3-4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ СРАВНЕНИЯ С ПАССИВНЫМИ СУММАТОРАМИ ВХОДНЫХ ВЕЛИЧИН

Ваттметры сравнения с термоэлектрическими преобразователями мощности строятся в основном путем реализации зависимостей (1-67) и (1-68). В обоих случаях сигналы должны быть сначала алгебраически просуммированы, а затем возведены в квадрат. Суммирование и может производиться пассивными сумматорами, выполненными на трансформаторах или мостовых и Т-образных резистивных цепях, или активными сумматорами, использующими широкополосные операционные усилители.

В соответствии с этим будем различать ваттметры с активными или пассивными сумматорами. Поскольку трансформаторные сумматоры не позволяют производить сравнение измеряемой мощности переменного тока с мощностью постоянного тока с такими сумматорами не рассматриваются. На рис. 3-8 представлена наиболее распространенная схема преобразователя мощности с пассивным мостовым сумматором токов. Преобразователь представляет собой сбалансированную мостовую цепь, два плеча которой образованы резисторами а два других плеча — нагревателями термопреобразователей термопары которых включены встречно. К диагонали моста приложено напряжение или ,

а через диагональ течет ток или . Как видно из рис. 3-8, токи, вызванные источником напряжения и источником тока суммируются с противоположными знаками в нагревателях

Если термопреобразователи идентичны и квадратичны, то разности их э. д. с. на переменном и постоянном токах соответственно:

Рис. 3-8

При условии мощность выражений (1-39) и (3-16) следует, что если пелкчпичны и неквадратичпы и то при равенстве мощность , где — погрешность сравнения, вызванная неидеальностью характеристик элементов ИПМ. Рассмотрим связь погрешности с тепловыми режимами работы термопреобразователей на переменном и постоянном токах и с отклонением их характеристик от идеальных.

Тепловые режимы преобразователей мощности и погрешности сравнения.

При поочередном включении ИПМ в цепи постоянного и переменного тока превышения температур нагревателей соответственно составляют:

где а — коэффициент пропорциональности между и квадратом тока в нагревателе.

Поскольку при сравнении приращение температуры каждого из нагревателей при замене мощности Р на составит

т. е. тепловые режимы работы ИПМ при воздействии на него равных мощностей постоянного и переменного токов неодинаковы. Отметим, что при сравнении напряжений или токов с помощью

термопреобразователей такое явление отсутствует. Равным входным величинам соответствуют равные , поэтому при любом отклонении характеристики термопреобразователя от параболы погрешность сравнения не возникает.

Учитывая, что при сравнении мощности обычно устанавливается

Рассмотрим зависимость от значения при котором производится сравнение. Для выполнение условия соответствует тому, что согласно формуле (3-24) близко к нулю. Если то и относительное изменение температуры нагревателей составит

где .

Из выражения (3-25) следует, что при уменьшении отклонение температуры возрастает тем больше, чем меньше выбранное при сравнении.

Зависимость от представлена на рис. 3-9. Покажем, что погрешности сравнения, вызванные неидеальностью характеристик термопреобразователя, являются функцией Погрешность сравнения вызванная неидентичностью имеет вид:

Рис. 3-9

где относительная неидентичность термопреобразователей. Или, приняв во внимание формулу (3-23) и равенство , получим

Выражение для погрешности сравнения вызванной неквадратичностью характеристик термопреобразователя, представляющее собой частный случай формулы (3-16), может быть получено, если аппроксимировать характеристику термопреобразователя двучленом вида

и обозначить

Учитывая, что при , получим

Третья составляющая погрешности реального преобразователя мощности вызвана тем, что при изменении температуры нагревателей изменяются сопротивления нагревателей и, следовательно, коэффициенты первичного преобразования тока и напряжения

Здесь — сопротивление нагревателя при включении ИПМ в цепь постоянного тока; материала нагревателя.

Как видно из выражений (3-27) — (3-29) все составляющие погрешности сравнения обусловленные неидеальностью характеристик термопреобразователя, являются функцией изменения температуры нагревателей при сравнении мощности Экспериментальное исследование зависимостей (штриховые кривые на рис. 3-9) дает отклонение от теоретической зависимости [см. формулу (3-25)] не более 15% [10].

Исследование погрешностей перехода преобразователей мощности, вызванных неидеальностью характеристик термопреобразователя, позволяет дать физическую интерпретацию полученному ранее выводу о возможности устранения этих погрешностей (§ 3-1). В применении к ИПМ этот путь состоит в поддержании неизменности температуры нагревателей каждого из двух термопреобразователей при переходе с переменного тока на постоянный, так как при .