Импульс выводится на экран осциллографа;
на диод детектора подается определенное прямое смещение, переводящее его рабочую точку в область требуемых импедансов — длятого чтобы отклик стал почти линейным. Напряжение с выхода диода поступает на один из входов механического прерывателя, ана другой его вход подается постоянное напряжение, которое может регулироваться. При правильно сделанной синхронизации получается, что оба сигнала видны на экране. Сначала, до прихода импульса, обе кривые на экране совпадают на нулевом уровне. Уровень постоянного смещения на выходе и компенсация дрейфа диода эффективно можно регулировать регулятором установки нуля на панели приборов. При поступлении на вход высокочастотногосигнала, уровень опорного напряжения регулируется таким образом, чтобы былосовмещение с максимумом значением импульса, которое регистрируется прибором, калиброванным в единицах мощности. Данный метод применяется приизмерении импульсной мощности в диапазоне от 50 МГц до 2 ГГц смаксимальной длительностью импульса не более 0, 25 мкс. Рисунок 3.7 — Метод измерения импульсной мощности путем сравнения с мощностью постоянного тока3.
3.3 Интегрально-дифференциальный метод.
Сущность метода заключается в том, что для измерения импульсной мощности используется датчик, характеризующийся большой температурной постоянной времени, например — бареттера. Бареттер имеет тепловую постоянную времени от 100 до 200 мкс, в связи с чем, выходной сигнал представляет собой сигнал, который проинтегрирован. В одно плечо моста Уитстона включается бареттер; привходном прямоугольном сигнале на выходе после интегрирования получается линейно нарастающий сигнал, наклон которого прямо пропорционален измеряемой пиковой мощности; далее сигнал усиливается и с помощью активных и пассивных элементов дифференцируется для воссоздания импульса первоначальной формы и подается через пиковый детектор на прибор, имеющий шкалу мощности. При описанных измерениях важную роль играют характеристики бареттера, а также и параметры самого измеряемого импульса. При слишком коротком импульсе, бареттер не успевает достаточно нагреться, чтобы генерировать сигнал. В противном случае, при длительности импульса, близком к постоянной времени бареттера, интегрирование будет недостаточно точным. Максимальная мощность определяется параметрами бареттера. Как правило, длительность измеряемых импульсов составляет от 0,25 мкс до 10 мкс с частотой повторения (100÷10 000) импульсов за секунду, а измеряемый уровень мощности — не более 300 мВт. 3.
3.4Метод дискретизации с запоминанием отсчетов.
Сущность данного метода, заключается в способности диодного детектора относительно быстро измерять мощность. Как видно из рисунка 3.8, часть входного сигнала в интервале от 50 нс до 100 нс, выделяется и задерживается конденсатором, после чего усиливается и измеряется. Регулируя время задержки, возможно определить максимальную мощность огибающей и построить профиль всего импульса, после чего становится легко определить импульсную мощность. Данный метод позволяет измерять пиковую мощность при длительности импульсов не менее 0,2 мкс. Рисунок 3.8 — Метод дискретизации с запоминанием3.
4 Цифровые ваттметры.
Цифровые ваттметры построены основе логических элементов перемноженияаналоговых или дискретных значений напряжения u (t) и тока i (t) (рисунок 3.
9.).Рисунок 3.9 — Структурнаясхема цифрового ваттметра: а) На основе аналогового перемножения; б) -На основе цифрового перемножения.
В цифровых ваттметрах, выполненных по схеме преобразования аналоговых значений напряжения и тока в дискретные значения, которые характеризуются соответствующими цифровыми кодами, логические действия осуществляются с помощью специальных цифровых устройств. Данные ваттметры характеризуются относительно высоким быстродействием, которое определяется характеристиками аналогово цифрового преобразователя (АЦП). В таких ваттметрах используются АЦП с двухтактным интегрированием, а также встроенные микропроцессоры.
3.5 Конструктивные схемы счетчиков электрической энергии3.
5.1 Индукционныесчетчики.
Количество электрической энергии определяется выражением, (3.6)где — количество измеряемой энергии, Втч; - электрическая мощность, которая потребляемая нагрузкой, Вт. В большинстве случаев, для измерения электрической энергии применяются счетчики с индукционными механизмами (рисунок 3.10). Рисунок 3.10 — Конструктивная схема индукционного счетчика.
