Спосіб визначення дійсного значення електричної потужності

Спосіб визначення дійсного значення електричної потужності, який полягає в тому, що перетворюють напругу uH(t) на навантаженні і струм iH(t) через нього в перший та другий інформативні електричні сигнали, формують сумарний u E ( t ) та різницевий u A ( t ) сигнали шляхом додавання та віднімання інформативних електричних сигналів, подають сформовані електричні сигнали на перший і другий резистивні нагрівальні елементи з відомими і рівними між собою значеннями опорів RHI І RH2, перетворюють електричний струм Г і І" ВІДПОВІДНО у теплову потужність Р' і Р", по закінченні заданого проміжку часу перетворюють теплову потужність Р' і Р" у частоти f і f першого та другого електричних сигналів, вимірюють їх, запам'ятовують та визначають дійсне значення електричної потужності за рівнянням вимірювань, який відрізняється тим, що перед перетворенням електричного струму у теплову потужність формують першу, другу і третю стабілізовані та калібровані за значеннями напруги Uoi, U02 і Uo3, причому значення напруги Uo2 формують меншим за значення напруги Uoi на калібровану за значенням величину AUQ, а значення третьої напруги ІІоз формують більшим за значення напруги Uoi на значення тієї ж величини A U Q , обчислюють і запам'ятовують каліброване значення електричної потужності PO({PO}={U O I} 2 /{RH}={IH} 2 {RH})) при напрузі U O i, виділяють на першому і другому резистивних нагрівальних елементах теплову потужність Р'і і Р"і при нульових значеннях струмів І'і і І"і через них ({l'i}-{l"i}-{h}-0), по закінченні заданого проміжку часу At перетворюють теплову потужність Р'і і Р"і у частоти f'i і f"i першого та другого електричних сигналів u'i(t) і u"i(t) ВІДПОВІДНО, після вимірювання та запам'ятовування значень цих частот подають другу калібровану за значенням напругу LJ02 на перший і другий нагрівальні елементи, перетво рюють струми Г2 і І'2 через них у теплову потужність Р'21 Р'2, по закінченні заданого проміжку часу At перетворюють теплову потужність Р'2 і Р'2 У частоти f'2 і f'2 першого та другого електричних сигналів u'2(t) і u''2(t) ВІДПОВІДНО, після вимірювання та запам'ятовування значень цих частот подають третю калібровану за значенням напругу ІІоз на перший і другий нагрівальні елементи, перетворюють струм І'з і І"з через них у теплову потужність Р'з і Р"з, по закінченні заданого проміжку часу At перетворюють теплову потужність Р'з і Р"з У частоти f'3 і f'3 першого та другого електричних сигналів и'з© і и"з(Ч ВІДПОВІДНО, після вимірювання та запам'ятовування значень цих частот збільшують миттєві значення сумарного u E ( t ) та різницевого u A ( t ) сигналів на значення напруги Uo2, отримані сигнали u E i ( t ) і uA-|(t) подають на перший і другий резистивні нагрівальні елементи, перетворюють струми І'4 і TV через ці елементи у теплову потужність Р'4 і Р'4, по закінченні заданого проміжку часу At перетворюють теплову потужність PV і Р'4 у частоти f'4 і f'V першого та другого електричних сигналів uVft) і u'Vtt) ВІДПОВІДНО, після вимірювання та запам'ятовування значень цих частот збільшують миттєві значення сумарного і різницевого сигналів u E ( t ) і u A ( t ) на значення напруги ІІоз, отримані сигнали u E 2(t) і u A 2(t) подають на перший і другий нагрівальні елементи, ВІДПОВІДНО, перетворюють струми Г5 і ["б через ці елементи у теплову потужність Р'51 Р'5, по закінченні заданого проміжку часу At перетворюють теплову потужність Р'5 і Р'5 У частоти f5 і f'5 першого та другого електричних сигналів u's(t) і u"s(t) ВІДПОВІДНО, ПІСЛЯ вимірювання та запам'ятовування значень цих частот про дійсне значення електричної потужності судять по рівнянню надлишкових вимірювань 00 00 о> ю ю 55988 ГС-fi РІ +fi -n 2 ffl-f 0 Рп-ДР 2 2 + f3 - n 2 ffl- fo - f2 4 де Po - калібрована за значенням електрична потужність, ДР - приріст електричної потужності, причому f'i, ,f5, f"i, ,f'5 - частоти першого та другого електричних сигналів, П2- коефіцієнт пропорційності (П2=2) I/I J ft; f; ) Рп-ДР 2 Винахід відноситься до області вимірювальної техніки і може бути застосований для вимірювання електричної потужності як сінусоїдальних сигналів, так і сигналів складної форми , Відомий спосіб перетворення потужності в частоту електричних сигналів (див , А с №337727 СССР, МКИ G 01 R 21/00 Компарирующий преобразователь электрической мощности в частоту следования импульсов (интервал времени) /Э А Кудряшов (СССР) -№1360182/18-10 Заявлено 04 09 1969, Опубл 05 05 1972, Бюл №15-2с ), який полягає в додаванні та відніманні миттєвих значень вихідних сигналів датчиків току та напруги, перетворенні діючого значення одержаних сигналів в значення теплової потужності, а потім-в значення частот двох електричних сигналів, виділенні сигналу різницевої частоти, по значенню якої судять про дійсне значення електричної потужності Наявність нелінійної складової функції перетворення сумарного та різницевого сигналів в частоти електричних сигналів обмежує точність вимірювання потужності Температурна та часова нестабільність цієї ж функції перетворення зумовлює появу додаткових адитивної, мультиплікативноі та нелінійної складових похибки вимірювання В цілому це приводить до недостатньої точності вимірювання потужності відомим методом Відомий спосіб вимірювання електричної потужності (див пат 1721529 АІ СССР, МКИ G 01 R 21/06, 21/133 Способ измерения электрической мощности и устройство для его осуществления /В Н Чинков, В А Вернадский, А А Савицкий №4786971/21, Заявлено 30 01 90, Опубл 23 03 92, Бюл №11-4с ), який полягає у вимірюванні току та напруги мережі, визначенні миттєвої потужності, нормуванні амплітуд електричних сигналів, перемноженні сигналів миттєвої потужності на кожний із двох ортогональних сигналів подвійної частоти мережі, возведенні до квадрату та інтегруванні сигналів добутку Відомий спосіб не забезпечує вимірювання потужності періодичних сигналів складної форми і має недостатню точність вимірювання Це обумовлено високими похибками формування ортогональних гармонічних сигналів в широкому частотному діапазоні Крім того, не ЛІНІЙНІСТЬ та нестабільність функції перетворення добутку двох сигналів зумовлює появу адитивної, мультиплікативної та нелінійної складових похибок у результаті вимірювання потужності Низька точність анало гових методів возведения до квадрату миттєвих значень електричних сигналів також приводить до додаткових похибок вимірювань цим способом Відомий також спосіб визначення дійсного значення електричної потужності періодичних сигналів складної форми (див Малов В В Пьезорезонансные датчики-М Энергия, 1978 -с 121-124), який полягає в тому, що перетворюють напругу uH(t) на навантаженні і струм iH(t) через нього в перший та другий інформативні електричні сигнали, формують сумарний us(t) та різницевий uu(t) сигнали шляхом додавання та віднімання інформативних електричних сигналів, подають сформовані електричні сигнали на перший і другий резистивні нагрівальні елементи з відомими і рівними між собою значеннями опорів Rm і Rm, перетворюють електричний струм Г і І" ВІДПОВІДНО у теплову потужність Р' і Р" по закінченні заданого проміжку часу перетворюють теплову потужність Р' і Р" у частоти f і f" першого та другого електричних сигналів, вимірюють їх, запам'ятовують та визначають дійсне значення електричної потужності за рівнянням вимірювань Відомому способу вимірювання електричної потужності притаманна низька точність вимірювання, яка обумовлена нелінійністю і нестабільністю функції перетворення термоелектричного перетворювача теплоти у частоту електричного сигналу Це обмежує широке використання відомого способу у вимірювальній техніці Нелінійна складова функції перетворення