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 сигналу 
вилучається перша гармоніка, і середньоквадратичне значення (СКЗ) напруги вищих гармонік 
компарується 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 .
|