Преобразователь мощности в напряжение постоянного тока

Преобразователь мощности в напряжение постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт. св. № 771559, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования путем «JL повышения стабильности рабочей точки термокомпаратора, выход дифферен-; циального усилителя подключен к первым выводам дополнительных термопар термокомпаратора через дополнительно введенный нелинейный блок с передаточной характеристикой вида bb-t - ы /UM Л где U|i,y - выходное напряжение нелинейного блока; k - коэффициент пропорциональности; и - входное напряжение нелинейного блока. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ЗШ G 01 R 21/00 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 771559 (21) 3483272/18-21 (22) 18.08.82 (46) 15.05.84. Бюл. Х - 18 (72) С.А. Андрусяк и В.И. Матвиив (53) 621.317.38(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 771559, кл. G 01 R, 1978 (прототип) (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ В

НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА по авт. св. У 771559, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности преобраэования путем повышения стабильности рабочей точки термокомпаратора, выход дифферен-; циального усилителя подключен к первым выводам дополнительных термопар термокомпаратора через дополнительно введенный нелинейный блок с передаточной характеристикой вида

Пbvv 1 0 » /Ut» / где Ug » — выходное напряжение нелинейного блока; коэффициент пропорциональности;

U(, — входное напряжение нелинейного блока.

10<32:19

Изобретение относится к электро-измерительной технике и может быть использовано для создания точных аналоговых и цифровых измерителей мощности переменногс тока.

По основному авт, св. Ф 771559 известен преобразователь мощно" òè в напряжение постоянного Т0Ка, содержащий два источника опорногс напря- . жения, дифференциальный операцион-. ный усилитель, активный Интегратор, масштабный преобразователь и дифференциальный термокомпара-op:, дэя нагревателя которого соединены с выходами двух сумматоров, вход одного иэ них является входом преобразователя мОцнОсти а выхОд дифферанцияль»ОГО термокомпаратора соединен через активный интегратор с выходом преобразователя мощности, а также два блок: вычитания входы которых соединень. с соответствующими входами сумма.горов., вход одного из них — с выходами первого источника опорного нпряжения я их выходы подключены к входам второй пары нагревателей термокомпаратора. Кроме того, выход активного интегратора через масштабный преобразователь соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя., к его неинвертирующему входу подклю чен выход второго источника опорного напряжения, полярность которого соот ветствует псляркости выходного напряжения активногс инт-iI ðàToðà,, Выход З5 усилителя соединен с общим выводом встречного соединения тех термоэлектрсдов дсполнительных термопар, рабочие спал каждой из которых имеют тепловой контакт с одним противопо- 4О ложным торцом дифференциального полупроводникового термаэ}пемента, полярность которых соответствует полярнсстй включения ка вход усилителя второго источника опорно"î напряжения Г!1. 45

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования, из-эа кеидентичнос}H его ВЛХ в динамическом диапазоне преобразования

50 поскольку наблюдается смещение рабочей точки. ВАХ, так кяк имеет кесто

Heñ00òâåTñTHèå зависимостей ЗДС дифференциапьного полупроводкиксво"o термоэлемента и дополнительных термспар от выделяемого в их рабочих спяях- тепла (соответственно телля Джоуля и тепла Пельтье, т.е.- зависимости квадратичная и линейная соответст ieÿ-}}с). В связи с этим, при динамическом дияпaçо}}е преобразования входных сигналов 40 дБ и более„ происходит п=рамащакие рабочей. точки преобразо-,зния термокс,мпарачора вдс.:, :., ВАХ IIO каждому вьхсду-вхоцу,, сбес" .-..-.:"".ть иден. т--;ность которых в этом случае весьма слсжкс.

Цель изобретения — повышение точности преобразования путем . .Овьппения стабильности рабочей -;Оч,.и термокомпаряторя

Поставленная цель достигается тем, что .=- преобразователе ...:,Сти в напряжение постоянно; 0 токе выход дифференциального усилителя подключен к первым шкодам дополнительных термспав термокОмпяратсря через ДОНОл кительно введенный нелинейный блок с передаточной характеристикой вида

Где Uo „— 3b}xogHOp напряжение HeJIB

ОЫ ia.:=.:ейного блока;

} - - коэффициент прсксрциональ.-}Ости;. П1=.„ - входное напряжение нелинейного блока.

