RU2698526C1 - Method for measuring current pulse charging - Google Patents
Method for measuring current pulse charging Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698526C1 RU2698526C1 RU2018131679A RU2018131679A RU2698526C1 RU 2698526 C1 RU2698526 C1 RU 2698526C1 RU 2018131679 A RU2018131679 A RU 2018131679A RU 2018131679 A RU2018131679 A RU 2018131679A RU 2698526 C1 RU2698526 C1 RU 2698526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charge
- value
- current pulses
- current
- comparison device
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R22/00—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters
- G01R22/06—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods
- G01R22/10—Arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. electricity meters by electronic methods using digital techniques
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения заряда импульсов тока.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the charge of current pulses.
Известны способы измерения заряда импульсов тока, основанные на измерении амплитуды импульсов напряжения и емкости конденсатора (например, ГОСТ 20074-83 «Электрооборудование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов»). Заряд q будет определяться выражениемKnown methods for measuring the charge of current pulses based on measuring the amplitude of the voltage pulses and capacitance of the capacitor (for example, GOST 20074-83 "Electrical equipment and electrical installations. Method for measuring the characteristics of partial discharges"). The charge q will be determined by the expression
где: С - емкость конденсатора;where: C is the capacitance of the capacitor;
U - напряжение генератора импульсов.U is the voltage of the pulse generator.
Однако этот способ не обеспечивает необходимой точности измерения значения заряда импульса тока. Особенно в случаях, когда величина емкости составляет единицы пикофарад, а напряжения - доли вольта.However, this method does not provide the necessary accuracy of measuring the value of the charge of the current pulse. Especially in cases where the capacitance is a few picofarads, and the voltage is a fraction of a volt.
Известен способ измерения заряда, основанный на интегрировании напряжения на резисторе при протекании по нему импульса тока, наиболее близкий по технической сущности (Международный стандарт МЭК 60270 Методы высоковольтных испытаний. Измерение частичных разрядов; ГОСТ Р 55191-2012 Методы испытаний высоким напряжением. Измерения частичных разрядов).A known method of measuring charge, based on the integration of the voltage across the resistor when a current pulse flows through it, is the closest in technical essence (International Standard IEC 60270 Methods for high-voltage tests. Measurement of partial discharges; GOST R 55191-2012 Test methods for high voltage. Measurements of partial discharges) .
При использовании аналогового интегратора значение заряда q будет определяться выражением:When using an analog integrator, the value of charge q will be determined by the expression:
где: i(t) - импульс тока;where: i (t) is the current pulse;
R - сопротивление нагрузочного резистора;R is the resistance of the load resistor;
- импульс напряжения, снимаемый с нагрузочного резистора. Погрешность определения величины заряда будет складываться из погрешностей интегрирования импульса напряжения и резистора нагрузки генератора импульсов. При малых величинах длительности импульсов (10-20 нс) и зарядов (10 и менее пКл) погрешность определения заряда может составить 5-10 и более процентов. - voltage pulse removed from the load resistor. The error in determining the value of the charge will consist of the errors of integration of the voltage pulse and the load resistor of the pulse generator. At small values of the pulse duration (10–20 ns) and charges (10 or less pC), the error in determining the charge can be 5–10 or more percent.
При цифровом интегрировании, в частности при использовании цифровых осциллографов, величина заряда может быть определена по формуле (3)With digital integration, in particular when using digital oscilloscopes, the charge value can be determined by the formula (3)
где: Ui - мгновенные значения отсчетов напряжения;where: U i - instantaneous values of voltage samples;
Δτ - временной интервал дискретизации - интервал времени, через который задают отсчеты.Δ τ - sampling time interval - the time interval through which the samples are set.
Временной интервал дискретизации может быть определен, какThe sampling time interval can be defined as
где: Kτ - коэффициент развертки осциллографа;where: K τ is the sweep coefficient of the oscilloscope;
N - число делений развертки осциллографа;N is the number of divisions of the sweep of the oscilloscope;
n - число дискретных отсчетов Ui.n is the number of discrete samples U i .
