Ватметр змінного струму

Реферат: UA 94816 U UA 94816 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до засобів вимірювання потужності електричного струму, і може бути використана, наприклад, при виробництві ватметрів для вимірювання потужності з підвищеними параметрами точності. Відомий пристрій [1] для вимірювання потужності містить 2 додаткові резистори вхідного подільника напруги, один з яких підключається через перемикач до одного із входів комутатора, а інший під'єднаний до другого входу комутатора, входи порівнювального пристрою під'єднані відповідно до першого і третього входів комутатора, а вихід через його подільник напруги - до одного із входів суматора. Відомий пристрій характеризується присутністю похибки від власного споживання і тритактовим вимірюванням напруги. Як найближчий аналог прийнято ватметр [2] подібного призначення, що включає перемикачі на 3 та 2 положення, пристрої підсумовування та віднімання, подільник напруги, широкосмуговий підсилювач, квадратичний детектор, перетворювач напруги в частоту, часовий селектор, реверсивний лічильник, цифровий лічильний пристрій, блок управління. В порівнянні з аналогами характеризується тим, що вимірювання напруг відбувається з компенсацією похибки від власного споживання. Недоліком є наявність додаткових пристроїв компенсації похибок і необхідність враховувати похибки цих додаткових пристроїв. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення ватметра змінного струму шляхом виконання і вхідного пристрою ватметра із розподіленим шунтом, до якого послідовно під'єднаний подільник напруги. Це дозволяє отримати технічний результат - позбавлення впливу похибки від власного споживання та підвищення точності вимірювання потужності. Поставлена задача вирішується тим, що у ватметрі змінного струму, що містить вхідний пристрій на основі елементів активного електричного опору, з'єднаний через комутатор з послідовно сполученими підсилювачем, квадратичним детектором, аналогово-цифровим перетворювачем та процесором, та додатково оснащений контролером з можливістю керування комутатором, аналогово-цифровим перетворювачем та процесором, причому зв'язок між аналогово-цифровим перетворювачем і контролером виконано двостороннім, згідно з корисною моделлю, вхідний пристрій виконано з розподіленим шунтом та послідовно сполученим зі спільною точкою частин розподіленого шунта подільником напруги, причому шунт виконаний з можливістю забезпечення інваріантності напруги та струму щодо власного споживання за допомогою вагових коефіцієнтів. За допомогою введення різних вагових коефіцієнтів для розрахунку розподіленого шунта досягається інваріантність квадратів струму та напруги та інваріантність щодо власного споживання у вхідних колах ватметра, що дозволяє виключити вплив похибки від власного споживання та підвищити точність вимірювання активної потужності [1]. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображено схему електричну принципову ватметра змінного струму. Ватметр змінного струму містить вхідний пристрій 1 на основі елементів активного електричного опору Z3, з'єднаний через комутатор з послідовно сполученими підсилювачем, квадратичним детектором, аналогово-цифровим перетворювачем та процесором, та додатково оснащений контролером з можливістю керування комутатором, аналогово-цифровим перетворювачем 5 та процесором 6, причому зв'язок між аналогово-цифровим перетворювачем і контролером виконано двостороннім. Ватметр змінного струму працює таким чином. При знаходженні комутатора 2 у положенні "d" на вхід підсилювача 3 подається напруга, що падає на вихідній половині шунта і першому резистору подільника напруги Z'2 . При знаходженні комутатора 2 у положенні "е" на підсилювач 3 надходить напруга, що створюється на вхідній половині шунта Z1 і першому резисторі подільника Z'2 . Для того, щоб результат був пропорційній вимірюваній потужності, при кожному положенні комутатора 2 від блока управління на 7 на аналогово-цифровий перетворювач 5 задаються різні коефіцієнти. На підсилювачі 3, після надходження значення напруг, що були виміряні у 2 такти, послідовно створюється їх сума та різниця, що проходячи через квадратичний детектор 4, утворюють суму та різницю квадратів двох виміряних напруг. Результат після двох вимірювань (положення комутатора 2) та після введення вагових коефіцієнтів, пропорційний значенню активної потужності. Коефіцієнти розраховуються, використовуючи умови інваріантності для квадрата струму та напруги, та визначають співвідношення резисторів шунта. За домогою введення різних вагових коефіцієнтів досягається 1 UA 94816 U 5 інварінтність струму та напруги та інваріантність щодо власного споживання у вхідних колах ватметра. Для вимірювання потужності створюється різниця квадратів напруг u12 та u23. Для врахування похибки від втрат у вхідних колах ватметра (шунт та подільник напруги) необхідно скласти Систему рівнянь та розв'язати її відносно добутку напруги та струму навантаження. Система рівнянь має вигляд: uab i1Z1 i2 Z'2 ; ubc i3 Z'3 i2Z'2 ; i1 i2 i3 ; i2Z2 i3 Z'3 uн . Розв'язок системи рівнянь відносно потужності на навантаженні має вигляд: p 10 де p де 15 20 2 2 uab K 2ubc , 4Z'3K 1 p iнuн p - є відносною поправкою похибки від власного споживання у вхідних колах ватметра 1 1 2 K2 B2 0,5 K 2 Z1 1 Z'2 K 2 ;K 1 K 1 0,5 Z'2 ; Z2 1 K 1 1 2 K , Z '3 . Z2 Таким чином кінцева формула визначає виміряну потужність без похибки від власного споживання. Джерела інформації: 1. Патент України № 464838; МПК G01 R 21/00 Ватметр змінного струму/Ю.М. Туз, О.П. Синицкий, К.Л. Серпилин - Заявка № 1925525/18-10 від 01.06.73 - Опубліковано 25,03.75, бюл. № 11. 2. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. Туз Ю.М. Издательское объединение "Вища школа", 1976, 256 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Ватметр змінного струму, що містить вхідний пристрій на основі елементів активного електричного опору, з'єднаний через комутатор з послідовно сполученими підсилювачем, квадратичним детектором, аналогово-цифровим перетворювачем та процесором, та додатково оснащений контролером з можливістю керування комутатором, аналогово-цифровим перетворювачем та процесором, причому зв'язок між аналогово-цифровим перетворювачем і контролером виконано двостороннім, який відрізняється тим, що вхідний пристрій виконано з розподіленим шунтом та послідовно сполученим зі спільною точкою частин розподіленого шунта подільником напруги, причому шунт виконаний з можливістю забезпечення інваріантності напруги та струму щодо власного споживання за допомогою вагових коефіцієнтів. 2 UA 94816 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3