Ня фиг. 1 представлеча функциональная схема преобразователя мощносГИ В ЯПЗЯъан "}= iIQC I ОЯННО). 0 TOKG на фиг. - законы изменения тепла

Джоуля и Пельтье, Преобразователь мощности в напряжение постоянного токя содержит дифференциалькьй термскомпаратор 1 состоящий из "--. Нагревателей 2-5 чувст. вительно::o элемента -,цифферекциально"..о полупроводникового термсэлемекта 6 и дспоп.}B гелькьх термопар 7

8, первый источник 9 опорного напряжения постоянного тока„ сумматоры

10 и 11, блоки 12 и 13 вычитания, активный интегратор 14, масштабный преобраэова-iåëü 15 дифференциальный ОперациОнный усилитель 16 с ик вертир }сщим 16. 1 к кеинвертирующим

16.2 входами. второй источник 17 опорНОГО КЯПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО TOKci входные кле;}мы 18 и 19 и выходную клемму 20, а также нелинейный блок 21.

Преобразователь мощности в напряжение постоянного тока работает следующим ОбрязОм, Б и:хсдном состоянии, когда сигналы U,„ .}},, ЕО отсутствуют, напряжение

Е;,. Источника 17 поступает ня »аип1092419

U5x« 6 вертирующий вход 16.2 усилителя 16, усиленное напряжение прямой полярности которого в нелинейном блоке 21 преобразуется к виду

j jj„, = "м "bxe j "ЬХа < = (й1 "Ььи= д "1Ь®о), (1j где U .. — выходное напряжение неоИМ у линейного блока 21;

k „ — коэффициент передачи 10 нелинейного блока 21; — его входное напряжение; — коэффициент передачи усилителя 16.

Выходное напряжение нелинейного блока 21 поступает на дополнительные термопары 7 и 8 термокомпаратора 1, что приводит к протеканию по ним постоянного тока прямой полярности в направлении от положительного тер- 20 моэлектрода к отрицательному и вызывает выделение одинакового количества тепла Пельтье в их рабочих спаях.

Зто приводит к выводу термокомпаратора 1 на рабочую точку, где крутизна 25 вольт-амперных характеристик преобразования имеет номинальное (заданное) значение. При этом И =О, так как температуры рабочих спаев термоэлемента 6 равны между собой. Входное З0 напряжение Ux и входной ток I» мощность которых необходимо измерить, с клемм 18 и 19 поступают на соответствующие входы сумматора 10 и блока

12 вычитания, с выходов которых они подаются на нагреватели 2 и 5 соответственно. В результате этого на торцах термоэлемента 6 создается разность температур, что вызывает появление на выходе термокомпаратора 1 0 термо-ЗДС, которая усиливается интегратором 14 и поступает на клемму 20 преобразователя.

Выходное напряжение Па интеграwx тора 14 через блок 13 вычитания и сумматор 11, на вторые входы которых поступает напряжение Ео с источника

9, подается соответственно на нагреватели 3 и 4 термокомпаратора 1, увеличивая разбаланс термо-ЗДС термоэле50 мента 6, что вызывает увеличение Ug

Выходное напряжение Ug интеграто.— ра 14 через масштабный преобразователь 15 поступает на инвертирующий

55 вход 16.1 усилителя 16, что приводит к уменьшению напряжения на входе и выходе блока 21 и, следовательно, к уменьшению тока через термопары 7 и

8, вследствие чего тепловыделение

Пельтье в них падает до тех пор, пока результирующая температура торцов термоэлемента 6 не становится первоначальной. При дальнейшем росте Ux u

I, когда эти сигналы достигают, например, номинальных значений нагревателей 2 и 5, напряжение на выходе масштабного преобразователя 15 становится равным напряжению источника 17 и в этот момент выходной ток усилителя 16 становится равным нулю.

