Преобразователь мощности в напряжение постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК G01R21/00 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при создании точных аналоговых и цифровых измерителей мощ нести постоянного и переменного тока. По авт. св. 539280 известен преобразователь мощности в напряжение постоянного тока, содержащий источник опорного напряжения и дифференциальны тёрмокбМпаратор, два нагревателя которого соединены с выходами двух сумматоров, причем вход одного из них является входом преобразователя мсианос ти, а выход дифференциального термокомпаратора соединен через активный интегратор с выходом преобразователя мощности, а также два блока вычитания, зходы которых соединены с соответствующими входами С5 лматоров, йход одного из них соединен с выходом источника опорного напряжения, а их выходы подключены к входам.второй пара нагревателей термокомпаратора ij Недостатками этого преобраэователя являются узкий динамический диапазон преобразования (не более20 дБ) и низкая надежность из-за ограниченной перегрузочной способности нагрева .телей териокомпаратора, а также низкая чувствительность в начале шкалы, т.е. при малых значениях измеряемой мощности Р , когда термокомпаратор работает в начале квадратичного участка вольт-амперной характеристики преобразования. Целью изобретения является увеличение чувствительности, динамического диапазона и надежности преобразователя. Цель достигается тем, что в преобразователь мсяцности введены второй источник опорного постоянного напряження, масштабный преобразователь,дифференциальный операционный усилитель и две дополнительные термопары, каикдая из которых имеет тепловой контакт с одним противоположным торцом дифференциального полупроводникового термоэлемента, при этом выход активного интегратора соединен через масштабный преобразователь с инвертирующим входом дифференциёшьного усилителя, к его неинвертируюсцему входу подключен выход; второго источника опорного постоянного напряжения, полярность которого соответствует полярности выходного напряжения активного интегратора, а выход диффереициального усилителя соединен с об щим выводом встречного включения тех термоэлектродов дополнительных термопар, полярность которых соответст вует полярности включения на вход усилителя второго источника опорного на11ряжения. На чертеже представлена функциональная схема преобразователямощности в напряжение постоянного тока. Он содержит дифференциальный терNSOKOMnapaTop 1, состоящий из четырех нагревателей 2-5, чувствительного элемента - дифференциального полупроводникового термоэлемента 6 и дополнительных термопар 7 и 8, источник 9 опорного напряжения постоянно го тока, сумматоры 10 и 11, блоки вычитания 12 и 13, активный интегратор 14, масштабный преобразователь .15, дифференциальный операционный усилитель 16 с инвертирующим 16-1 и неинвертирующим 16-2 входами, а также источник 17 опорного напряже ния постоянного тока. Преобразователь мощности в напряжение постоянного тока работает еледующим образом. В исходном состоянии 1 BJ,,,J О , так как на вход интегратора 14 сигнал не поступает, поскольку U ) О и х О (т.е. входные сигналы отсутствуют) ; в этот момент напряжение от источника 17 поступает на усилитель 16, в результате чего по термопарам 7 и 8 протекает постоянный ток, полярность которого соответствует полярности включения на выход усилителя 16 термопар 7 и 8. Протекание постоянного тока по дополнительным термопарам 7 и 8 в направлении от положительного термоэлектрода к отрицательному вызывает выделение одинакового количества тепла Пельтье в их рабочих спаях, что приводит к выводу термокомпаратора 1 на рабочую точку, где крутизна вольт-амперных характерист1П преобразования имеет номинальное (заданное) значение. Входное напряжение Ujf и входной ток (X мощность которых необходимо измерить, с входов 18 и 19 соответ;ственно поступают на соответствующие входы сумматора 10 и блока вычитания 12, Выкодные сигналы сумматора 10 и блока вычитания 12, пропорциональные значению суммы и разности входных сигналов (и S ) и{и}(, поступают на первые из двух пар нагр вателей 2 и 5 соответственно термокомпаратора 1. Опорное напряжейиеЕо источника 9 поступаеэ на первые входа блока вычитания 13 и сумматора 11, на вторые входы koToisHX подается вы ходное постоянное напряжениеЦд преобразователя. выходные сигналы блока вычитания 13 и сумматора 11, пропор циональные соответственно Е - U о fUBbix, подаются на вторые нагреватели 3 и 4 каждой из двух пар термокомпаратора 1, поддерживая постоянными обе результйрукэдие температуры тордов термоэлемента 6 термокомпаратора, что вызывает появление на выходе термоэлемента 6 разностной термо-ЭДС А Е , которая усиливается интегратором до значения U , пропорционального измеряемой мощности Р . Часть выходного напряжения через масштабный преобразователь 15 поступает на инрертирующий вход 16-1 усилителя 16, что приводит к уменьшению его выходного тока и к уменьшению выделения тепла Пельтье в термопарах 7 и 8 до тех пор, пока результирующая температура торцов термоэлемента 6 не станет первоначальной, т.е. заданной напряжением источника 17, Так как 4. Е пропорциональна разности результирующих температур торцов термоэлемента 6, то ()4K2(Ux- x - iiEo- J X o+ BbafL где К{, K/j - коэффициенты преобразои ., вания термокомпаратора 1 по нагревателям 2,3,4 и 5 соответственно. В связи с тем, 4ToUmj, KiE, где К - коэффициент передачи активного интегратора 14, при условии после несложных преобразований из выражения (1) получают blK-f., где Kg коэффициент пропорцио нальности. Таким образом, выходное напряжение появляющееся на выходе 20 преобразователя, пропорционально измеряемой мощности. При росте U и х , когда сигналы, например, достигают номинальных значений токов нагревателей 2 и 5, напряжение на выходе масштабного преобразователя 15 становится равным напряжению источника 17 и в этот момент выходной ток усилителя 16 становится.равным :нулю. в случае дальнейшего увеличения Ux и выходное напряжение масштабного преобразователя превышает опорное напряжение источника 17 и на выходе усилителя 16 напряжение меняет полярность, что приводит к протеканию тока через термопары 7 и 8 в обратном направлении, вызывая тем самым погл(Здение тепла Пельтье в их спаях, уменьшающее результирующую температуру торцов термоэлемента 6 до исходной (заданной). Таким образом осуществляется увеличение чувствительности, динамического диапазона и надежности преобразователя, исключается одновременно и автоматически

возможность перегрузки входных цепей термокомпаратора 1.

Таким образом, описанный преобразователь облсщает повышенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками по сравнению с устрой ством по авт.св. № 539280.

Формула изобретения

Преобразователь мощности в напряжение постоянного тока по авт.ев. 539280, отличающийся тем, что, с целью увеличения его чувствительности, динамического диапазона и надежности, в него введены второй источник опорного постоянного напряжения, масштабный преобразователь, дифференциальньй операционный усилитель и две дополнительные термопары, каждая из которых имеет тепловой контакт с одним противополо

ным торцом дифференциального полупроводникового термоэлемента, при этом выход активного интегратора соединен через масштабный преобразователь с инвертирующим входом дифференцисшьного усилителя, к его неинвертирующему входу подключен выход второго источника опорного поЪтояниого напряжения, полярность которого соответствует полярности выходного напряжения активного интегратора, а выход дифференциального усилителя соединен с общим выводом встречного включения тех термоэлектродов дополнительных термопар, полярность которых соответствует полярности включения на вход усилителя второго источника опорного напряжения.

Источники информации, лринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР . 539280, кл. G 01 R 21/00, 17.02.75