Калибратор коэффициента гармоник: дополнительная погрешность из-за искажений в измерительном кабеле

Рассмотрена роль средств измерений эталонного уровня (рабочих эталонов 1-го и 2-го разрядов) в обеспечении единства измерений коэффициента гармоник, а именно передача единицы коэффициента гармоник от первичного эталона всем средствам измерений из огромного парка рабочих средств измерений. Требуется непрерывный поиск путей уменьшения погрешности этих средств измерений. Исследованы способы уменьшения одной из составляющих погрешности средств измерений эталонного уровня – дополнительной погрешности, вызванной искажениями в измерительном кабеле из-за рассогласования сопротивлений на выходе калибратора и входе измерителя. До недавнего времени влияние параметров измерительного кабеля на результаты измерений коэффициента гармоник считалось пренебрежимо малым, потому что средства измерений коэффициента гармоник работают на достаточно низких частотах (менее 1 МГц). Однако для современных средств измерений эталонного уровня такое влияние стало заметным, его необходимо исследовать. Показано, что для калибраторов с большим (600 Ом) выходным сопротивлением, значительно превышающим волновое сопротивление измерительного кабеля, дополнительная погрешность из-за искажений в измерительном кабеле может быть существенной. Выведена аналитическая зависимость указанной погрешности от параметров измерительного кабеля и сигнала калибратора, а также выходного сопротивления калибратора. Установлены условия, при которых данная дополнительная погрешность отсутствует или ей можно пренебречь ввиду малости. При поверках средств измерений коэффициента гармоник наиболее часто используют измерительный кабель длиной 1 м с волновым сопротивлением 50 Ом. Для кабеля с такими параметрами и разных значений выходного сопротивления калибратора теоретически рассчитана и экспериментально оценена указанная дополнительная погрешность. Для сигнала с частотой основной гармоники 200 кГц и равномерно уменьшающимся распределением уровней гармоник при выходном сопротивлении калибратора 600 Ом дополнительная абсолютная погрешность формирования коэффициента гармоник, равного 100 %, составляет 3 %. Применение заводской коррекции суммарной погрешности формирования коэффициента гармоник выпущенного калибратора позволяет уменьшить дополнительную погрешность только частично. Для существенной минимизации дополнительной погрешности применяемого калибратора необходимо использовать измерительный кабель из комплекта поставки калибратора либо кабель с идентичными параметрами. Экспериментальная оценка дополнительной погрешности хорошо согласуется с результатами её расчётов. Дополнительную абсолютную погрешность формирования коэффициента гармоник рекомендовано учитывать при разработке и поверке средств измерений коэффициента гармоник.

1. Безденежных С. В. Особенности метрологического обеспечения средств измерений коэффициента гармоник на цифровой основе // Альманах современной метрологии. 2019. № 2(18). С. 192–213. https://elibrary.ru/xurqqq

2. Брюханов Ю. А., Лукашевич Ю. А. Нелинейные искажения гармонических сигналов при квантовании // Радиотехника. 2009. № 10. С. 57–60.

3. Грицутенко C. C. Квантование синусоидальных сигналов // Вестник Ижевского государственного технического университета. 2010. № 4(48). С. 173–176. https://elibrary.ru/nbithv

4. Heaviside O., Electromagnetic theory, London, The Electrician Company, 1893, vol. 1, 466 p.

5. Харкевич А. А. Основы радиосвязи. 3-е изд., стер. М.: Физматлит, 2007. 512 с.

6. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. М.: Высшая школа, 1996, 638 с.

7. Улахович Д. А. Основы теории линейных электрических цепей. СПб.: БХВ-Петербург, 2009. 816 с.

8. David M., Pozar Microwave engineering, 4th ed., John Wiley&Sons Inc, USA, 2012, 736 p.

9. Кудинов И. В. Получение и исследование аналитического решения телеграфного уравнения для проводников с распределёнными параметрами // Вестник Самарского гос. тех. университета. Серия: Технические науки. 2017, № 1, С. 109–121. https://elibrary.ru/zfhsvn

10. Кокозова А. Ж. Практические приложения задачи телеграфного уравнения и методы их решения // Наука и новые технологии. 2014. № 7. С. 30–36. https://elibrary.ru/yrdthj

11. Якушев А. Я., Середа А. Г., Василенко М. Н., и др. Анализ электромагнитных процессов в однородной длинной линии // Электротехника. 2017. № 10. С. 23–28. https://elibrary.ru/wysfmw

12. Кожанов А. И., Сафиуллова Р. Р. Определение параметров в телеграфном уравнении // Уфимский математический журнал. 2017. Том 9. № 1. С. 63–74. https://elibrary.ru/ykvkmh

13. Платонов Ф. А., Ахромеева Е. О., Бабарыкин В. А., Пругло А. В., Безденежных С. В., Каминский О. В., Стальнова К. А. Государственный первичный эталон единицы коэффициента гармоник в диапазоне (0,001...100) % для сигналов с основной гармоникой в диапазоне частот (10...200000) Гц ГЭТ 188-2010 // Измерительная техника. 2016. № 3. С. 3–6. https://elibrary.ru/vxkphx

14. Белоруссов Н. И., Саакян А. Е., Яковлева А. И. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1988, 536 с.