Погрешность в этом случае будет складываться из погрешности измерения мгновенных значений напряжения, погрешности временного интервала дискретизации и погрешности значения резистора.The error in this case will consist of the error in measuring the instantaneous voltage values, the error in the sampling time interval, and the error in the resistor value.
Погрешность измерения амплитудных параметров сигналов, определяемая погрешностью коэффициента вертикального отклонения, может составить величины от ± 0,5% (например, для осциллографа TELEDYNE LECROY HDO 4054) до ± 3% (например, для осциллографа АКИП-4122/4).The error in measuring the amplitude parameters of the signals, determined by the error in the coefficient of vertical deviation, can range from ± 0.5% (for example, for the TELEDYNE LECROY HDO 4054 oscilloscope) to ± 3% (for example, for the AKIP-4122/4 oscilloscope).
Погрешность временного интервала дискретизации, определяемая погрешностью коэффициента развертки горизонтального отклонения, может составить от (например, для осциллографа TELEDYNE LECROY HDO 4054) до ± 0,01% (например, для осциллографа АКИП-4122/4).The error of the sampling time interval, determined by the error of the horizontal sweep coefficient, can be from (e.g., for the TELEDYNE LECROY HDO 4054 oscilloscope) up to ± 0.01% (e.g., for the AKIP-4122/4 oscilloscope).
Погрешность сопротивления нагрузочного резистора R в диапазоне частот до нескольких десятков мегагерц может составить величину порядка 0,1-0,5%.The error in the resistance of the load resistor R in the frequency range up to several tens of megahertz can be about 0.1-0.5%.
Таким образом, и в этом случае погрешность определения значений заряда может оказаться недопустимо большой величиной.Thus, in this case too, the error in determining the charge values may turn out to be an unacceptably large value.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерения заряда импульсов.The aim of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measuring the charge of pulses.
Достигается названная цель тем, что в предлагаемом способе измерения заряда импульсов тока, основанном на сравнении измеряемых сигналов и получаемых от эталона при поочередном их подключении к устройству сравнения, в качестве эталона используют источник постоянного тока, при подключении к устройству сравнения генератора измеряемых импульсов тока определяют и запоминают значение интеграла по времени и временной интервал дискретизации, при подключении к устройству сравнения источника постоянного тока определяют и запоминают интеграл постоянного тока при том же значении интервала дискретизации, путем изменения числа дискретных отсчетов и величины силы постоянного тока добиваются равенства показаний устройства сравнения при подключении к устройству сравнения - осциллографу генератора измеряемых импульсов тока и источника постоянного тока, а значение заряда импульсов тока находят как произведение силы постоянного тока, числа дискретных значений и значения интервала дискретизации.This goal is achieved by the fact that in the proposed method for measuring the charge of current pulses, based on a comparison of the measured signals and received from the standard when they are alternately connected to the comparison device, a direct current source is used as a reference, when connected to the comparison device of the generator of the measured current pulses are determined and remember the value of the integral over time and the sampling time interval; when connected to a comparator of a direct current source, the integ direct current at the same value of the sampling interval, by changing the number of discrete samples and the magnitude of the direct current, achieve the equality of the readings of the comparator when connected to the comparator — the oscilloscope of the generator of the measured current pulses and the direct current source, and find the charge value of the current pulses as the product of the constant current, number of discrete values and values of a sampling interval.
Действие предлагаемого способа может быть пояснено с помощью рисунка фиг. 1. На рисунке обозначено: 1 - генератор импульсов тока; 2 - эталонный источник постоянного тока; 3 - нагрузочный резистор; 4 - устройство сравнения; 5 - цифровой осциллограф; 6 - компьютер, (т.е., 3, 5 и 6 образуют устройство сравнения 4); 7 - переключатель; 7.1 - положение переключателя «генератор импульсов-включено»; 7.2 - положение переключателя «эталон-включено».The action of the proposed method can be explained using the figure of FIG. 1. The figure indicates: 1 - current pulse generator; 2 - reference source of direct current; 3 - load resistor; 4 - a comparison device; 5 - digital oscilloscope; 6 - computer, (i.e., 3, 5 and 6 form a comparison device 4); 7 - switch; 7.1 - the position of the switch "pulse generator is on"; 7.2 - the position of the switch "standard-enabled".
