Устройство для измерения колебательной мощности генератора для электротехнологии Советский патент 1985 года по МПК G01R21/06 

11 Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения мощности в диапазоне высоких частот, и может быть использовано, например, для измерения колебательной мощности генератора в электротермической или ультразвуковой установке. Известно устройст;во для измерения колебательной мощности генератора, содержащее индикатор (электродинамический ваттметр), токовая катущка которого включен в цепь катода генераторной лампы, а параллельная цепь соединена с выпрямительным блоком, включенным на выходе делителя напряжения, подключенного к колебательному контуру lj . Показания .индикатора пропорциональны произведению йёличин постоянной составляющей анодного тока лампы и напряжения на колебательном кон туре . Однако точность такого устройства недостаточна вследствие нелинейной зависимости между постоянной составляющей и первой гармоникой анодного тока и падает с увеличение фазового сдвига между анодным током и напряжением на контуре. Известно также устройство для измерения колебательной мощности ге нератора, содержащее делитель напря жения, шунт и индикатор (электродинамический указатель),причем токовая обмотка индикатора с помощью шунта включена в цепь источника питания, а параллельная обмотка соединена с делителем напряжения, включенным на выходе колебательного контура 2 Недостатками устройства являются ограниченный частотный диапазон и низкая точность измерения. Первый недостаток обусловлен тем что в качестве перемножителя исполь зован электродинамический ваттметр, верхняя граница частотного диапазона которого не превышает 20 кГц. Точность устройства дополнительно снижается при увеличении фазового сдвига между током и напряжением на контуре, если изменяют его параметры Другим источником погрешности измерения является то, что через токовую цепь ваттметра пропускают полный ток, а не его первую гармонику, кот рая и определяет колебательную мощность. 6 Наиболее близким к предложенному является устройство для измерения мощности, содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения, выходы которых подключены к входам фазочувствительного вьтрямителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу перемножителя, а второй вход - к второму входу перемножителя и через последовательно соединенные потенциометрический регулятор и выпрямитель - к выходу масштабного преобразователя тока з. Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения . Это объясняется следующими причинами. Как известно, погрешность фазо- чувствительного выпрякйения пропорциональна tg(f. Для изменения режима генератора и его согласования с меняющейся нагрузкой приходится, как правило, изменять параметры колебательной системы. При этом частота генерации может отличаться от.собственной резонансной частоты контуров на10 - 15%. Можно показать, что угол сдвига фаз между напряжением на контуре и током в фидере, соединяющем колебательный контур с активт ным элементом генератора, при этсм достигает 20°. Следовательно, погрешность фазочувствительного выпрямления становится недопустимо ; большой. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения колебательной мощности, генератора для электратехнологии, содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения, перемножитель, сумматор и потенщюметрический регулятор, дополнительно введены фильтр низких частот и термоэлектрический квадратор, причем выходы масштабных преобразователей подключены к входам перемножителя, выводу нагревателя термоэлектрического квадратора подключены параллельно последовательно соединенным фильтру низких частот и масштабному преобразователю тока, а выход термоэлектрического квадратора - к входу потенциометрического регулятора, входы сумматора соединены с выходами потенциометрического регулятора и перемножителя, а выход является выходом устройства. На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства применительно к ламповому генератоУстройство содержит масштабные преобразователи тока 1 и напряжения 2, выходы которых соединены с входами перемножителя 3, фильтр 4 низких частот, включенный в катодную цепь генераторной лампы 5 последовательно с преобразователем тока Параллельно преобразователю 1 и фильтру 4 подк1шчены вьшоды нагревателя термоэлектрического квадратора 6 , содержащего последовательно соединенные термоэлектрический преоб раэователь 7 и дифференциальный усилитель 8 постоянного тока, выход которого .через потенциометрический регулятор 9 подключен к первому вход сумматора 10, второй вход которого соединен с выходсм перемножитёля 3, а выход является выходом устройства Предложенное устройство работает следзгкицим образсм. Колебательная мощность лампового генератора измеряется как разность МеЯЗДу мощностью выпрямителя и МОЩностью потерь на аноде лампы 5 и в элементах ге нератора, т.