Цифровой ваттметр с терморезонансными преобразователями.

Схема цифрового ваттметра, выполненного на основе терморезонансных преобразователей (§ 3-3), в котором измеряемая мощность преобразуется в частоту импульсного сигнала [45], приведена на рис. 4-8. Входная цепь ваттметра представляет собой пассивный мостовой сумматор токов, формирующий в основных нагревателях преобразователей сумму и разность токов и пропорциональных и в линии. Преобразователи включены в колебательные контуры генераторов соответственно, частоты на выходе которых при отсутствии входных сигналов равны Поскольку приращения частоты генераторов в области небольших превышений температур преобразователей линейно связаны с превышением температуры, разность частот на выходах этих генераторов, получаемая в смесителе См, пропорциональна измеряемой мощности:

где — приращения частот генераторов вызванные действием токов в нагревателях преобразователей .

Основным достоинством рассмотренного ИПМ с терморезонансными преобразователями по сравнению с подобным ИПМ с термоэлектрическими преобразователями, является просто кодирования выходного сигнала. При разности частот равной 50-100 кГц и соответствующей пределу измерения, погрешность

Рис. 4-8

преобразования частоты в код не превышает 0,01-0,001% при времени измерения 1 с, однако высокую точность в аналоговой части прибора обеспечить трудно. Терморезонансным преобразователям мощности присущи все рассмотренные в § 3-4 погрешности термоэлектрических ИПМ с мостовым сумматором токов, а, кроме того, генераторы в таких преобразователях обладают меньшей квадратичностью характеристики, чем термоэлектрические преобразователи. Пути уменьшения погрешностей в данном случае те же, что и в термоэлектрических ИПМ. В рассматриваемом ваттметре для уменьшения погрешности от неквадратичности использован метод равных температур. Сигнал переменного тока с частотой подается в формирователь импульсов на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, нормированные по амплитуде и длительности следующие с частотой Эти импульсы подаются во вспомогательный нагреватель преобразователя , в котором преобразуется разность . В установившемся режиме температуры параметры преобразователей и одинаковы, что возможно при условии

где — период импульсов на выходе формирователя .

Из выражения (4-36) получим

где — погрешность от неидентичности преобразователей и .

Применение импульсной обратной связи в данном случае также приводит к эффекту, который не достигается при использовании обратной связи по постоянному току, подаваемому в до полнительный нагреватель. В термоэлектрических ИПМ, реализующих метод равных температур, измеряемой мощности пропорционален квадрат тока во вспомогательном нагревателе [53]. Для преобразования мощности в код необходимо извлечение корня либо в аналоговой форме до АЦП, что ведет к снижению точности, либо после кодирования, что существенно усложняет аппаратуру. При наличии импульсной обратной связи выходной сигнал преобразователя мощности линейно связан с измеряемой величиной и легко кодируется. Быстродействие ваттметра при введении обратной связи возрастает в раз (где — глубина обратной связи), что в данном случае особенно важно, так как тепловая постоянная времени термопреобразователя лежит в пределах 5—50 с. Во столько же раз снижается

и частота выходного сигнала по сравнению с разомкнутым ИПМ, вследствие чего возрастает погрешность дискретности при преобразовании частоты в код, равная где время преобразования. Для уменьшения этой погрешности в цепь связи формирователя с цифровым частотомером может быть введен умножитель частоты.

Погрешность цифрового ваттметра с терморезонансными преобразователями лежит в пределах 0,2-0,5%. Ввиду простоты реализации такие ИПМ могут быть использованы для создания малогабаритных щитовых цифровых ваттметров.

В работе [45] ваттметр с импульсной обратной связью рассматривается как прибор одновременного сравнения. Действительно, разность мощностей, выделяемых в основных нагревателях преобразователей сравнивается с известной мощностью выделяемой во вспомогательном нагревателе, однако значительная часть процесса преобразования в разность мощностей нагревателей производится без сравнения входных величин с величинами известного значения. В связи с этим в результат преобразования входят нехарактерные для метода сравнения погрешности от временной и температурной нестабильности элементов сумматора и термопреобразователей, определяющие отмеченную выше погрешность ваттметра. Точность ваттметра с терморезонансными преобразователями может быть увеличена более чем на порядок при использовании методов сравнения мощностей переменного и постоянного тока, рассмотренных в § 3-5, а также введением в схему активных сумматоров входных величин.