В случае дальнейшего увеличения Пк H

Ig выходное напряжение масштабного преобразователя 15 превышает опорное

1 напряжение U источника 17 к на выхо-

0 t де усилителя 16 напряжение U меняет полярность, т.е. становится -Пц.<

В этом случае в соответствии с (1) выходное напряжение блока 21 становится равным с (ьшд= щ(-"be)(Ubrts)= - K y jr

Последнее обстоятельство приводит к изменению направления тока через термопары 7 и 8 и тепловыделение

Пельтье в их спаях сменяется тепло-, поглощением, т.е. охлаждением этих спаев. В результате этого результирующая температура торцов термоэлемента 6 уменьшается до исходной (первоначально заданной выбором напряжения Ey).

Таким образом, оеуществляется увеличение чувствительности, динамического диапазона и надежности преобразователя, исключается возможность перегрузки входных цепей термокомпаратора.

В конце цикла уравновешивания наступает тепловой баланс на торцах термоэлемента 6, который с погрешностью активного интегратора имеет вид следующего уравнения. 4.

KÄ(ux aÄ) +К (Ео ьх) 4(т (оо-uq„„)

Я:

=К,(и„-1„) К,(E. Ub.r)+K„(uî-ub«), где k<, k<, k>, k4 — коэффициенты преобразования компаратора 1 по нагревателям 2-5 соответственно; — коэффициенты передачи термопар

7 и 8;

После соответствующих преобразований получают

40юЗк =4Е,О „,„

Uy 3x

1 ах = = кР)(Ео

Р где

PP)I. к ее б

Следовательно, выходное напряжение Ugz< преобразователя прямо пропорционально измеряемой мощности Р .

Известно, что тепло, выделяющееся в нагревателях 2,3 и 4,5 согласно закону Джоуля пропорционально

k1 I и линейным законом изменения тепла

Пельтье где П вЂ” коэффициент Пельтье, Хт — ток через термопары 7 и 8.

Эти законы изображены на фиг. 2 соответственно кривой 22 и прямой 23.

Так, например, при работе термокомпаратора 1 в динамическом диапазоне токов его нагревателей от I<1 до

1 (вызванных изменением измеряемйх сигналов U> и I ) имеет место нескомпенсираванная разность тепло20 где k — коэффициент пропорциональ1 ности ток нагревателей 2-5.

Тепло, которое выделяется в термопарах 7 и 8 прототипа согласно закону

Пельтье пропорционально току, протекающему через эти термопары. Следовательно, в прототипе имеет место несоответствие между квадратичным законом изменения тепла Джоуля ты Щ, которая равна нулю только в двух точках диапазона (Тн1 и Е и имеет максимальное значение в середине диапазона. ДЦ,„д„ можно уменьшить в два раза выбором середины диапазона измерения в качестве точки полной компенсации (прямая 24). Однако достичь полной компенсации тепла Джоуля (например, при его увеличении) соответствующим уменьшением тепла Пельтье в прототипе принципиально невозможно, что при отклонении коэффициентов передачи термокомпаратора по всем нагревателям как друг о:; друга, так и от квадратичного закона приводит к погрешности преобразования мощности, которая может составлять

0,5-2Х и даже более.

В связи с тем, что в данном преобразователе ток, проходящий :ерез термопары 7 и 8, равный ††вЂ, где Ъы 1

Rri

Кт„— сопротивление термопар, то с учетом соотношений (1) и (2) тепло

Пельтье

Из (5) видно, что в данном преобразователе подбором коэффициента про порциональности k<1 (т.е. коэффициентов передачи масштабного преобразователя 15, усилителя 16 и коэффициента Пельтье П) можно достичь практически полной идентичности законов изменения Я ж и Цп, т.е. стабилизировать рабочую точку термокомпаратора 1 и тем самым уменьшить погрешность от неидентичности его вольтамперных характеристик (ВАХ) по обоим торцам (горячим спаям).

Таким образом, предлагаемый преобразователь мощности обладает повышенными метрологическими характеристиками по сравнению с прототипам.

1092419

IHf Ъ

In En

Ф . 2

Составитель С. Кабиков редактор И. Касарда Техред А.Ач Корректор А. Ференц

Заказ 3248/28 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4