Методы и средства измерения мощности: Учебное пособие, страница 4

                                                        I

 

     U                       R                             Ri

                                                                                      U_вых

 

Рис. 5.1. Преобразователь мощности с линейным преобразованием входных сигналов

    U_вых = KU/R .

К преобразователям с функциональным преобразованием входных величин относят множительные устройства, моделирующие зависимости вида:    

  а) ,

б) .

На практике нашла применение зависимость (а), реализованная в структурной схеме рис. 5.2.

Ф1

            Ui

 

                                                                                       P

	Ф2

 

                      Uu

Рис. 5.2. Структурная схема ваттметра с функциональным

преобразованием входных величин

Функциональные преобразователи Ф1 и Ф2 преобразуют напряжения Uu и Ui в сигналы, пропорциональные квадратам суммы и разности их значений с последующим определением разности сигнала, значение которого пропорционально мощности Р.

Устройства, воспроизводящие квадратичную характеристику, могут быть выполнены на элементах, использующих одно из физических явлений:

Q = KRI² ,     Wc = 0.5CU²,    W_L = LI²,

где Q – количество тепловой энергии, выделенной на резисторе R, от тока I; Wc - энергия электрического поля конденсатора С при напряжении U; W_L - энергия магнитного поля катушки индуктивности L с током. Величины Q; Wc; W_L дополнительно преобразуются, соответственно, в тепло, угол поворота подвижной части, измерительного механизма.

 Наиболее простые квадраторы строятся на свойствах вольтамперных характеристик диодов, транзисторов, полупроводниковых резисторов, на основе эффекта Холла, тепловом эффекте Джоуля-Ленца.

В качестве примера на рис. 5.3 показана реализация ваттметра с квадраторами на диодах.

 

                                 R₅                              R₆

                D₁                R₃                            R₄              D₂

 

                                            R1

                                                                                Rн           Uн

                                            R2

                                                                            i_н

 

Рис. 5.3. Схема электронного ваттметра на диодах

 Делитель напряжения, выполненный на резисторах R₁ R₂, выбранных из условия (R₁+R₂)>>Rн, подключён параллельно напряжению источника. Падение напряжения на сопротивлении R1 пропорционально напряжению сети:

U₁ = i₁R₁ = k₁u_н.

Резисторы R₃,R₄ включены в токовую цепь нагрузки. При R₃, R₄<<Rн падения напряжения на резисторах будут равны

U₂ = iнR₃ = iнR₄ =k₂iн.

К диоду D₁ приложено напряжение равное сумме напряжений

U^/ = U₁+U₂ = k₁u_н+k₂i_н,

а к диоду D₂ - разности

U^// = U₁-U₂ = k₁u_н - k₂i_н.

На индикаторе И образуется разность напряжений

ΔU = (i^/R₅- i^//R₆),

где  i^/,i^// - токи, пропорциональные квадратам напряжений, приложенным к диодам D₁, D₂.

Резисторы R₅, R₆ выбираются из условия режима работы диодов на квадратичном участке вольт-амперной характеристики.

Тогда i^/ = k₃(U₁ + U₂)², i^// = k₃(U₁ - U₂)²,

а значение мощности определится по выражению

k₀p = ΔU = 4U₁U₂k₃R₄ = 4kuн iн,

где p – мгновенная мощность.

Так как измерительный прибор И - магнитоэлектрической системы, то при i = I_msinωt  u = U_msinωt он реагирует на среднее значение  напряжения ΔU, а угол отклонения указателя будет пропорционален мощности.

5.2. Измерительные преобразователи с модуляцией входных сигналов.

Принцип действия преобразователей этого типа состоит в том, что аналоговые входные сигналы Uu и Ui линейно преобразуются в параметры импульсных сигналов: амплитуду импульса Uи, частоту f, период Т, длительность импульса τ, или скважность, с последующим интегрированием импульсного сигнала.

Как правило, используются следующие виды модуляции: широтно-импульсная и амплитудо-импульсная (ШИМ-АМ), широтно-импульсная и частотно-имульсная (ШИМ-ЧМ), частотная и амплитудная модуляция (ЧМ-АМ), широтно-импульсная и широтно-импульсная (ШИМ-ШИМ).

Широтно-импульсный преобразователь с модуляцией вида ШИМ-ЧМ и фиксированным периодом То представлен на рис. 5.4.

 За время τ через вентиль В на вход интегратора И поступают импульсы, частота которых пропорциональна Uu.

Ги

 

ШИМ

         Ui  

                                                               τ

 

                                                                                                           Р

ЧМ

                                                            ƒ

       Uu                                            

Рис. 5.4. Преобразователь мощности на основе

 модуляции входных сигналов

Число импульсов N за период То пропорционально мгновенной мощности Р

F = k₁U_u,   τ = K₂U_i,    N = τ,   ƒ = K₁K₂U_iU_u.

Интегрирование может производиться в аналоговой или цифровой форме.

6. ИЗМЕРЕНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ

Измерение импульсной мощности производится в системах радио телеметрии, в системах передачи информации с кодоимпульсной, широтно-импульсной и фазоимпульсной модуляцией. В радиопередающих устройствах, радиолокации мощность в импульсе является важной энергетической характеристикой.

6.1. Косвенные методы измерения импульсной

мощности.