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

[Пушкарев Михаил]

Здравствуйте.

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?

Не озвучено главное - диапазон измеряемого напряжения и требования к точности. Что на выходе RC-фильтра? Возможно его постоянная времени настолько велика, что на выходе постоянное напряжение. Тогда многие из выше приведенных рекомендаций не годятся.

[SashaBe]

Не озвучено главное - диапазон измеряемого напряжения и требования к точности. Что на выходе RC-фильтра? Возможно его постоянная времени настолько велика, что на выходе постоянное напряжение. Тогда многие из выше приведенных рекомендаций не годятся.

Значение действующего напряжение на входе от 0 до 280В, надо будет реагировать на провалы ниже порога и перенапряжение выше соотв. порога.
Требования к точности: хотя бы в пределах 5 В действующего напряжения. Лучше - 1В.
Если я совсем не разучился рассчитывать частоту среза RC-фильтра, то здесь она составляет 219 Гц. Я ещё не видел, во что превратится сигнал на осциллографе. Подскажите, к чему готовиться.

Наконец смог прицепить кусок схемы и вспомнить, что RC-фильтр стоит после делителя.

Попробуйте подойти революционно: взять внешний АЦП. Аргументация: у вас функция измерения есть основная функция прибора, не стоить реализовывать ее по остаточному принципу, как можно дешевле, то есть на встроенном в контроллер АЦП.

Спасибо за ответ.
Пока остановимся на том, что главная функция - контролировать от перенапряжения и провалов, и опустим планку требований к точности до 5В действующего напряжения.

Сообщение отредактировал SashaBe - May 20 2011, 14:37

[Пушкарев Михаил]

Значение действующего напряжение на входе от 0 до 280В, надо будет реагировать на провалы ниже порога и перенапряжение выше соотв. порога.
Требования к точности: хотя бы в пределах 5 В действующего напряжения. Лучше - 1В.
Если я совсем не разучился рассчитывать частоту среза RC-фильтра, то здесь она составляет 219 Гц. Я ещё не видел, во что превратится сигнал на осциллографе. Подскажите, к чему готовиться.

Увидите примерно это. А зачем измерять сетевое напряжение в таких пределах, или это что-то иное?

[SashaBe]

Увидите примерно это. А зачем измерять сетевое напряжение в таких пределах, или это что-то иное?

Прибор должен реагировать на перенапряжение или провал напряжения выше/ниже определенных пользователем порогов.
При этом, например, он должен будет отключить чувствительную нагрузку, но при этом продолжать журналировать событие в виде: время, величина отклонения, продолжительность.

[xemul]

Прибор должен реагировать на перенапряжение или провал напряжения выше/ниже определенных пользователем порогов.

Для этого достаточно двух (программных) компараторов. И если не вглядываться в туман про чувствительную нагрузку, то окажется, что действующее значение напряжения считать не нужно.
(если нагрузка до такой степени чувствительна, то ей нужно делать свой питатель)

При этом, например, он должен будет отключить чувствительную нагрузку, но при этом продолжать журналировать событие в виде: время, величина отклонения, продолжительность.

Могу предположить, что разработчик схемотехники не предполагал необходимость журналирования величины отклонения и полагал достаточным фиксировать только наличие оного. При такой постановке задачи становятся
- понятной цепочка на входе АЦП;
- непонятными Ваши мучения.

[SashaBe]

Для этого достаточно двух (программных) компараторов. И если не вглядываться в туман про чувствительную нагрузку, то окажется, что действующее значение напряжения считать не нужно.
(если нагрузка до такой степени чувствительна, то ей нужно делать свой питатель)

Могу предположить, что разработчик схемотехники не предполагал необходимость журналирования величины отклонения и полагал достаточным фиксировать только наличие оного. При такой постановке задачи становятся
- понятной цепочка на входе АЦП;
- непонятными Ваши мучения.

Благодарю за ответ!
Всё таки в задании на ПО есть необходимость фиксировать продолжительность и величину отклонения
(например, в виде записи: Перенапряжение: макс:278В/15сек.)

Если допустить, что журналируется только факт наличия отклонения, разве это отменяет точное измерение величины напряжения?
По-моему это необходимо для упомянутых Вами программных компараторов, а значит и не должно представлять проблемы записывать макс. значение в журнал.

Автору.
1. Вы пожалуйста определитесь какое напряжение вам надо мерять действующее или пиковое, от этого зависит схемотехника.
2. Если Вы пишите что вам надо что-то отключать, то неплохо бы было указать время реакции схемы на опасное изменение напряжения, от этого тоже зависит схемотехника.
3. Известен ли тип и характер нагрузки, если она постянная то это упрощает решение задачи

Спасибо за вопросы. Уточняю:
1. и пиковое и RMS
2. Необходимо настраивать время реакции начиная от 100 мс
3. Нагрузка индуктивная: двигатель.

[Voblin]

Спасибо за вопросы. Уточняю:
1. и пиковое и RMS
2. Необходимо настраивать время реакции начиная от 100 мс
3. Нагрузка индуктивная: двигатель.

Если двигатель асинхронник, то он можно считать не искажает форму напряжения и можно считать что на входе синусоида, тогда делаем программный пиковый детектор, т.е. определяем максимум напряжения, если напряжение грязное, т.е. имеет какие-то короткие всплески большого напряжения, то надо определится нужно на них реагировать или нет, и соответственно или отрабатывать их, либо сделать простенький цифровой фильтр по длительности выброса и игнорировать их. Действуюцее значение определяется в самом простом случае Uпиковое/(2^(1/2)) (вобщем делим на корень из 2). более точно: надо определить коэффициент передачи делитея с фильтром (если надо то с учётом его изменения от температуры) умножить на него измеренное напряжение и прибавить падение на диоде (если надо то с учётом его изменения от температуры)

И ваш фильтр должен пропускать провалы начиная от 100 мс т.к. если он их зафильтрует то вы их не заметите, но зато чем больше постоянная времени фильтра тем лучше он зафильтровывает помехи (тут есть небольшое противоречие).