ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ВАТТМЕТРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

4-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Цифровые ваттметры переменною тока в настоящее время распространены значительно меньше чем цифровые приборы для измерения других электрических величин: напряжения,

тока, сопротивления, угла сдвига фаз и т. д., однако большое количество работ последних лет, посвященных вопросам их создания [24, 25], иллюстрирует возрастающий интерес к этой развивающейся области электроизмерительной техники.

Работы по созданию цифровых ваттметров направлены в основном на решение двух задач: создание широкополосных быстродействующих приборов высокой точности (класса 0,01-0,05) для научных исследований и метрологических работ и создание приборов средней точности (класса 0,1-0,5) с узким частотным диапазоном 50—1000 Гц, отличающихся высокой надежностью, технологичностью, малыми габаритами и стоимостью, для массового использования в энергосистемах и электронных счетчиках электроэнергии.

В первом случае использование в ваттметрах методов аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований позволяет автоматизировать длительные и трудоемкие процессы сравнения измеряемой мощности с мощностью воспроизводимой мерой, что обеспечивает в приборе сочетание высокой точности и быстродействия; во втором — основной задачей является преобразование мощности в код, который может непосредственно вводиться в ЭВМ автоматизированных систем управления или интегрироваться в цифровой форме при измерениях электроэнергии.

Методы построения цифровых ваттметров, основанные на кодировании интегральных параметров входных величин (действующих или средних напряжений и токов) или на кодировании мгновенных значений входных величин с последующим перемножением кодов в цифровых множительных устройствах [51], нашли весьма ограниченное применение. Ваттметры с аналого-цифровым преобразованием интегральных параметров и реализуют косвенный метод измерения мощности с характерными для него погрешностями от искажений формы входных сигналов. Ваттметры с аналого-цифровым преобразованием мгновенных значений принципиально пригодны для измерений в цепях с любым гармоническим составом. При измерениях средней мощности такими ваттметрами интеграл от произведения мгновенных значений определяется приближенно в виде суммы , где — число преобразований мгновенных значений входных сигналов за их период Г. Методическая погрешность измерений вызванная изменением входных сигналов в течение одного цикла преобразования и неточностью численного интегрирования по методу прямоугольников, зависит от гармонического состава тока и напряжения и уменьшается при увеличении , однако при этом уменьшается и время аналого-цифрового преобразования мгновенных значений в результате чего возрастают инструментальные погрешности

Для цифровых ваттметров класса точности 0,1, измеряющих активную мощность синусоидального тока частоты 100 Гц при необходимы АЦП с погрешностью менее 0,05% и временем измерения менее , создание которых даже на основе АЦП следящего уравновешивания представляет собой трудноразрешимую задачу.

Большинство современных цифровых ваттметров представляет собой сочетание одного из видов аналоговых преобразователей мощности (§ 1-6) с аналого-цифровым преобразователем выходного сигнала ИПМ. Примерами таких приборов могут служить:

отечественный цифровой ваттметр типа состоящий из измерительного преобразователя мощности, выполненного на преобразователях Холла, и цифрового вольтметра постоянного напряжения типа ;

серия щитовых и переносных цифровых ваттметров «Диджи-вагт» (Англия) для измерений мощности в однофазных и трехфазных цепях с погрешностью 0,5% при частоте 1 кГц и 1% при частоте 10 кГц, которые состоят из электротепловых преобразователей мощности и трехразрядных АЦП постоянного напряжения;

цифровой нановаттметр с пределами измерения и основной погрешностью 0,6% типа (Франция) с электротепловым преобразователем мощности;

серия цифровых ваттметров фирмы (Япония) с погрешностью 0,02-0,25% в зависимости от частоты в диапазоне частот в которых использованы преобразователи мощности с модуляцией входных сигналов моделей 2836, 2839, 2885 в сочетании с цифровым вольтметром модели 2805 класса точности 0,01;

цифровые ваттметры с электромеханическими преобразователями мощности модели 1483 (США) с погрешностью, не превышающей 0,01% на промышленной частоте, и типа (Япония) с погрешностью менее 0,02% в диапазоне частот до 2 кГц.

Указанные цифровые ваттметры отличаются от аналогичных аналоговых ваттметров формой преобразования и представления выходного сигнала ИПМ, измеряемого выходным цифровым прибором с большей точностью и быстродействием. Они удобны для создания комбинированных приборов, измеряющих ряд электрических величин с помощью комплекта соответствующих аналоговых измерительных преобразователей и одного аналого-цифрового преобразователя.

Использование разработанных в последнее время методов автоматической коррекции погрешности измерительных преобразователей [2], обеспечивающих получение высокой точности измерений при применении сравнительно грубых, но технологичных и дешевых элементов, позволяет существенно расширить

функции аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей в цифровых ваттметрах, сделав их неотъемлемой частью структуры ИПМ.

Далее рассматриваются наиболее перспективные, с точки зрения авторов, методы построения цифровых ваттметров высокой точности с коррекцией погрешностей измерительных преобразователей.