Устройство для измерения мощности индуктора Советский патент 1984 года по МПК G01R21/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к измерению мощности к области высок частот и может быть использовано для измерения мощности индуктора, который является рабочим органом электротерми ческой установки. Известны устройства для прямого из мерения проходящей мощности индуктор Такое измерение связано с необходимостью преодоления частотной и фазово погрешности. Действительно, фазовые углы наружного индуктора составляют 85-89. Мощность электротермических установок в диапазоае частот промышленного нагрева (44.0-1760 кГц) соста ляет 10-20 кВт, а динамический диапа зон изменения мощности в производственных условиях - 1,15-1,45 дБ. Устройство содержит масштабные преобразователи тока и напряжения индуктора, потенциометрический регулятор и измерительный прибор. Отличительными признаками устройства является наличие двух датчиков Холла расположенных в зазоре магнитопровода и измерительного преобразователя тока С 1 2 Недостатками этого устройства являются ограниченный частотный диапазон (практически не вьппе 8-10 кГц) и низкая надежность. Ограниченность частотного диапазона объясняется тем, что в схеме используются устройства для перемножения мгновенных значений тока и напряжени индуктора, а пля интегрирования выхо ных сигналов этих устройств используется измерительньп прибор. Частотная граница известных перемножителей мгновенных значений доходит до 100 кГц, а у измерительных приборов она на порядок меньше. .Погреиность измерения дополнительно увеличивается из-за невысокой линейности преобразования двух датчиков Холла в рабочем динамическом диапазоне. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения мощности индуктора, содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения индукторов, потенциометрический регулятор, выпрямитель, два сумматор два квадратора и фазочувствительный выпрямитель, первый вход которого подключен к выходу масштабного преобразователя напряжения, а второй вход - к выходу масштабного преобразователя тока и через последовательно соединенные выпрямитель и потенциометрический регулятор к первому входу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу фазочувсТ,вительного выпрямителя и, через первый квадратор, к первому входу второго сумматора, второй вход которого через второй квадратор подключен к выходу первого сумматора С2. Однако известное устройство имеет недостаточную точность. Действительно, его работа основана на следующем алгоритме преобразования: (К UCos -K D--CK UCosf) K I -2K K2UlCost/ , где и, I - действующие значения напряжения и индуктора соответственно; V - фазовый угол нагруженного индуктора; K,Kj- коэффициенты передачи фазочувствительного выпрямителя и потенциометрического регулятора соответственно. Из выражения (1) следует, что составляющие погрешности, вызванные неидеальностью и неидентичностью квадраторов, а также неидентичностью вычитакяцих блоков, входят в общую погрешность измерения. Наибольшее значение имеет неидентичность реальных квадраторов и нестабильность их характеристик от образца к образцу.Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения мощности индуктора, содержащее масштабные преобразователи напряжения и тока, выходы которых подключены к входам азочувствительного выпрямителя, ьтход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные потенциометрический регулятор и выпряитель, подключен к выходу масштабного преобразователя тока, введен перемножитель, первый вход которого подключен к выходу сумматора, второй вход - к выходу потенциометрического регулятора, а вйход является выходом устройства.

На чертеже приведена блок-схема предалагаемого устройства.

К зажимам индуктора 1 подключены масштабные преобразователи 2 его напряжения и тока 3, выходы которых соединены со входами фазочувствительного выпрямителя 4, один из которых соединен также со входом вьшрямителя 5. ПоложительньА полюс выхода чувствительного выпрямителя 4 подключен к первому входу сумматора 6, второй вход которого соединен с отрицательным полюсом выхода выпрямителя 5 через потенциометрический регулятор 7. Первьй вход перемножителя 8 подключен к выходу сумматора 6 второй вход - к выходу потенциометрического регулятора 7, а выход является также выходом всего устройства.

Устройство работает cлe yющим образом.

Выходные напряжения масштабных преобразователей 2 и 3 выбраны так, что их отношение составляет K,I . 7, ..., 10, где и, I - действующие значения напряжения и точка индуктора соответственно; .- коэффициенты пропорционал ности. При этом сигнал на выходе фазочувствительного выпрямителя 4 равен U4 СобЧ,(3) где и - действующее значение напряжения на индукторе; У - угол фазового сдвига и и i. С выхода фазочувствительного выпрямителя 4 напряжение подается на первый вход сумматора 6. Напряжение на выходе выпрямителя равно Us К+ I, где I - действующее значение тока индуктора. Напряжение на выходе потенциометрического регулятора 7, имеклцего переменный коэффициент передачи К Ц-, Напряжение на выходе сумматора 6 равно разности входных напряжений, так как их полярность противоположна т.е. Ufe KaU CosH - K,K5l . (6

После перемножения напряжений Ug и и,- в перемножителе 8 напряжение на выходе устройства равно

Ug (KjU - )

l-l.

1.

(7)

(U I Cos ,

Для каждого индуютора один раз в опыте холостого хода (при отсутствии загпузки в инпуктоое) с помощью потенциометричесКого вегулятоса 7 добиваются равенства

Ug 0.(8)

При этом К К 1

и I СозЧ . (9)

3 Так как при отсутствии загрузки

в индукторе энергия, подводимая к нему, равна потерям в индукторе, то выражение в правой части формулы (9) должно трактоваться, как мощность потерь в индукторе Р , d величина

.

численно равна активному сопротивлению индуктора R. Если в режиме индукционного нагрева положение регулятора 7 не изменяется, а коэффициент передачи остается таким же, как и на холостом ходу, напряжение на выходе равно Ug KgK KgCP-P),(10) где Р - мощность на зажимах индуктора. Следовательно, напряжение U пропорционально мощности в нагрузке индуктора, с точностью до ранее подобного, что должно быть учтено при калибровке шкалы устройства. Благодаря введению в предлагаемое устройство перемножителя и применению описанного алгоритма преобразования повьш1ается точность измерения по сравнению с известным устройтством. Сравнивая общую погрешность измерения в предлагаемом и известном устройстве, считаем, что погрешности масштабных преобразователей, выпрямителей, сумматоров (вычитателей) и потенциометрических регуляторов в обоих устройствах одинаковы. Следовательно,Нужно сравнить суммарную погрешность от неидеальности квадраторов, а также от неидентичности характеристик квадраторов и вычитателей с погрещностью перемножающего устройства на холостом ходу и при номинальной мощности в нагрузке индуктора. Для наиболее подходящих .

S1095088

для поставленной цели диодных квадра защищенности. При этом может быть торов погрешность от неидеальности использовано одноквадратное аналоизменяется в пределах 7-10%, Благо-г говое перемножающее устройство, постдаря тому что в предлагаемст роенное по принципу широтноимпульсной устройстве перемножаются выпрямлен- s и амплитудной модуляции. Погрешности ные сигналы, перемножающее устройст- таких устройств составляют обычно во может быть достаточно далеко выне- доли процента, что позволяет значисено от индуктора без снижения тельно повысить точность измереуровня входных сигналов/, и помехо- ния.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МОЩНОСТИ ИНДУКТОРА, содержащее масштабные преобразователи напряжения и тока, выходы которых, подключены к входам фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого че|рез последовательно соединенные потенциометрический регулятор и выпрямитель подключен к выходу масштабного преобразователя тока, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен перемножитель, первый вход которого подключен к выходу сумматора, второй вход - к выходу потенциометрического регулятора, а выход является выходом устройства. со ел о 00 00