Электротепловой способ измерения электрической мощности
Иллюстрации
Реферат
1 т 94, - с.-) - -р х.«) н!, е ъ м
J .)(, т,„ с),,) )) )l
О П И С А Н И Е «0 558221
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Рвспу4лик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.04.73 (21) 1904449/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 15.05.77. Бюллетень № 18
Дата опубликования описания 20.06.77 (51) М. Кл.- "G OIR 17/00
G 01R 21/02
Государственный комитат
Совета ееинистров СССР (53) УДК 621.317.7(088.8) по двпам нэо4рвтвниЯ и открытиЯ (72) Автор изобретения
И. 3. Окунь
Агрофизический научно-исследовательский институт (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОТЕПЛОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ
Изобретение может быть использовано в электроизмерительной технике.
Известные электротепловые способы измерения, основанные на преобразовании электрической мощности в тепло с последующим преобразованием его в электрический сигнал, имеют незначительную мощность выходного сигнала (1).
Наиболее совершенным являются электротепловые способы измерения электрической мощности с использованием двух электротепловых квадраторов с косвенным подогревом, на подогреватели которых подают соответственно сумму и разность напряжений, пропорциональных напряжению на объекте и току через него, и измеряют разность выходных сигналов квадраторов (2).
Основными недостатками этих способов явР| ляются низкий к. п. д. преобразования т1=—
2 (где Pi — MOillHocTb) отбираемая измерительным устройством от объекта измерения, P>— выходная мощность электротеплового ваттметра) и малый выходной сигнал U„„,„, ÷òî обуславливает необходимость применения высокочувствительных измерительных приборов или последующего усиления напряжения, в особенности, если электротепловой ваттметр— преобразователь является частью телеизмерительной системы.
Для повышения к.п.д. преобразования по предлагаемому способу измерения электрической мощности с использованием двух электротепловых квадраторов с косвенным подогревом, на подогреватели которых подают соответственно сумму и разность напряжений, пропорциональны.; напряженщо на объекте измерения и току через него, и измеряют разность выходных сигналов квадраторов, изме10 рение осуществляют с помощью крнтезисторов с отрицательным или положительным температурными коэффициентами, подогрев которых дополнительно осуществляют стабилизированными током или напряжением соответ.
15 ственно, причем разогрев их производят дс критической температуры — температуры фазового перехода.
Сущность способа, использующего критезисторы в качестве электротепловых элементов, 20 заключается в следующем.
Критезисторы, разогретые протекающим по ним током до критической температуры О, «автостабилизируют» свою температуру Т„ изменением собственного сопротивления
Т„==. 6: const.
Например, для критезисторов типа СТ-9-1 изменение теплоотдачи на несколько десятков процентов приводит к изменению температуры
30 критезистора Т„все -о на доли градуса. Для
558221 или с учетом соотношения (1)
U, +- q — К( — т,). (2) где К вЂ” коэффициент теплоотдачи от критезистора, Т,— температура окружающей среды, (Тв(0) q — количество тепла, передаваемое от подогревателя к критезистору в единицу времени. Запитав два однотипных критезистора (т. е. два критезнстора с одной и той же критической температурой 0 и с ТКС одного знака) стабилизированными токами iI и 12 или напряжениями UI и U> (в зависимости от знака их ТКС), достаточными для разогрева критезисторов до критической температуры О, получим на их выходе соответственно напряжения
К, (Š— т,) — q„
Ч
_#_1 т1 Кг (2с) Чг
Ч.—
ИЛИ ТОКИ
К1 (Π— Тс) — qI К2 (8 — Т,) — q2
1q, = 1«г
У1 2
Для упрощения последующего рассмотрения положим, что для обоих критезисторов коэффициенты теплоотдачи равны: КI=K2. В этом случае при iI=i2 (или UI — — U ) выходной сигнал преобразователя равен
U,„, = У,, — Uq, =- -
ИЛИ
Ч1 Чг
1вых — lq I q г
1 критезисторов на основе монокристаллов VO> и V200 изменение температуры Т„еще мешше.
