Вдосконалення мір електрорушійної сили і сталої напруги та їх нормативної бази

Abstract

The dissertation is dedicated to solving the actual problems of development of standards and creation of legal standard acts in the sphere of measuring the unit of constant voltage, is Volt. Specially, the Dissertation is dedicated to increase of accrual and providing the stability of voltage measures based on saturated normal elements and realization of solid state microelectronic measures of constant voltage. To active the technical parameters of electromotive force measures which are provide their usage in the system of working standards the of active thermostating and schemes temperature compensation were investigated. The scheme of electromotive force measure is elaborated. The experimental sample of measure based on saturated normal elements is produced. The collation of elaborated measure with solid state voltage measures Fluke 732A and standard of constant voltage of Germany in federal Physical-technical institute (Braunschweig) was done in the international project UKR01/066 (30.06.2006). The to received results there of usage of the measure in the system of Volt working standards of first class is the possibility. It is suggested to substitute voltage measures on nonstaturated normal elements which are exploited for analogical soling state measures of constant voltage. For this there is elaborated, realized and investigated the microelectronic measure of constant voltage based on original schemes solution. On the base of done analysis of standard measures of voltage measures and results of investigation it is suggested to make changes and additions in the existent standard documents and to introduce new standard, the demands of which include all measures of electromotive force and constant voltage that are exploited in Ukraine. Диссертация посвящена решению актуальных проблем в сфере обеспечения единства измерений постоянного электрического напряжения путём совершенствования средств измерений, а также их нормативной и методической базы. В диссертации приведено решение научной задачи по усовершенствованию мер электродвижущей силы построенных на насыщенных нормальных элементах Вестона и микроэлектронных твердотельных мер постоянного напряжения, для их использования в системе рабочих эталонов Вольта. Произведён системный анализ всего парка эксплуатируемых в Украине мер и определены метрологические требования, предъявляемые к таким устройствам. В результате выполненных теоретических исследований и анализа основных принципов построения, разработана схема групповой меры электродвижущей силы, выходные параметры которой удовлетворяют условиям, предъявляемым к рабочим эталонам включительно с первым разрядом. Обеспечение необходимых выходных параметров достигнуто путём совмещения систем активной и пассивной температурной стабилизации. Теоретически обоснована зависимость выходного напряжения при изменениях рабочей температуры, а также изменении градиента температуры каждого отдельного нормального элемента групповой меры. Исследованы методы температурной компенсации выходного значения электродвижущей силы нормальных элементов, применение которых, при построении мер электродвижущей силы позволяет увеличить стабильность и точность их выходных параметров. При этом предложено компенсировать только значение линейной и квадратической составных значения электродвижущей силы вызванной изменением температуры. Разработана схема температурной компенсации с применением чувствительных микроэлектронных датчиков температуры, которые расположены в термостатированном объёме меры и на оболочке нормальных элементов. Для реализации групповой меры электродвижущей силы предложен конструктивный метод увеличения стойкости насыщенных нормальных элементов к механическим воздействиям предусматривающий фиксацию внутренних ингредиентов. Усовершенствована и внедрена групповая мера электродвижущей силы, которая обеспечивает метрологические характеристики соответствующие рабочему эталону первого разряда. Проведены исследования выходных параметров опытного образца и установлены зависимости изменения выходного напряжения от влияния температуры и механических воздействий в виде вибрации и единичных ударов.Разработана и экспериментально апробирована схема построения твёрдотельной микроэлектронной меры и исследованы опытные образцы МВ4700 и МВ4810, которые обеспечивают временную стабильность не более 100 мкВ в год, что даёт возможность полностью вывести из эксплуатации ненасыщенные нормальные элементы и при этом обеспечить более высокие метрологические характеристики. На основании результатов метрологических исследований опытных образцов разработаны проект национального стандарта на меры электродвижущей силы и постоянного напряжения. Внесены предложения к действующим нормативным документам, которые определяют унифицированные требования ко всем типам мер, а также методику их поверки и метрологической аттестации. Произведено сличение разработанной групповой меры электродвижущей силы с государственным эталоном Германии в физико-техническом институте РТВ г. Брауншвейг (Германия), в рамках международного проекта UKR01/066 от 30.06.2006 г. Полученные результаты подтвердили соответствие выходных параметров разработанной меры требованиям, предъявляемым к рабочим эталонам первого разряда, а также возможность её использования для построения эталонов других физических величин. Дисертацію присвячено вирішенню актуальних проблем розвитку еталонної бази та створення нормативно-правових актів у сфері вимірювання одиниці постійної напруги – Вольта, зокрема підвищенню точності та забезпеченню стабільності мір напруги побудованих на базі насичених нормальних елементів та реалізації твердотільних мікроелектронних мір сталої напруги. Для досягнення технічних параметрів мір електрорушійної сили, які забезпечують їх використання в системі робочих еталонів, досліджено схеми активного термостатування та схеми температурної компенсації. Розроблено схему та виготовлено дослідний взірець міри електрорушійної сили на базі насичених нормальних елементів. Проведено звіряння розробленої міри з твердотільними мірами напруги FLUKE 732А та еталоном сталої напруги Німеччини у федеральному фізико-технічному інституті РТВ м. Брауншвейг (в рамках міжнародного проекту UKR01/066 від 30.06.2006 р.). Отримані результати підтверджують можливість її використання в системі робочих еталонів Вольта першого розряду. Запропоновано провести заміну мір напруги, побудованих на ненасичених нормальних елементах, які зараз перебувають в експлуатації, на аналогічні твердотільні міри сталої напруги. Розроблено, реалізовано і досліджено мікроелектронну міру сталої напруги, метрологічні параметри якої дозволяють провести таку заміну. На основі проведеного аналізу нормативного забезпечення мір напруги та за результатами досліджень запропоновано внести зміни та доповнення до існуючих нормативних документів, а також запровадити новий стандарт, вимоги якого охоплюють усі типи мір електрорушійної сили і сталої напруги, що експлуатуються в Україні.