Ключові слова
admittance
standard
quadrature bridge
error correction
iterative method імпеданс
адмітанс
еталон
квадратурний міст
корекція похибок
ітераційний метод
Як цитувати
Анотація
Статтю присвячено вирішенню проблеми визначення метрологічних характеристик еталонів електричної ємності на промисловій частоті. Відмічена перспективність вимірювань з застосуванням квадратурного моста змінного струму для визначення параметрів імпедансу еталонів електричної ємності на промисловій частоті шляхом порівняння з параметрами еталонів активного опору. Показано перевагу застосування при цьому індикатора нерівноваги моста з високим вхідним опором, що полягає у можливості зменшення впливу вищих гармонік напруг живлення. Проведено аналіз відомого методу порівняння імпедансу еталонів зі зменшенням похибок, обумовлених відхиленням параметрів генераторів квадратурного моста від розрахункових. Показано, що відомий метод забезпечує достатню компенсацію таких похибок лише за малих значеннях цих відхилень та в малому діапазоні різниць порівнюваних імпедансів. Відомий метод удосконалено шляхом використання ітераційного алгоритму під час обробки результатів вимірювальних перетворень для визначення дійсного відхилення відношення імпедансів порівнюваних еталонів від номінального значення. Наведено математичні вирази для розрахунку вимірюваної величини. Проведено розрахунки складових похибки визначення вимірюваної величини для різних значень відхилень напруг генераторів. Обчислення проводилися для двох варіантів реалізації варіації напруги генератора: мультиплікативної варіації амплітуди напруги та адитивної варіації фази напруги. Розроблений варіант методу вимірювання дає змогу знизити вказані похибки до необхідних рівнів за мале число кроків ітерації – в переважній більшості випадків достатньо двох кроків. Його застосування дає можливість отримати високі метрологічні характеристики квадратурних мостів змінного струму для порівняння імпедансів еталонів ємності і активного опору в ширшому діапазоні порівнюваних величин і за досить великих різницях напруги генераторів, що дає змогу спростити апаратуру приладів. Бібл. 18, рис. 1, табл. 1.
Посилання
Norms of electrical equipment testing. SOU-Н ЕЕ 20.302:2020. Ministry of Energy and Environmental Protection of Ukraine. PAT Matsionalna energetychna kompania Ukrenergo, 2020. 238 p. (Ukr)
Mosty peremennogo toka vysokovoltnye avtomaticheskie SA7100. Rukovodstvo po ekspluatatsii. Kyiv: OOO Oltest, 2020. 132 p. URL: https://oltest.com.ua/wp-content/uploads/2021/08/10-KE-CA7100-ua.pdf (accessed at 05.08.2023). (Rus)
Tangens 3М. Avtomaticheskaia ustanovka dlia izmerenia tangensa ugla dielektricheskikh poter izolatsionnogo masla. Kharakteristiki. OOO Kharkovenergopribor. URL: https://kep.ua/ru-ru/tan-delta-tester/tangens-3m#spec (accessed at 05.08.2023). (Rus)
State verification schedule for means of measuring of the electrical capacitance and dissipation factor. State Standard of Ukraine 4064-2001: Metrology. Kyiv: Derzhstandart Ukraine, 2002. 11 p. (Ukr)
Zakhidprylad. Kataloh vyrobiv. Mira oporu R4016. Tekhnichni kharakterystyky. URL: https://zapadpribor.com/ua/r4016/ (accessed at 05.08.2023). (Ukr)
Velichko O., Shevkun S., Dombrovskyi M., Dovhan V. Interlaboratory comparisons of calibration results for electrical capacity measures and inductance measures. Measurements infrastructure. 2022. Vol. 4. Pp. 1-5. DOI: https://doi.org/10.33955/v4[2022]-021.
Inglis A.D., Wood B.M., Cote M., Young R.B., Early M.D. Direct determination of capacitance standards using a quadrature bridge and a pair of quantized Hall resistors. Conference Digest Conference on Precision Electromagnetic Measurements. Ottawa, ON, Canada, 16-21 June 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/CPEM.2002.1034812.
Nakamura Y., Nakanishi M., Sakamoto Y., Endo T. Development and uncertainty estimation of bridges for the link between capacitance and the QHR at 1 kHz., Conference on Precision Electromagnetic Measurements CPEM 2000. Sydney, NSW, Australia, 14-19 May 2000. DOI: https://doi.org/10.1109/CPEM.2000.851060.
Chua S.W., Kibble B.P., Hartland A. Comparison of Capacitance with AC Quantized Hall Resistance. Conference on Precision Electromagnetic Measurements. Washington DC, USA, 06 August 2002. DOI: https://doi.org/10.1109/CPEM.1998.699981.
Lan J., Zhang Z., Li Z., He Q., Zhao J. A digital compensation bridge for R-C comparisons. Metrologia. 2012. Vol. 49. Pp. 266-272. DOI: https://doi.org/10.1088/0026-1394/49/3/266.
Schurr J., Bürkel V., Kibble B.P. Realizing the farad from two ac quantum Hall resistances. Metrologia. 2009. Vol. 46. Pp. 619-628. DOI: https://doi.org/10.1088/0026-1394/46/6/003.
Bauer S., Behr R., Hagen T., Kieler O., Lee J., Palafox L., Schurr J. A novel two-terminal-pair pulse-driven Josephson impedance bridge linking a 10 nF capacitance standard to the quantized Hall resistance. Metrologia. 2017. Vol. 54. Pp. 152-160. DOI: https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa5ba8.
Trinchera B., Callegaro L., D'Elia V. Quadrature Bridge for R-C Comparisons based on Polyphase Digital Synthesis. IEEE Instrumentation & Measurement Technology Conference. IMTC 2007. Warsaw, Poland, 01-03 May 2007. DOI: https://doi.org/10.1109/IMTC.2007.379013.
Raouf M., Helmy A., Kim K.-T., Kim M.-S. Measurement of capacitance and resistance using two perfectly synchronized voltage sources. Measurement. 2015. Vol. 60. Pp. 174-177. DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2014.10.011.
Surdu M.N., Lameko A.L., Karpov I.V., Kinard J., Koffman A. Theoretical basic of variotional quadrature AC bridges. Measurement Techniques. 2006. No 10. Pp. 58-64. DOI: https://doi.org/10.1007/s11018-006-0234-1.
Surdu M., Lameko,A., Surdu D., Kursin S. Wide frequency range quadrature bridge comparator. 16th International Congress of Metrology. Paris, France. October 2013. DOI: https://doi.org/10.1051/metrology/201311014.
Kibble B.P., Rayner G.H. Coaxial A.C. bridges. Bristol: Pdam Hilder Ltd., 1984. 203 p.
Bronshtein I.N., Semendiaiev K.A. Spravochnik po matematike dlia inzhenerov i uchashchikhsia vtusov. Moskva: Nauka, 1981. 720 p.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2024 Array