Способ измерения мощности в цепях переменного тока и устройство для осуществления этого способа Советский патент 1959 года по МПК G01R21/06 G01R21/02 

Известен способ измерения мощности в цепях переменного тока при помощи термоваттера, содержащего термопреобразователи, на нагреватели которых подаются соответственно сумма и разность токов, прапорциональных току нагрузки и напряжению сети, и электроизмерительный прибор, включенный в цепь термопар и измеряющий разность их э.д.с.

Для измерения мощности по этому способу необходимо, чтобы между э. д. с. термопары и током подогрева существовала строго квадратлчная зависимость- Получить такую зависимость на практике трудно, потому что теплоотдача нагревателя возрастет с ростом температуры, а количество тепла, выделенного в нагревателе, не зависит от температурь и пропорционально квадрату подогревивйо; тока. Получить у неэвакуированных термопреобразователей искомую квадратичную зависимость можно лишь при избыточной температуре (равной разности между температурой тела и окружающей средь) нагревателей не свыще 8-10°. В этих случаях э. д. с. на выходе термопреобразователя получается очень малой, что заставляет прибегать к созданию громоздких и сложных термобатарей. .

Таким образом, неэвакуированные термопреобразователи не обладают достаточно строгой квадратичной характеристикой в широком диапазоне температур.

То же самое наблюдается и у ваттметров с подогревными сопротивлениями, которые отличаются от термопреобразователей тем, что у них чувствительным элементом, измеряющим температуру нагревателя служит 1не термопара, а термометр сопротивления.

Для обеспечения возможности использования для измерения мощности термопреобразователей и подогревных сопротивлений с произвольными характеристиками и повышения npF- этом точности измерения

№ 121855- 2 -

предлагается на оба нагревателя подавать дополнительно постоянный ток и изменять его величину так, чтобы значение суммарной мощности, выделяемой в одном из этих нагревателей, поддерживалось постоянным. Легко показать, что при этом исключается погрешность измерения, обусловленная характеристиками термопреобразователей, а следовательно, их конструкцией, свойствами и составом окружающей среды.

Устройство для осуществления предлагаемого способа может быть выполнено в разных вариантах, показанных на фиг. 1-3.

Утройство, показанное на фиг. 1, как и известные устройства для измерения мощности в цепях переменного тока с помощью термоваттметра, имеет трансформатор напряжения ГЯ, на который подается измеряемое напряжение (/ , и трансформатор тока ТТ, к которому подводится измеряемый ток I ,.. Термопреобразователи Е и Е ваттметра включаются в цепь измеряемого тока и одновременно в цепь вспомогательного постоянного тока- В качестве источника вспомогательного тока I дсп можно применить обычную батарею от карманного фонаря, соединенную последовательно с небольшим реостатом R- Емкость С и индуктивность L предназначены для разделения цепей постоянного и переменного тока.

Первоначально замыкают ключ /С и регулируют реостат до тех пор, пока ток в электроизмерительном приборе Яр не станет равным какомуто определенному значению. Мощность, выделяемая в одном термопреобразователе, имеет постоянное значение- Такое же значение мощности, выделяемой во втором преобразователе, должно поддерживаться при градуировке прибора. Если замкнуть ключ, измерительный прибор Яр непосредственно покажет измеряемую величину.

В ряде случаев, особенно при измерении мощности низкой частоты, вместо разделительного конденсатора и дросселя желательно использовать термопреобразователи с двумя нагревателями каждый, расположенными симметрично относительно термопары и включенными один в цепь измеряемого тока и другой в цепь источника вспомогательного тока.

Предлагаемый способ позволяет также измерять мощность при помощи одного ваттметра с термопреобразователем Е, имеющим два нагревателя (фиг. 2). Один из этих нагревателей питается измеряемым током, а другой - постоянным током, служащим для поддержания постоянной величины суммарной мощности, выделяемой в обоих нагревателях термопреобразователя.

