Термоэлектрические измерительные преобразователи мощности с тремя квадраторами.

Отмеченный недостаток может быть устранен в ИПМ, основанных на использовании математической зависимости вида

Для реализации этой зависимости необходимы три квадратора.

На рис. 3-15 представлена обобщенная структурная схема преобразователя мощности с тремя квадраторами. Рассмотрим уравнение преобразования исходя из того, что

Рис. 3-15

элементы структурной схемы неидеальны, т. е. функциональные преобразователи неидентичны, а коэффициенты преобразования сумматоров отличаются от единицы на соответственно.

Обозначим коэффициент преобразования квадратора через тогда коэффициенты преобразования квадраторов соответственно составят: , где .

Выражение для выходного сигнала У преобразователя мощности имеет вид

Максимальная относительная погрешность преобразования мощности в этом случае составит

или

Выражение (3-36) более удобно для исследования погрешности ИПМ сравнения, а анализа линейности функции преобразования ИПМ непосредственной оценки. Поскольку при измерении мощности внутри одного предела измерения напряжение как правило, остается неизменным, нелинейность функции преобразования ИПМ непосредственной оценки можно рассматривать как функцию

На рис. 3-16 представлена зависимость составляющих погрешности согласно выражению (3-37), от Отметим, что погрешность не влияет на характер зависимости от Изменяя , можно добиться равномерного расположения кривой погрешности относительно оси абсцисс

Рис. 3-16

Погрешность ИПМ в режиме сравнения, полученная как разность при условии, что мощность и напряжение составит

Учитывая, что

Из выражений (3-38) и (3-39) следует, что погрешности не влияют на результат сравнения, зависимость от аналогична зависимости (3-25), погрешность может быть устранена путем стабилизации температуры элементов

Рассмотрим возможность практической реализации ИПМ с тремя квадраторами. На рис. 3-17, а — в представлены три варианта структурных схем таких преобразователей мощности, которые отличаются конструктивными решениями сумматоров . В ИПМ, приведенном на рис. 3-17, а, функцию сумматора выполняет нагреватель термопреобразователя включенный между выходами усилителей а функцию сумматора выполняют термопреобразователи подключенные к выходам усилителей соответственно. При условии, что идентичны и квадратичны,

В ИПМ, приведенном на рис. 3-17,б, выполнен так же, как и в предыдущем преобразователе. В качестве в нем использован термопреобразователь с двумя нагревателями. Такой сумматор является более предпочтительным, кроме того, использование двух нагревателей повышает идентичность квадраторов. Недостатком схемы является отсутствие свободного нагревателя в термопреобразователе для стабилизации тепловых режимов. Этот недостаток может быть устранен путем применения метода суммирования сигналов разных частот внутри одного нагревателя термопреобразователя.

Третий вариант ИПМ (рис. 3-17, в) отличается от предыдущих тем, что для суммирования напряжений используется отдельный электронный усилитель Единственной целыо применения этой, более сложной структуры ИПМ является устранение влияния угловых погрешностей согласующих усилителей на переменном токе. Если допустить, что масштабные преобразователи безреактивны, то выражение для выходного сигнала ИПМ (рис. 3-17, а и в) при работе на переменном токе имеет вид:

где углы сдвига фаз между напряжениями на входах и выходах усилителей Угловая погрешность измерения мощности при этом определяется разностью

В преобразователе мощности (рис. 3-17, в) суммирование сигналов осуществляется на входе усилителя . Напряжение на выходе этого усилителя с учетом его угловой погрешности составит

где

Рис. 3-17 (см. скан)

Э. д. с. в этом случае не зависит от погрешности от Несмотря на кажущееся преимущество последней структуры ИПМ, при ее практической реализации возникает угловая погрешность, вызванная паразитной емкостью между изолированным источником питания и общей точкой источников входных сигналов. Вследствие влияния емкости угол сдвига фаз между током и напряжением определяется как .

Влияние емкости возрастает с уменьшением предела измерения ИПМ по току. Вывод о целесообразности применения той или иной структуры ИПМ с точки зрения минимизации может быть сделан только на основании сравнения угловых погрешностей конкретных усилителей примененных в ИПМ, и значения в конкретной конструкции ИПМ. Экспериментальное исследование угловой погрешности преобразователей мощности, приведенных на рис. показало, что при сопротивлении меньшую угловую погрешность дает преобразователь, приведенный на рис. 3-17,б.

Стабилизация тепловых режимов ИПМ с тремя квадраторами при переходе от переменного тока к постоянному осуществляется в соответствии со схемой рис. 3-18, содержащей дополнительную цепь стабилизации температуры

Принцип действия системы стабилизации температуры остается тем же, что и в ИПМ на рис. 3-13, с тем отличием, что разность и источника постоянного напряжения преобразуется модулятором М в переменное напряжение частота которого лежит за пределами рабочего диапазона частот (50-100 кГц).

Напряжение усиленное вспомогательным усилителем подается на один из выходов усилителя где суммируется с напряжением или в зависимости от этапа сравнения. В установившемся режиме значения на переменном и постоянном токе составят:

Рис. 3-18

Если пренебречь статизмом в системе стабилизации температуры, то , т. е. выполняется условие равенства температур на переменном и постоянном токе.