Как видно из рисунка 3.10, основными элементами счетчика являются: катушки или электромагниты, которые соединеныпоследовательно или параллельно и алюминиевый диск, закрепленный на оси. Постоянный магнит предназначен для создания момента нагрузки. Обмотка электромагнита включается последовательно нагрузке и выполняется с малым числом витков и относительно толстым проводом для минимизации потерь. и включается в цепь последовательно с нагрузкой. По конструктивным особенностям и расположению сердечникакатушки счетчики можно разделить на радиальные (катушки располагаются по радиусу диска) и тангенциальные (катушки располагаются по хорде диска) Потребляемая мощность пропорциональна частоте вращения диска и будет определяться взаимодействием полей, создаваемыми катушками и постоянным магнитом. Технические характеристики, классы точности и допустимые погрешности индукционных счетчиков регламентируются ГОСТ 6570–75 [11]. Дополнительные погрешности могут возникать вследствие несинусоидальной формы кривой токов и напряжений, а также из-за колебания напряжения и частоты и т. дРассмотренный вид счетчиков относится к аналоговым приборам, помимо которого в настоящее время получают широкое распространение цифровые счетчики. Цифровые счетчики конструктивно построены аналогично цифровым ваттметрам, которые рассматривались ранее, поэтому в данном вопросе в рассмотрении их конструкций нет необходимости.
Заключение
.
В процессе выполнения данной работы были основные вопросы, связанные с преобразователями и приборами для измерения электрической мощности и энергии. В первом разделе рассматривался вопрос исторического появления и развития. Из изложенного следует, что появление и развитие данного вида техники непосредственно связано с развитием самой электротехнической и энергетической отрасли. Обозначены основные предпосылки для появления первых ваттметров и счетчиков электрической энергии, а также первые запатентованные конструкции. Рассмотрены принципы действия и методы измерения электрической мощности первых счетчиков, приведены их достоинства и недостатки. Индукционные счетчики, применяемые и в настоящее время в качестве приборов учета электрической энергии в большинстве энергосистем, были разработаны еще в конце 19 века. Основой их дальнейшего совершенствования стало улучшение массогабаритных показателей, а также улучшения надежности и эстетических характеристик, путем использования наиболее перспективных электротехнических материалов и технологических методов, принцип действия остался неизменным до настоящего времени. Во втором разделе приведена основная классификация приборов и преобразователей для рассматриваемого применения. Основой для классификации служит характер электрической сети, т. е. частота напряжения и тока. В связи с чем, приборы для измерения мощности и энергии можно разделить на: — приборы постоянного тока и относительно невысокой частоты (до 1 Гц), находящие применение в качестве приборов учета и индикации работы промышленных и бытовых энергосистем;
— приборы высокого и сверхвысокого диапазона частот, применяемые для индикации работоспособности радиоэлектронных устройств. В третьем разделе рассмотрены основные конструктивные схемы, характерные для той или иной области применения приборов измерения электрической мощности. Описаны принципы работы, приведены необходимые аналитические выражения, обозначены достоинства и недостатки, а также указаны области применения различных ваттметров и счетчиков. С развитием радиоэлектронной базы и цифровых микросхем появилась возможность использовать технологии с цифровой обработкой сигналов и встроенным программным обеспечением. Цифровые приборы учета и индикации электрической энергии отвечают всем необходимым техническим требованиям и характеризуются высокой функциональностью, в связи с чем, развитие именного этого направления является наиболее перспективным.
Список литературы
1.
И. А. Глебов. История электротехники. Под ред.
А. И. Глебова. — Издательство МЭИ, 1999, 524 С.
2. Б. Я. Авдеев, Е. М. Антонюк, Е. М. Душин и др. Основы метрологии и электрические измерения. Под ред. Е. М. Душина.: Учебник для вузов, — 6-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. 1987 г.
3. А. В. Фремке и Е. М. Душина. Основы метрологии и электрические измерения. Под редакцией Фремке.
А.В.: Ленинград. Изд.: «Энергия», 1980.
4.Э. Г. Атамалян. Приборы и методы измерения электрических величин: учеб. пособие для вузов. Э. Г. Атамалян. 3-е издание, перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2005 г.
5.Ф. Мейхда. Электронные измерительные приборы и методы измерений. Издательство: «Мир», 1990.
6. К. К. Ким. Метрология, стандартизация, сертификация и электроизмерительная техника. Под редакцией К. К. Ким, Издательство «Питер», 2006.
7. К. П. Дьяченко. Электрические измерения. Средства и методы измерений (общий курс). Под ред. Е. Г. Шрамкова, 1972.
8. Ю. М. Борисов, Д. Н. Липатов, Ю. Н. Зорин. Электротехника. Учебник для вузов. — 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
9. Ф. С. Дмитриев, Е. А. Киселева, Г. П. Лебедев и др. Аналоговые электроизмерительные приборы. Под ред. А. А. Преображенского. — М.: Высшая школа, 1979.
10. Г. Д. Бургун, Б. Н. Марков. Основы метрологии. — М.: изд-во стандартов, 1978.
11. ГОСТ 6570–75. Счетчики электрические активной и реактивной энергии индукционные. Общие технические условия.
