4-4. ЦИФРОВОЙ МИКРОВАТТМЕТР С АДДИТИВНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ

При измерениях малых мощностей в высокоомных нагрузках методические погрешности измерений (§ 1-2) нередко становятся доминирующими, достигая 100% и более. Практическое использование микроваттметров в этих условиях возможно только при введении поправок, которые даются в виде таблиц, прилагаемых к приборам, и выбираются в зависимости от сочетания пределов измерения по току и напряжению.

Методы автоматического устранения вторых составляющих методической погрешности, согласно выражениям (1-29) и (1-30), исследованы [61, 70] при создании цифрового малокосинусного микроваттметра (рис. 4-5, а). Метод аддитивной коррекции погрешности состоит в выделении сигнала, пропорционального аддитивной или мультипликативной в данной точке характеристики погрешности корректируемого узла, и алгебраическом суммировании этого сигнала с сигналом, пропорциональным входной величине.

Ваттметр основан на сумма-разностном методе получения произведения с последовательным во времени формированием суммы и разности входных величин и использованием одного термоэлектрического квадратора.

Входные цепи прибора (рис. 4-5, а) включены таким образом, что через шунт протекают ток нагрузки и ток делителя напряжения влияние которого на результат измерения должно быть устранено. Измерение мощности в нагрузке производится в два такта. Положение коммутаторов на схеме соответствует первому такту, в ходе которого на согласующий усилитель подается напряжение, пропорциональное сумме напряжений на нагрузке и шунте,

где — составляющие напряжения вызванные токами соответственно.

В то же время на усилитель подается напряжение в результате чего на выходе сумматора возникает напряжение . Напряжение поступает в делитель с коэффициентом деления выходное напряжение которого Таким образом осуществляется выделение сигнала, пропорционального методической погрешности. Разность напряжений получаемая на выходе сумматора , в первом такте определяется только напряжением и током нагрузки:

Напряжение возводится в квадрат и преобразуется в частоту следования импульсов количество которых в течение времени фиксируется в реверсивном счетчике .

Рис. 4-5

Если узлы, расположенные в ваттметре до квадратора, на первом такте измерения характеризуются суммарным коэффициентом передачи мультипликативной погрешностью и аддитивной , а узлы, находящиеся за квадратором, — коэффициентом передачи с и погрешностями , то количество импульсов по окончании первого такта

На втором этапе измерения напряжение суммируется в сумматоре с удвоенным и инвертированным напряжением получаемым на выходе усилителя коэффициент усиления которого вдвое больше коэффициента усиления Одновременно в сумматор вводится инвертированное напряжение Напряжение на выходе сумматора при этом

Число импульсов, поступивших в счетчик в течение второго такта, с учетом того, что аддитивная погрешность узлов, расположенных до квадратора, изменилась в связи с введением и стала составит

Количество импульсов в счетчике, зафиксированное к концу второго такта,

Отсюда следует, что результат измерения свободен от погрешности, вызванной протеканием тока делителя через шунт, и от аддитивной погрешности узлов, расположенных после квадратора.

Схема устранения методической погрешности при включении входного делителя напряжения параллельно нагрузке и шунту соединенным последовательно, представлена на рис. 4-5, б. В этом случае напряжение на входе

Напряжение являющееся источником методической погрешности, выделяется усилителем и делителем коэффициент деления которого равен коэффициенту деления входного делителя:

Разность напряжений получаемая на выходе сумматора и равная в зависимости от такта преобразования суммируется в сумматоре с напряжением или получаемых с входа или выхода инвертора соответственно. При принятых обозначениях Напряжения на выходе сумматора в течение первого и второго тактов соответственно:

Дальнейшие преобразования напряжений проходят так же, как и в предыдущей схеме.

Основным достоинством рассмотренных ваттметров является устранение второй (см. § 1-2) составляющей методической погрешности, что не только исключает необходимость введения поправок, но и позволяет расширить частотный диапазон ваттметра и диапазон так как шунты могут быть сделаны более высокоомными, а входной делитель менее высокоомным, что ведет к уменьшению реактивности этих элементов. При этом возрастает первая составляющая методической погрешности, однако во многих случаях, когда сопротивление линии мало, ею можно пренебречь. Применение в ваттметре одного квадратора, последовательно во времени преобразующего сумму и разность входных величин, позволяет устранить только аддитивные погрешности последующих узлов и исключает погрешность от неидентичности квадраторов, которая имеет место при использовании двух квадраторов. Эффективность этого приема невелика, особенно если учесть, что он существенно увеличивает время измерения, составляющее 5 с при термоэлектрическом квадраторе.

Погрешность цифрового ваттметра с аддитивной коррекцией, разработанного в Киевском политехническом институте [61], в звуковом диапазоне частот составляет 0,5%. Пределы измерения по напряжению , по току .