е. Р Рь-Ра. где Р - колебательная мощность гене ратора, кВт; PQ - мощность выпрямителя, кВт; РО -Ч,-Ч Р - мощность потерь на аноде и в контурах, кВт; - V-R; Ig - действующее значение анодного тока генераторной лампы, А; 1д - постоянная составляющая анодного тока. А; Uq - напряжение источника анодного питания, кВ; R - полное сопротивление потерь на аноде генераторной лампы и в элементах колебательного контура, Ом. Сигнал постоянного тока, пропорци ональный Рд , вырабатывается на выхо де перемножитёля 3, на первый вход которого поступает напряжение с выхода преобразователя 2 на1фяжения, пропорциональное Uq, д на второй вход - выходное напряжение преобразо вателя 1. В цепи катода лампы 5 происходит разделение анодного тока. Через нагреватель преобразователя 7 проходит полный анодный ток, представляющий собой в общем случае сумму постоянной составляющей IQQ первой и высших гармоник. Благодаря введению в цепь катода фильтра 4 низких частот, препятствующегопрохождению через преобразователь 1 переменных составляющих анодного тока, выходной сигнал преобразователя 1 , тока пропорционален Ig . Часть постоянной составляющей анодного тока, проходящей через преобразователь 1, равна 1пт Чя„.К.Й„ где RI, - сопротивление нагревателя преобразователя 7, Ом; R. - сопротивление преобразоваг теля 1, Ом; Rqj - активное сопротивление фильтра 4, Ом. Падение напряжения на преобразователе -1 тока г 1о пт ; kR н п , коэффициент 9 порцион альности. Напряжение на выходе перемножителя 3 Un Мг- 2-Ч А ), () где - коэффициенты пропорциональности. Выходное напряжение квадратора 6 с достаточной для практики точиостыо можно считать пропорциональньм квадрату тока в нагревателе, т.е. . где k - коэффициент пропорциональности. Ток , проходящий через потенциометрический регулятор 9, вызывае падение напряжения U , которое по-г ается на первый вход сукматора 10 Ч 5-1а, С5) где kf - коэффициент передачи регулятора 9. На вьрсоде сумматора 10, который представляет собой дифференциальный операционный усилитель с усилением разности входных сигналов, возникае напряжение Ue,,, (Un-U,p).k6(i iPo-X.k5-l) ( где k, - коэффициент передачи сумматора 10. В режиме холостого хода генерато ра, т.е. когда нагрузка отключена от колебательного контура генератора, мощность P(j полностью равна потерям на аноде и в.контуре, следова тельно,разность между ними в этом режиме равна нулю. Если за счет выбора величинь ky добиться нулевого показания индикатора, т.е. 4() 2 Ч-Ч{РО- I, можно считать, что величина blllSL т 2 ч пропоргшональна мощности потерь Рц В рабочем режиме генератора при неизменной величине эта величи на всегда пропррциона}1ьна мощности потерь PQ и, следовательно, вы, о-Ра ) Значит, показания индикатора при .неизменном положении движка регулятора 9 в любом режиме генератора .пропорциональны его колебательной мощности. Предложенное устройство можно использовать также для измерения колебательной мощности транзисторных генераторов, которые в злектротехнологии применяются только в ультразвуковых установках (в связи с заменой лампы транзистором речь должна .идти о коллекторе вместо анода, масштабные преобразователи могут быть выполнены иначе). В ионных преобразователях частоты устройство использовать нельзя, так как на практике обычно применяет преобразователи со скрытым звеном постоянного тока. Предложенное устройство имеет более высокую точность по сравнению с прототипом, так как вследствие изменения алгоритма преобразования исключается необходимость выявления фазового угла между напряжением на контуре и током в фидере, соединяющем контур с активным элементом. При изменении связи между контурами (вмногоконтурном генераторе), согласовании генератора с нагрузкой, регулировании энергетического режима за счет изменения параметров колебательной системы этот угол изменяг ется на 15°, расчетное значение максима.льной погрешности измерения cosi при этом 27%. В предложенном устройстве погрешность измерения, вызванная изменением указанного фазового угла, устраняется полностью.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ МОТ1НОСТИ ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения, перемножитель, сумматор и потенциометрический регулятор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены фильтр низких частот и термоэлектрический квадратор, причем выходы масштабных преобразователей подключены к входам перемножителя, выводы нагревателя термоэлектрического квадратора подключены параллельно последовательно соединенным фильтру низких частот и масштабному преобразователю тока, а выход термоэлектрического квадратора - к входу потенциометрического регулятора, входы сумматора соединены с выходами потенциометрического регулятора и перемножителя, а выход (Л является выходом устройства. s| со :О О)