теплоти у частоту електричного сигналу приводить до появи нелінійної складової похибки у результаті вимірювання Температурна та часова нестабільність нелінійної функції перетворення теплоти у частоту електричного сигналу обумовлює появу додаткових адитивної, мультиплікативної та нелінійної складових похибки Крім того, вимірювачі, що реалізують відомий метод, чутливі до зміни термоелектричного перетворювача по результатах перевірки, по причині розбіжності характеристик перетворювачів В основу винаходу покладено створення такого способу визначення дійсного значення потужності, у якому введення нових операцій забезпечило б підвищення точності вимірювання при періодичних сигналах довільної форми Поставлена задача вирішується таким чином, що у способі визначення дійсного значення електричної потужності періодичних сигналів складної форми, який полягає в тому, що перетворюють 55988 6 нти у теплову потужність Р'б і Р'5, по закінченні напругу uH(t) на навантаженні і струм iH(t) через заданого проміжку часу At перетворюють теплову нього в перший та другий інформативні електричні потужність Р'б і Р'5 У частоти f'5 і f 5 першого та сигнали, формують сумарний us(t) та різницевий другого електричних сигналів u's(t) і u''5(t) ВІДПОВІuu(t) сигнали шляхом додавання та віднімання ДНО, після вимірювання та запам'ятовування знаінформативних електричних сигналів, подають чень цих частот про дійсне значення електричної сформовані електричні сигнали на перший і другий потужності судять по рівнянню надлишкових вимірезистивні нагрівальні елементи з відомими і ріврювань ними між собою значеннями опорів Rm і RH2, перетворюють електричний струм Г і І" ВІДПОВІДНО у -f 2 ; f3-n2fi)-(Po теплову потужність Р' і Р", по закінченні заданого Pn - ДР' проміжку часу перетворюють теплову потужність Р' і Р" у частоти /' і /" першого та другого електрип.РпДР ft + '3 - гъК - P r ЇП-ft 2'Ъ '2 V, чних сигналів, вимірюють їх, запам'ятовують та Pn - ДР визначають дійсне значення електричної потужноniP AP(ft + Ц + ДР ••кt -f сті за рівнянням вимірювань, згідно з винаходом, 2 3 Rf-ДР' формують першу, другу і третю стабілізовані та калібровані за значенням напруги Uoi, U02 і Uo3, ^ + f3" - n2f{)- P02 + ДР2 Ы - i'i причому значення напруги LJ02 формують меншим за значення напруги Uoi на калібровану за значенде Ро,-калібрована за значенням електрична ням величину ДІІо, а значення третьої напруги ІІоз потужність, ДР-приріст електричної потужності, формують більшим за значення напруги Uoi на і'і і 5,f"i f 5-частоти першого та другого електзначення тієї ж величини ДІІо, обчислюють і запаричних сигналів, п2-коефіцієнт пропорційності м'ятовують каліброване значення електричної по(П2=2) тужності Po=({Po}={Uoi}2/{RH} = {IH}2{RH})) при напрузі Виділення па першому і другому резистивних Uoi, виділяють на першому і другому резистивних нагрівальних елементах теплової потужності при нагрівальних елементах теплову потужність Р і Р"і нульових значеннях струмів через них та перетвопри нульових значеннях струмів І'і і Ґ'і через них рення їх через заданий проміжок часу у частоти f'i ({І'і}={І"і}={Іі}=0), по закінченні заданого проміжку і f 1 електричних сигналів, забезпечило, разом з часу At перетворюють теплову потужність Р'і і Р"і іншими суттєвими ознаками, виключення впливу у частоти f'i і f і першого та другого електричних адитивної складової похибки на результат вимірюсигналів ui(t) 1 u"i(t) ВІДПОВІДНО, після вимірюванвання потужності ня та запам'ятовування значень цих частот подаФормування каліброваних за значенням нають другу калібровану за значенням напругу LJ02 пруг Uoi, U02 та Uo3 і перетворення струмів від них на перший і другий нагрівальні елементи, переу калібровану за значенням теплову потужність, а творюють струми І'2 і І"2 через них у теплову потупотім-у частоти, забезпечило, разом з іншими