Цифровой измеритель мощности Советский патент 1982 года по МПК G01R21/02 G01R21/10 

(54) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

1

Изобретение отнсюится к электроизмерительной технике и может быть использовано при построении ваттметров для измерения мощности в электрических цепях с повьпиенной точностью.

Известен цифровой ваттметр, содержащий входные преобразователи тока и напряжения, два автоматических переключателя, сумматор, квадратичный преобразователь с частотным выходом, генератор ,« импульсов стабильной вольтсекундной площади, блок управления, два счетчика импульсов, блок формирования кодов, элемент сравнения, формирователь, цифровой регистратор и связи между ними i .,5

Недостатками этого ваттметра являются низкие точность и быстродействие.

Известен также измеритель мопшости, содержащий суммо-разностный блок, входы которого подключены к входным шинам, а го выходы - к входам сумматора, к выходам которого подключены термопреобразователи, между выходами которых включен регистратор 23

Недостатком известного измерителя является низкая точность, обусловленная неидентичностью характеристик термопреобразователей.

Цель изобретения - повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель мощности, содержащий суммс -разностный блок, входы которого подключены к входным шинам, два сумматора, к входам которых под- .ключены термопреобразователй, -аервИе {выводы термсшар которых объединены, а также цифровой регистратор, введены rtepвый и второй операционный усилители, два источника регулируемых напряжений, выполненный на третьем и четвертом операционных усилителях, инвертор, источник опорного напряжения и умножающий блок, состоящий из преобразователя напряжения в интервал времени, преобразователя напряжения в частоту импульсов и элемента совпадения, причем первый выход сумморазностного блока подключен к пе{жому 3D входу первого-сумматора, выход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого через нагреватель первого термопреобрааователя подключен к выходу перв го сумматора, второй вых:од суммо-разностного блока соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соеди нен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого через нaгpeвaYeль второго термопреобразователя соединен с выходом второго сумматора, инвертирующие входы первого и второго операшюнных усилителей подключены к общей шине и второму выводу тер мопары второго термопреобразователя, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к выходу источникаопорного напряжения, а выход - к вторым входам первого и второго сумматоров и через преобразователь напряжения в частоту импульсов - к первому входу элемента совпадения, второй вывод термопар первого термопреобразователя подключен к входу четвертого операционного усилителя, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, а через инвертор - к третьему входу второго сумма тора, а через преобразователь напряжения в интервал времени - к второму входу элемента совпадения, выход которого подключен к входу цифрового регистратора. На чертеже представлена схема цифрового измерителя, мощности. Цифровой измеритель мощности содержит суммо-разностный блок 1, сумматор 2 с резисторами 3 - 5, сумматор 6 с резисторами, 7 - 9, термопреобразователи 10 и 11 с нагревателями 12 и 13 и термопарами 14 и 15, цифровой регистратор 16, операционные усилители 17 и 18, источники регулируемых напряжений, выполненные на операционных усилителях 19 и 2О, элемент 21 совпадения, преоб- разователь 22 напряжения в интервал времени, преобразователь 23 напряжения в частоту импульсов, инвертор 24 и источник 25 опорного напряжения. Устройство работает следующим образом. Входное напряжение переменного тока Uv, пропорциональное току в исследуемом объекте, и напряжение , пропорционал ное напряжению на объекте, поступают на сум МО-разностный блок 1, где преобразуются в сумму напряжений Uy U и разность напряжений U - Uv Указанны 0. . 4 сумма и разность напряжений поступают на первые входы первого 2 и второго 6 сумматоров. Кроме того, на остальные входы первого 2 и второго 6 сумматоров псютупают напряжения постоянного тока и и/; ч .