Критезисторы с отрицательным ТКС «автостабилизируют» свою температуру лишь при работе в режиме заданного тока, т. е. от источника тока с достаточно большим внутренним сопротивлением R;, выходным сигналом для них ягляется напряжение на критезисторе. Если критезистор с отрицательным TKC запитать от источника напряжения U с малым
R,, то с уменьшением сопротивления R критезистора при его фазовом переходе мощность
U, выделяемая в нем, резко возрастает, что
R приводит к перегреву критезистора.
Наоборот, критезисторы с положительным 1"КС в области фазового перехода «автостабилизируют» свою температуру лишь при работе в режиме заданного напряжения, т. е. от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением, выходным сигналом для них является ток через критезистор.
Действующие значения тока i через разогретый критезистор и напряжения U на нем связаны уравнением энергетического баланса и,+ д=R(T» — т,) Если на подогреватель первого критезистора подать сумму двух напряжений, пропорциоII Iльных соответственно напряжению на объекте U току через него 1» (U = b, U,-+ Ь21„), а на подогреватель второго критезистора — разность этих напряхкений (U" b,Ux 0,1 ), TO
10 q, = — (b,U„+ Ь,t I dt, о
qг,: (1 х b«iõ) dt
Я
15 (здесь R — сопротивление подогревателя, а— коэффициент теплопередачи от подогревателя к критезистору, 1 — текущее значение време20 ни).
Э
/ф о или
4«
i вы»в
b, b, — U„i+t =-constP„, 1 Г
1 о
Формула изобретения
Электротепловой способ измерения электрической мощности с использованием двух элек65 TpoTc11;IQHbIx квадратов с косвенным подогрегде Р,- — измеряемая электрическая мощЗ0 ность.
Из вышеизложенного следует, что предлагаемый электротепловой способ измерения электрической мощности отличается от известного способа существенной новизной.
В основе предлагаемого способа лежит эффект «автостабилизации» температуры критезистора разогретого протекающим по нему током до критической температуры, а следовательно и «автостабилизации» выделяющей.
40 ся в нем электрической мощности Р= U,+д включая мощность, передаваемую критезисто ру от подогревателя. Этот эффект присуш только критезисторам, и у других типов тер морезисторов не наблюдается. Отсюда выте
45 кает такая существенная особенность предлагаемого способа, как сочетание прямого нагрев а с ко с венны м.
В известных способах используется только косвенный подогрев терморезисторов, причем
50 заметный прямой нагрев терморезисторов протекающими по ним измерительными токами недопустим, так как он обуславливает существенную дополнительную погрешность преобразования. Для уменьшения, ее приходится
55 уменьшать величину измерительного тока, а, следовательно, и величину электрического сигнала на выходе преобразователя, что существенно ограничивает к.п.д. преобразования и величину выходного сигнала. Этот недоста60 ток устранен в предлагаемом способе.
558221
Составитель В. Ваганов
Техред М. Семенов
Редактор И. Шейкин
Корректор Т. Добровольская
Заказ 1160/12 Изд. № 430 Тираж 1106 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 вом, на подогреватели которых подают соответственно сумму и разность нзпряж чий, пропорциональных напряжснию ла об:.екте измерения и току через него, и измеряют разность выходных сигналов квадратов, о т л и ч ающи и с я тем, что, с целью повышения к. и.д. преобразования, измерение осуществляют с помощью критезисторов с отрицательным или положительным температурными коэффициентами, подогрев которых дополнительно осуществляют стабилизироваными током или напряженисм соответственно, причем разогрев и". про;:зв: -:..т до критической температуры— т:;;п:;.:ту;.ы фазового перехода.
Источники информации, принятые во внима5 ние при экспертизе:
1. J. Fischer Theoric der thermischen Messgeга1е der Elektrotechnischen grundlagen Berlin, 1931, s. 137.
2. В. О. Арутюнов. «Электрические измери10 тельные приборы и измерения» М., Госэнергоиздат, 1958, с. 154 — 159.