Пусть переключатель 7 находится в положение 7.1. В этом случае ко входу устройства сравнения 4 подключен генератор 1 измеряемых импульсов тока. Ток генератора, протекая по нагрузочному резистору 3 создает на нем падение напряжения . Это напряжение поступает на вход осциллографа 5. В осциллографе происходит усиление электрического сигнала и преобразование его в цифровую форму. При этом сигнал будет подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню и представлен в виде последовательности дискретных значений Ui, отстоящих друг от друга на временной интервал . Полученные данные далее поступают в компьютер, где происходит вычисление в соответствии с выражением (2) значения заряда импульсов тока генератора 1. Значения Kτ и KU запоминают. При этом изображение импульса тока устанавливают, по возможности, на большей части экрана, а коэффициент развертки и коэффициент вертикального отклонения не изменяют.Let switch 7 be in position 7.1. In this case, the
Далее переключатель 7 устанавливают в положение 7.2. В этом случае ко входу устройства сравнения 4 оказывается подключен эталонный источник постоянного тока. Постоянный ток, протекая через резистор 3, создает на нем падение напряжения UЭ которое поступает на тот же вход осциллографа 5. Напряжение, поступившее на вход осциллографа 5, подвергают такому же преобразованию: дискретизации по времени и квантованию по уровню. Полученные данные поступают в компьютер 6, где происходит их обработка в соответствии с выражением (3)Next, the
где: UЭ - значение напряжения, снимаемое с резистора R, при подключении ко входу устройства сравнения эталонного источника постоянного тока;where: U E is the voltage value taken from the resistor R, when connected to the input of the comparison device of the reference DC source;
nЭ - число дискретных значений при подключении эталонного источника постоянного тока.n e - the number of discrete values when connecting a reference DC source.
Поскольку величина IЭ постоянная, выражение (4) может быть представлено в видеInsofar as the value of I e constant, expression (4) can be represented as
Т.е., значение эталонного заряда находят как произведение величины силы постоянного тока, числа дискретных значений и величины интервала дискретизации.That is, the value of the reference charge is found as the product of the magnitude of the DC current, the number of discrete values and the value of the sampling interval.
Изменением числа дискретных значений и величины силы постоянного тока добиваются равенства отсчетов устройства сравнения при поочередном подключении к его входу генератора импульсов тока и эталонного источника постоянного тока. По достижении равенства отсчетов при подключении импульсов тока и постоянного тока q=qЭ фиксируют измеряемое значение заряда импульса токаBy changing the number of discrete values and the magnitude of the DC current, equal readings of the comparison device are achieved by alternately connecting a current pulse generator and a reference DC source to its input. Upon reaching equality of counts when connecting the current pulse and DC q = q E fixed measured value of the charge current pulse
Возможна реализация способа при одновременном, но противофазном подключении к устройству сравнения генератора измеряемых импульсов тока и эталонного источника постоянного тока - рисунок фиг. 2. При этом задают временные пределы интегрирования, равные, но не более длительности импульсов тока по основанию. Выбор пределов интегрирования может быть осуществлен с помощью курсоров. Затем определяют разность интегралов по времени. Изменением силы постоянного тока добиваются нулевого показания устройства сравнения, а величину заряда импульсов тока определяют как произведение значения силы постоянного тока, количества дискретных значений силы постоянного тока и величины интервала дискретизации.It is possible to implement the method with simultaneous but antiphase connection to the device of comparison of the generator of the measured current pulses and the reference source of direct current - figure FIG. 2. At the same time, the integration time limits are set equal to, but not more than, the duration of the current pulses at the base. The integration limits can be selected using cursors. Then determine the difference of the integrals over time. By changing the direct current strength, a zero reading of the comparison device is achieved, and the charge value of the current pulses is defined as the product of the direct current strength, the number of discrete values of the direct current strength and the value of the sampling interval.
