышленности (испытательные лаборатории для проверки прочности изоляции), приборостроение (высоковольтные измерители), электроэнергетика(передачаиучетэлектрической

<<< < Предыдущая 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 5253 / 9153 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Метрология и стандартизация

#
16.12.202115.04 Mб422Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 1 (Okrepilov) 2015.pdf
#
16.12.202116.67 Mб304Rossiyskaya metrologicheskaya entsiklopediya. Tom 2 (Okrepilov) 2015.pdf