Установив ключ К в положение, при котором слагающие токов /„ и /, будут находиться в противофазе, при помощи реостата устанавливают стрелку прибора Яр в полсГжение, соответствующее определенной мощности, выделяемой в нагревателе термопреобразователя. Изменив направление тока во вторичной обмотке трансформатора при по;мощи ключа К на 180°, можно по показанию прибора Я непосредственно отсчитать измеряемую мощность по величине э. д. с. термопары.термопреобразователя после указанного изменения направления измеряемого тока в цепи нагревателя.

На фиг. 3 показано устройство, позволяющее автоматизировать процесс измерения мощности- Ваттметр в этом устройстве содержит один термопреобразователь Е и одно подогревное сопротивление R, служащее одним из плеч вспомогательного электрического моста с включенным в его диаГОналь усилителем У. На выходе этого усилителя включены дополнительные нагреватели термолреобразователя и подогревного сопротивления, служащие для автоматического поддержания суммарной величины мощности в цепи ваттметра на заданном уровне.

Суммарная мощность, выделяемая в обоих нагревателях подогревного сопротивления i, автоматически поддерживается на заданном уровне- При изменении измеряемой величины изменяется ток в основном нагревателе подогревного сопротивления и нарушается равновесие моста. Напряжение разбаланса, усиленное усилителем переменного тока, нагревает вспомогательный нагреватель подогревного сопротивления до тех пор, пока суммарная мощность, выделяемая в обоих нагревателях, не восстановит свое прежнее значение. Следует отметить, что новое значение мощности будет несколько отличаться от прежнего вследствие неизбежного статизма системы. Однако это отличие будет достаточно малым, если коэффициент усиления усилителя велик. Измерительный мост, в одно из плеч которого включено подогревное .-сопротивление RI, питается от вспомогательного источника переменного тока U. Прибор Яр, присоединенный к термопреобразователю, непрерывно указывает величину измеряемой мощности.

В схеме по фиг. 3 термопару можно заменить подогревным сопротивлением, включенным в схему моста, питаемого от стабильного источника постоянного тока. Измерительный прибор Яр и в этом случае включается В диагональ этого моста.

Предмет изобретения

1. Способ измерения мощности в цепях переменного тока при помощи термоваттметра, содержащего термопреобразователи, на нагреватели которых подаются соответственно сумма и разность токов, пропорциональных току нагрузки и напряжению сети, и электроизмерительный прибор, включенный в цепь термопар и измеряющий разность их э. д. с., отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на оба нагревателя подают дополнительно постоянный ток и путем изменения его величины поддерживают постоянным значение суммарной мощности, выделяемой в одном из этих нагревателей.

2- Устройство для осуществления способа по п. 1, отл ич аю ще ес я тем, что ваттметр содержит два термопреобразователя, каждый из которых снабжен двумя нагревателями, один из которых-основной - включен в измерительную цепь, а другой - дополнительный - питается вспомогательным постоянным током.

3.Устройство для осуществления способа по п- 1, отличающеес я тем, что ваттметр имеет один термопреобразователь с двумя нагревателями, один из которых питается измеряемым током, а другой - постоянным током, служащим для поддер-кания постоянной величины суммарной мощности, выделяемой в обоих нагревателях термопреобразователя, для возможности определения измеряемой мощности по величине э. д. с. термопары после изменения направления измеряемого тока в цепи одного из нагревателей.

4.Устройство для осуществления способа по п. 1, отл ич а ю ще ес я тем, что, с целью автоматизации процесса измерения мощности, ваттметр содержит один термопреобразователь и одно подогревнре сопротивление, служащее одним из плеч вспомогательного электрического моста с включенным в его диагональ усилителем, на выходе которого включены два дополнительных нагревателя термопреобразователя и подогревного сопротивления для автоматического поддержания суммарной величины мощности в цепи ваттметра на заданном уровне.

- 3 -№ 121855