Погрешность определения заряда импульса тока δq в соответствии с выражением (3) будет складываться из погрешностей резистора δR, временных δτ и амплитудных параметров осциллографа - коэффициентов вертикального отклонения KU а и коэффициента развертки Kτ., соответственно. Полагая источники погрешностей независимыми и не учитывая влияния помех, получим оценку для относительной погрешности измеренияThe error in determining the current pulse charge δ q in accordance with expression (3) will be the sum of the errors of the resistor δ R , time δ τ and amplitude oscilloscope parameters — vertical deviation coefficients K U a and sweep coefficient K τ. , respectively. Assuming the sources of errors to be independent and not taking into account the influence of interference, we obtain an estimate for the relative measurement error
При этом примем, что число N делений развертки осциллографа и число n дискретных значений Ui могут быть определены с пренебрежимо малой погрешностью.Moreover, we assume that the number N of divisions of the sweep of the oscilloscope and the number n of discrete values of U i can be determined with a negligible error.
При измерении заряда по предлагаемому способу - выражение (7) погрешность определения заряда δq будет складываться из погрешностей задания эталонного тока - δI и временных параметров осциллографа δτ. Также, как и в первом случае, будем считать, что число n отсчетов дискретных значений IЭ могут быть определены с пренебрежимо малой погрешностью. Полагая источники погрешностей независимыми и не учитывая влияния помех, получим оценку для относительной погрешности калибровки:When measuring the charge by the proposed method - expression (7), the error in determining the charge δ q will be the sum of the errors in setting the reference current - δ I and the time parameters of the oscilloscope δ τ . Also, as in the first case, we assume that the number n of samples of discrete values I E can be determined with a negligible error. Assuming the sources of errors to be independent and not taking into account the influence of interference, we obtain an estimate for the relative calibration error:
Сравнение выражений (7) и (8) показывает, что при использовании предлагаемого способа измерения заряда отпадает необходимость учета погрешности резистора. Вследствие этого и достигается технический эффект, а именно, снижение погрешности, вносимой в результат измерений.A comparison of expressions (7) and (8) shows that when using the proposed method of measuring charge there is no need to take into account the error of the resistor. As a result of this, a technical effect is achieved, namely, a decrease in the error introduced into the measurement result.
Необходимо отметить, что систематическая составляющая погрешности измерения заряда по предлагаемому способу дополнительно становится меньше за счет того, что погрешность задания постоянного тока может быть существенно меньше погрешности измерения мгновенных значений напряжения, создаваемого протеканием измеряемого заряда импульса тока по нагрузочному резистору. Так, погрешность измерения амплитудных параметров сигналов, определяемая погрешностью коэффициента вертикального отклонения, может составить величину от ± 0,5% (например, для не самого худшего по своим параметрам осциллографа TELEDYNE LECROY HDO 4054). В то же время, погрешность задания значения постоянного тока не самым лучшим по своим параметрам калибратора Н4-7 может составить величину порядка . Т.е., величину, существенно меньшую.It should be noted that the systematic component of the error in measuring the charge by the proposed method additionally becomes smaller due to the fact that the error in setting the direct current can be significantly less than the error in measuring the instantaneous voltage values created by the flow of the measured charge of the current pulse through the load resistor. So, the error in measuring the amplitude parameters of the signals, determined by the error in the coefficient of vertical deviation, can be from ± 0.5% (for example, for the TELEDYNE LECROY HDO 4054 oscilloscope, which is not the worst in its parameters). At the same time, the error in setting the direct current value not the best in its parameters of the H4-7 calibrator can be of the order of . That is, a value significantly less.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет уменьшить величину погрешности измерения заряда импульсов тока.Thus, the proposed method allows to reduce the magnitude of the error in measuring the charge of current pulses.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018131679A RU2698526C1 (en) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | Method for measuring current pulse charging |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018131679A RU2698526C1 (en) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | Method for measuring current pulse charging |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2698526C1 true RU2698526C1 (en) | 2019-08-28 |