(- 0/2) от третьего и четвертого операционных усилителей, таким обрнзом, что токи 0 и в нагревателях 12 и 13 термопреобразователей 1О и 11 соответственно определяются по формулам , ,ЦХ -ЦУи Ug . О ЦRT И I - ЦХ-ЦУ и иг : u Q 4 ; ъ где R ц ные сопротивления резисторов первого и второго сумматоров. Операционный усилитель 19, обладающий достаточно большим коэффициентом усиления, вырабатывает выходное напряжение У такой величины, чтобы ЭДС на выходе термопреобразователя 1О при всех возможных сочетаниях Ux и (Jy была с необходимой точностью равна величине опорного напряжения UQ вырабатьгоаемого на выходе источника 25 спорного напряжения. На вход операционного усилителя 20 поступает разность . выходных напряжений термопреобразователей 10 и 11. Выходное напряжение Ул операционного усилителя 2О поступает на третий вход первого сумматора (резистор 3) и вход инвертора 24, выраба тьшающего противоположное по знаку и равное по модулю напряжение (-U). поступ ющее на третий вход второго сумматора (резистор 8). Благодаря большому коэффициенту усиления операционного усилителя 20 разность выходных ЭДС термрпреобразователей 1О и 11 с большой степенью точности поддерживается равной I При неидентичности характеристик термопреобразователей 10 и 11 на вход операционного усилителя 20 может быть введено дополнительное постоянное смешение А и , которое исключает погреш ность преобразования, вызванную указанной неидентичнрстью термопреобразователей. В рабочем режиме устройства (при всех возможных значениях Uy и U, ) выходные ЭДС термопреобразователей 10 и 11 поддерживаются постоянными, что обеспечивает изотермический режим рабо5ты квадратичных функциональных преобразователей. Так как UK и Uy - напряжения переменного тока, а и. Jn (- 2.) напряжения постоянного тока, работа терь мигреобразователей 1О и 11 определяется уравнениями Т ./ Цх-ьЦуХУи иг I г где inn IK - значение тока в нагревателях 1 термопреобразователей 10 и 11 при отсутстви входных напряжений Uy и при (Jff О. Приравнивая правые части выражений (3) и (4) при R7 К . можно получить основное уравнение (5) работы преобразователя где Т - период изменения напряжений УХ и Uv Напряжение U поступает на преобразователь 23 напряжения в частоту f о следования импульсов, а напряжение U/. поступает на преобразователь 22 напряжения в интервал времени Т . Количество импульсов N с частотой следования f., поступающее в течение времени Т на вход регистратора 16 про порционально измеряемой мощности и определяется выражением ,и,а4, N--foTo--K U U,,atj (6) где К - коэффициент пропорциональности. Устройство обеспечивает высокую точность измерения мощности характеристик термопреобразователей за счет обеспечения изотермического режима последних в широком диапазоне изменения входных на пряжений, а также обладает широким частотным диапазоном, высоким быстродействием, простотой схемного рещения и цифровым представлением результатов измерения. Формула изобретения Шфровой измеритель мощности, содержащий суммо-разностный блок, входы которого подключены к входным шинам, два 66 сумматора, к входам которых подключены термопреобразователи, первые выводы термопар которых объединены, а также ци4 ровой регистратор, отличающийс я тем, что, с целью повьпиення точности, в него введены первый и второй операционный усилители, два источнюса регулируемых напряжений,; выполненные на третьем и четвертом операционньк уси лителях, инвертор, источник опорного напряжения и умножающий блок, состо щий КЗ преобразователя напряжения в интервал времени, преобразователя напряжения в частоту импульсов и элемента совпадения, причем первый выход суммо-разностного блока подключен к первому входу первого сумматора, выход которого соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого через на греватель первого термопреобразователя подключен к выходу первого сумматора, второй выход суммо-разностного блока соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соед1шен с инвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого через нагреватель второго термопреобразователя соединен с выходом второго сумматора, инвертррутощие входы первого и второго операционных усилителей подключены к общей щине и второму термопары второго термопреобрааоватепя, первый вьтод которого подключен к инвертирующему входу третьего операционного усилителя, неинвертируюший вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к вторым входам первого и второго сумматоров и через преобразователь напряжения в частоту имщульсов - к первому входу элемента совпадения, второй вывод термопары первого термопреоб- разователя подключен к входу четвертого операционного: усилителя, выход ко- торого подключен к третьему входу первого сумматоре, а через инвертор - к третьему входу второго сумматора, а через преобразователь напряжения в интервал времени.- к второму входу элемента совпадения, выход которого подключен к входу цифрового .регистратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авт(фское сввдетепьство СССР №661379, кп. G01R 21/00,03.06.77. 2.Кушнир Ф. В., Савенко В. Г. и Верник С. М. Измерення в технике связи. М., Связь, 1970, с. 260, рис. 7-9.