Ваттметр переменного тока Советский патент 1976 года по МПК G01R21/00 

1

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для построения точных малокосинусных аналоговых и цифровых ваттметров переменного тока.

Известный ваттметр переменного тока, основанный на сумморазностном методе с применением одноканальной схемы содержит входное суммо-разностное устройство, выходы которого через первый двухполюсный переключатель, широкополосный усилитель, первый сумматор соединены со входом термопреобразователя, выход которого через второй сумматор, один из входов которого соединен с выходом источника опорного напряжения, усилитель ПОСТОЯННОГО тока соединен со входом квадратичного устройства, отсчетное устройство.

Недостатком известного устройства является низкая точность и быстродействие. Это обусловлено тем, что нестабильность, неквадратичность и инерционность квадратичного преобразователя всецело влияют на точность и быстродействие ваттметра переменного тока.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия.

Это достигается тем, что предлагаемый ваттметр снабжен третьим сумматором, вторым двухполюсным переключателем, двумя запоминаюш,ими устройствами, выходы которых через третий сумматор соединены с отсчетным устройством, а входы их через второй двухполюсный переключатель с выходом квадратичного устройства.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого ваттметра.

Ваттметр содержит входное сумморазнсстное устройство 1, двухполюсный переключатель 2, широкополосный усилитель 3, первый сумматор 4, термопреобразователь 5, источник опорного напряжения 6, второй сумматор 7, усилитель постоянного тока 8, квадратичное устройство 9, второй двухполюсный Переключатель 10, запоминающие устройства 11 и 12, третий сумматор 13 и отсчетное устройство 14.

Ваттметр переменного тока работает следующим образом.

Первоначально переключатели 2 и 10 находятся в положении а. Напряжение Ui, пропорциональное току в нагрузке, и Uz, пропорциональное напряжению на нагрузке в сумморазностном входном устройстве 1 преобразуются в сумму напряжений f/i-f /2 и в разность напряжений t/i- UzВ первый такт измерения переменное напряжение через широкополосный усилитель 3 поступает на термопреобразователь 5, на вход которого через сумматор 4 поступает также постоянное напряжение с усилителя постоянного тока 8, на вход которого действует также встречно включенное напряжение Е с источника опорного напряжения. При этом выходное напряжение . усилителя 8 можно записать в виде: К1К,Кг (U, + U,Y + K.K.Vli -К,,и, и,„ где /Сз, 5, - коэффициенты преобразования соответствующих блоков; f/др - дрейф усилителя 8. При достаточном большом петлевом усилении, когда Ks-Ka, выражение (1) преобразуется к виду К1 (U. + и, + Uli - ± -л. О, (2) из выражения (2) получим: f/o: (U + и,) . (3) Напряжение t/oi с выхода усилителя 8 подается на квадратичное устройство 9 и запоминается в запоминающем устройстве И. Запомненное напряжение в первый такт в устройстве II равно и, К, - + ЛГз (f/. + i/.) к,. (4) Во второй такт измерения переключатели 2 и 10 находятся в положении б, аналогично первому такту преобразуется разность напряжений t/i-1/2, тогда по аналогии с выражением (4) получаем запомненное напряжение f/n в устройстве 12: и и К, - К1 (U, - U,Y К,. (5) Отсчет, подлежащий индикации, равен U,:U,- и и :- К,К1 (U, U,Y - /Сз {U, + и,) К, : 4Кзи,и,К, cos ср. (6) Из последнего выражения следует, что в результат измерения не вошел дрейф усилителя постоянного тока 8, напряжения Е источника опорного напряжения, -коэффициент преобразования Кь термопреобразователя 5, т. е. эти блоки могут быть малоточ«ыми. Указанное выше возможно благодаря тому, что термопреобразователь 5 работает в изотермическом режиме, т. е. в одной температурной точке, и благодаря эффекту нагрева строго соблюдаются уравнения (1) и (3), при этом на точность прибора практически не влияет неквадратичность термопреобразователя 5. Построение точного квадратичного устройства 9, работающего на больщих уровнях постоянного тока, в настоящее время легко осуществимо по методу кусочно-линейной аппроксимации с применением интегральных усилителей постоянного тока при этом при 0,1% отклонения от квадратичности потребуется всего лищь 10 участков аппроксимации. Запоминающие устройства И и 12 при построении аналогового ваттметра могут быть легко выполнены точными путем применения сухих конденсаторов и полевых транзисторов, при цифровом варианте ваттметра. Запоминающие устройства И и 12 и сумматор 13 могут быть реализованы в виде реверсивного счетчика. Благодаря операции вычитания умепьщается аддитивная составляющая погрешности квадратичного устройства 9. Благодаря охвату отрицательной обратной связью термопреобразователя 5 (выход усилителя постоянного тока 8 соединен через сумматор 4 с термопреобразователем 5) значительно расширяется быстродействие ваттметра, при этом быстродействие тем больше, чем больше петлевое усиление Кь-КаРеально удается, например, для термопреобразователей ТВБ-4 расширить их быстродействие в 100-200 раз, т. е. с 4 сек до 40- 20 мсек. Формула изобретения Ваттметр переменного тока, содержащий входное сумморазностное устройство, выходы которого через первый двухполюсный переключатель, широкополосный усилитель, первый сумматор соединены со входом термопреобразователя, выход которого через второй сумматор, один из входов которого соединен с выходом источника опорного напряжения, усилитель постоянного тока соединен со входом квадратичного устройства, и отсчетное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, он снабжен третьим сумматором, вторым двухполюсным переключателем и двумя запоминающими устройствами, выходы которых через третий сумматор соединены с отсчетным устройством, а входы их - через второй двухполюсный переключатель с выходом квадратичного устройства.

,.±-,

U(UH)