Family
ID=67851563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018131679A RU2698526C1 (en) | 2018-09-03 | 2018-09-03 | Method for measuring current pulse charging |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698526C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6193873B1 (en) * | 1999-06-15 | 2001-02-27 | Lifescan, Inc. | Sample detection to initiate timing of an electrochemical assay |
RU2222025C2 (en) * | 1998-09-10 | 2004-01-20 | Гезелльшафт Фюр Шверионенфоршунг Мбх | Device and method of conversion of flux of charge carriers to frequency signal |
RU2251740C2 (en) * | 2000-11-06 | 2005-05-10 | Инфинеон Текнолоджиз Аг | Method for controlling phases of charge and discharge of support capacitor |
-
2018
- 2018-09-03 RU RU2018131679A patent/RU2698526C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2222025C2 (en) * | 1998-09-10 | 2004-01-20 | Гезелльшафт Фюр Шверионенфоршунг Мбх | Device and method of conversion of flux of charge carriers to frequency signal |
US6193873B1 (en) * | 1999-06-15 | 2001-02-27 | Lifescan, Inc. | Sample detection to initiate timing of an electrochemical assay |
RU2251740C2 (en) * | 2000-11-06 | 2005-05-10 | Инфинеон Текнолоджиз Аг | Method for controlling phases of charge and discharge of support capacitor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ГОСТ Р ЕН 1434-1-2006. * |
МЭК 60270 "ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИСПЫТАНИЙ - ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТИЧНЫХ РАЗРЯДОВ", Издание третье 2000-12. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Verspecht | Broadband sampling oscilloscope characterization with the" Nose-to-Nose" calibration procedure: a theoretical and practical analysis | |
US10079610B2 (en) | Built-in self-test for ADC | |
RU2700368C1 (en) | Method for determining technical state of a digital transformer based on parameters of partial discharges in insulation | |
Nikjoo et al. | Dielectric response measurement by impulse stimulus on AC: measurement considerations, and laboratory testing on a bushing | |
US5790480A (en) | Delta-T measurement circuit | |
Havunen et al. | Application of charge-sensitive preamplifier for the calibration of partial discharge calibrators below 1 pC | |
RU2698526C1 (en) | Method for measuring current pulse charging | |
Starkloff et al. | The AC quantum voltmeter used for AC current calibrations | |
Prochazka et al. | Verification of partial discharge calibrators | |
Konjevod et al. | The AC amplitude measurement characteristics of high-resolution digitizers based on calibration with thermal voltage converter and swerlein algorithm | |
Ahlers et al. | Programmable digital two-channel function generator for testing power meters | |
Salinas et al. | Study of Keysight 3458A temperature coefficient for different aperture times in DCV sampling mode | |
RU2471197C2 (en) | Bridge measuring device for measuring parameters of two-terminal devices | |
Mihai | Statistical tools for analysis of the performance of a high resistance measurement bridge | |
Procházka et al. | Validation of partial discharge calibrators for small charge rates | |
RU2461010C1 (en) | Bridge circuit for measuring parameters of two-terminal devices | |
RU150413U1 (en) | ADDITION TO DIGITAL VOLTMETER FOR MEASURING CURRENT FEMTOAMPER RANGE | |
JP2011185884A (en) | Method and apparatus for measuring dc bias-capacitance characteristic | |
Bergsten et al. | Determining voltage dependence of the phase response in voltage dividers | |
RU2532695C1 (en) | Bridge measuring device of parameters of bipoles | |
Li et al. | The voltage and time parameter measurement uncertainties of a large damped capacitor divider due to its non-ideal step response | |
RU2229141C1 (en) | Meter measuring parameters of two-terminal networks | |
US2765442A (en) | Calibration circuit | |
SU175563A1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE AMPLITUDE OF CURRENT PULSES AND VOLTAGE IN A WIDE RANGE OF FREQUENCIES | |
Havunen et al. | Precision Calibration System for Partial Discharge Calibrators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200904 |