Метрология и калибровка измерителя напряжения сети, Как калибровать измеритель сетевого напряжения? Опции

[SashaBe]

Здравствуйте.

Прошу подсказать способ и/или литературу, в которой он может быть описан для определения погрешности измерений.
Работаю над программным обеспечением измерителя переменного напряжения.

Вопросы знатокам метрологии:
Вопрос1. Какую погрешность вносит каждый из факторов описанных ниже в общую погрешность измерения напряжения?
Вопрос2. Какая потребуется калибровка, как её реализовать, чтобы точность измерения действующего напряжения была хотя бы в пределах вольта?


Разработчик железа заложил такую схему:
1. На вход подаётся переменное напряжение 220 В (есть линия фазы и нейтральная), отрицательная полуволна отрезается диодом
2. После фильтрации RC-фильтром напряжение попадает на делитель, состоящий из следующих резисторов: два последовательно соединенных резистора 255кОм, точка соединения с АЦП, 2 последовательно соединенных резистора 2,15кОм, общий провод. Точность всех резисторов 1%.
3. Встроенный 10битный АЦП мироконтроллера LPC13xx
4. Частота дискретизации составляет 2кГц
5. По измеренным значениям в разрядности double вычисляется среднеквадратичное значение напряжения (естественно по замерам попадающим на положительную полуволну).

Я так понимаю, что наибольшее влияние в аппаратной части оказывает разброс номиналов резисторов. Тогда если, например, на вход подать постоянное напряжение 100В или 200В, получить код АЦП и посчитать по нему реальное значение коэффициента делителя на резисторах, то потом достаточно будет его использовать в расчетах. Но такой подход мне самому кажется сомнительным. Да и где взять такое напряжение для калибровки (чтобы и точность была высокая, и пульсаций не было).

Если же использовать на этом делителе доступные напряжения порядка 24В, то при самых крайних разбросах номиналов резисторов разница будет в 1-2 дискрета АЦП, на уровне шумов.
Есть мысль параллельно с 255k+255k поставить небольшой резистор и с его помощью откалибровать прибор напряжением порядка 20В и как-то учесть при этом влияние бОльшего сопротивления. Можно ли сделать как-то так?

Также прошу оценить такую идею: если серии изготовления изделия будут небольшими, почему бы просто не измерять перед пайкой реальное сопротивление резисторов с помощью поверенного мультиметра (типа Agilent-a), и забивать их через программку в контроллер. Чем грозит такой способ? Насколько может влиять старение элементов?

Спасибо за терпение в прочтении этого сообщения, буду рад вашим ответам и рекомендациям.

Сообщение отредактировал SashaBe - May 20 2011, 05:09

[Ruslan1]

Отвечаю на первый вопрос. Максимальная вносимая погрешность каждым из факторов:

1. На вход подаётся переменное напряжение 220 В (есть линия фазы и нейтральная), отрицательная полуволна отрезается диодом

до 50.5% (50% потому что одна полуволна не рассматривается, плюс 0.5% потому что диод еще и от положительной полуволны оттяпает скажем 1Вольт)

2. После фильтрации RC-фильтром напряжение попадает на делитель, состоящий из следующих резисторов: два последовательно соединенных резистора 255кОм, точка соединения с АЦП, 2 последовательно соединенных резистора 2,15кОм, общий провод. Точность всех резисторов 1%.

количество резисторов * точность резисторов. В случае четырех 1%-резисторов это будет 4%

3. Встроенный 10битный АЦП мироконтроллера LPC13xx

0.1% если АЦП и его референс идеальны.

4. Частота дискретизации составляет 2кГц

Вот тут лениво считать. Поищите скорость нарастания синусоиды и представьте что вы пропустили максимум между двумя отчетами. сможете сами посчитать насколько измеренная величина отличается от теоретического максимума

5. По измеренным значениям в разрядности double вычисляется среднеквадратичное значение напряжения (естественно по замерам попадающим на положительную полуволну).

double он разный бывает, это только char у всех одинаковый.
на фоне остальных ужасов- пренебречь, то есть 0%.

Что с ним делать, с реальным сетевым напряжением?
Выпрямлять мостом, например, уже лучше?

Только разделить до подходящей величины и сразу в АЦП!
Никаких выпрямлений и прочей нелинейщины!

[SashaBe]

Только разделить до подходящей величины и сразу в АЦП!
Никаких выпрямлений и прочей нелинейщины!

Спасибо за развернутый ответ вам и всем ответившим!
Понял, что дизайн по моему описанию выглядит соверешенно несовместимым с понятием метрологии.

Выходит, что нужно использовать биполярное АЦП для измерения поделенного напряжения?

Вопрос ко всем:
Как решить задачу-минимум по калибровке: компенсирование разброса номиналов резисторов.

[Tanya]

Как решить задачу-минимум по калибровке: компенсирование разброса номиналов резисторов.

Для калибровки должен быть эталон. Нужно еще конструктивно обеспечить долговременную стабильность.

[SashaBe]

Для калибровки должен быть эталон. Нужно еще конструктивно обеспечить долговременную стабильность.

Раскажите пожалуйста, какого характера требуется эталон?

На ум приходит следующее:
- Точный вольтметр для входного напряжения? (померить и забить в программу)
- Точный омметр для резисторов? (померить резисторы перед установкой и забить в программу)
- Точный генератор тестового сигнала? (сгенерировать сигнал с известной характеристикой и ну вы поняли... =)

Как обеспечивается долговременная стабильность резистора? Что с ним вообще может происходить, окислится?

[xemul]

На ум приходит следующее:
- Точный вольтметр для входного напряжения? (померить и забить в программу)

Проще (для тех. процесса) сделать/купить образцовый источник классом точности на ступеньку выше требуемой, который не нужно измерять, а достаточно иногда поверять. Его напряжение и забить в программу калибровки.

- Точный омметр для резисторов? (померить резисторы перед установкой и забить в программу)

Не технологично и не решает всех проблем.

- Точный генератор тестового сигнала? (сгенерировать сигнал с известной характеристикой и ну вы поняли... =)

Изрядно дороже п.1.