сутжність Р 2 і Р'2 , по закінченні заданого проміжку тєвими ознаками, виключення нелінійної складової часу At перетворюють теплову потужність Р'2 і Р'2 похибки з результату вимірювання за рахунок ліу частоти f2 і f 2 першого та другого електричних неаризації загальної функції перетворення та сигналів U2(t) і u''2(t) ВІДПОВІДНО, після вимірюванвстановлення заданої чутливості цієї функції ня та запам'ятовування значень цих частот подаФормування двох пар сумарних електричних ють третю калібровану за значенням напругу ІІоз сигналів (uSi(t) і u&i(t), u s2 (t) і цщОО) з використанна перший і другий нагрівальні елементи, переням сумарного та різницевого сигналів і напруг LJ02 творюють струм І'з і І"з через них у теплову потужі Uo3 забезпечило, разом з іншими суттєвими ознаність Р'з і Р"з , по закінченні заданого проміжку ками, виключення як адитивних і мультиплікативчасу At перетворюють теплову потужність Р'з і Р"з них похибок результату вимірювання, так і неліу частоти {'з і f3 першого та другого електричних нійну складову похибки Крім того, проведення цих сигналів из(і;) і u''3(t) ВІДПОВІДНО, після вимірюваноперацій дало можливість одержати дійсне значеня та запам'ятовування значень цих частот збільния електричної потужності періодичних сигналів шують миттєві значення сумарного u s (t) та різнидовільної форми цевого uA(t) сигналів на значення напруги Uo2, Вивід та використання нового рівняння надотримані сигнали u S i(t) і u&i(t) подають на перший і лишкових вимірювань для обробки результатів другий резистивні нагрівальні елементи, перетвопроміжних вимірювань забезпечило виключення рюють струми Ґ4 і 1'4 через ці елементи у теплову мультиплікативних (лінійної та нелінійної} складопотужність Р°4 і Р'4 по закінченні заданого проміжвих похибки результату вимірювання при парабоку часу At перетворюють теплову потужність PU і лічній функції перетворення термоелектричного Р'4 а у частоти f4 і f 4 першого та другого електперетворювача сигналів, а значить, забезпечило ричних сигналів U4(t) і u''4(t) ВІДПОВІДНО, після випідвищення точності вимірювання запропонованим мірювання та запам'ятовування значень цих часспособом тот збільшують миттєві значення сумарного і Використання нового рівняння надлишкових різницевого сигналів us(t) і uA(t) на значення навимірювань та запропонованої ПОСЛІДОВНОСТІ та пруги ІІоз, отримані сигнали u s2 (t) і u^ft) подають сукупності суттєвих ознак забезпечило нечутлина перший і другий нагрівальні елементи, ВІДПОВІвість способу вимірювання електричної потужності ДНО, перетворюють струми І'5 і І"5 через ці елемедо зміни чи розбіжностей параметрів нелінійної функції перетворення теплоти у частоту електричних сигналів при заміні одного термоелектричного + 2 n + | 55988 8 мативних електричних сигналів (3) і (4) перетворювача іншим В основу елеісгротеплового методу вимірювання покладено зв'язок електричної потужності з тепловою потужністю та з температурою нагріву Відомо, ЩО електрична потужність P=RHI =U2IRH (U і І-відповідно ДІЮЧІ значення напруги на навантаженні і струму через нього, RHопір резистивного нагрівального елементу термоелектричного перетворювача), що виділяється на резистивних нагрівальних елементах термоелектричного перетворювача, складається з теплової потужності Ф, яка йде на підвищення внутрішньої температури перетворювача, та з потужності теплових утрат Ф у за рахунок теплопровідності, конвекції та тепловипромінювання Р=РнІ2=Ф+Фу=СДТІД1+ДТІРт (1) де С-теплоємність,-постійна для даного термоелектричного перетворювача величина, Atзаданий інтервал часу перетворення, RT-ТЄПЛОВИЙ опір, ДТ-приріст температури при підведенні теплоти Q Причому {ДТ}={Гх}-{Токр}, де Тхтемпература нагріву чутливого елементу термоелектричного перетворювача, Токр-температура навколишнього середовища При великих значеннях теплового опору RT ({RT}^