Устройство для измерения колебательной мощности генератора для электротехнологии

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ МОТ1НОСТИ ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения, перемножитель, сумматор и потенциометрический регулятор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены фильтр низких частот и термоэлектрический квадратор, причем выходы масштабных преобразователей подключены к входам перемножителя , выводы нагревателя термоэлектрического квадратора подключены параллельно последовательно соединенным фильтру низких частот и масштабному преобразователю тока, а выход термоэлектрического квадратора - к входу потенциометрического регулятора, входы сумматора соединены с выходами потенциометрического регулятора и перемножителя, а выход (Л является выходом устройства. s| со :О О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОь|ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН (19) (! 1) Ф

4(sI) С 01 R 21/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABiOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3568252/24-21 (22) .24.03.83 (46) 30.03.85. Бюл. Ф 12 (72) И.Т.@панько (53) 621.317. 38(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 240839, кл. С 01 R 21/06, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

В 239438, кл. С 01 R 21/06, 1967.

3 ° Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 3477086/ 18-21, кл. G 01 R 21/06, 1982. .(54)(52) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ, содержащее масштабные преобраэователи тока и напряжения, перемножитель, сумматор и потенциометрический регулятор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в него введены фильтр низких частот и термоэлектрический квадратор, причем выходы масштабных преобразователей подключены к входам перемножителя, выводы нагревателя термоэлектрического квадратора подключены параллельно последовательно соединенным фильтру низких частот н масштабному преобразователю тока, а выход термоэлектрического квадратора — к входу потенциометрического регулятора, входы сумматора соединены с выходами потенциометрического регулятора и перемножителя, а выход. является выходом устройства.

1147996

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам:для измерения мощности, в диапазоне высоких частот, и может быть использовано, например, для 5 измерения колебательной мощности генератора в электротермической или

Ъ ультразвуковой установке.

Известно устройство для измерения колебательной мощности генерато — 10 ра, содержащее индикатор (электродинамический ваттметр), токовая катушка которого включена в цепь катода генераторной лампы, а параллельная цепь соединена с выпрямительным 15 блоком, включенным на выходе делителя напряжения, подключенного к коле бательному контуру (1) .

Показания,индикатора пропорцио-. нальны произведению величин постоян-- щ ной составляющей анодного тока лампы и напряжения на колебательном контуре.

Однако точность такого устрой-. ства недостаточна вследствие нели.нейной зависимости между постоянной составляющей и первой гармоникой анодного тока и падает с увеличением фазового сдвига между анодным током и напряжением на контуре.

Известно также устройство для измерения колебательной мощности генератора, содержащее делитель напряжения, шунт и индикатор (электроди-намический указатель), причем токовая 35 обмотка индикатора с помощью шунта включена в цепь источника питания, а параллельная обмотка соединена с делителем напряжения, включенным на выходе колебательного контура )2) .40

Недостатками устройства являются ограниченный частотный диапазон и низкая точность измерения..

Первый недостаток обусловлен тем, что в качестве перемножителя исполь- 45 зован электродинамический ваттметр, верхняя грайица частотного диапазона которого не превышает 20 кГц.

Точность устройства дополнительно снижается при увеличении фазового сдвига между током и напряжением на контуре, если изменяют его,параметры.

Другим источником погрешности измерения является то, что*через токовую цепь ваттметра пропускают полный 55 ток, а не его первую гармонику, которая и определяет колебательную мощность.

Наиболее близким к предложенному является устройство для измерения мощностй, содержащее масштабные преобразователи тока и напряжения, выходы которых подключены к входам фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к первому входу перемножителя, а второй вход — к второму входу перемножителя и через последовательно соединенные потенциометрический регулятор н выпрямитель — к выходу масштабного преобразователя тока (3) .

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения. Это объясняется следующими прнчинами.

Как известно, погрешность фазочувствительного выпрямления пропорциональна egg. Для изменения режима генератора и его согласования с меняющейся нагрузкой приходится, как правило, изменять параметры колебательной системы. При этом частота генерации может отличаться от.собственной резонансной частоты контуров на 10 — 153. Можно показать, что угол сдвига фаз между напряжением на контуре и током в фидере, соединяющем колебательный контур с актив-. ным элементом генератора, при этом о достигает 20 . Следовательно, погрешность фазочувствйтельного выпрямления становится недопустимо

;большой, Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения колебательной мощности, генератора для электротехнологии, содержащее масштабные преобразователи тока и на- пряжения, перемножитель, сумматор и потенциометрический регулятор, дополнительно введены фильтр низких частот и термоэлектрический квадратор, причем выходы масштабных преобразователей подключены к входам перемножителя, выводы нагревателя термоэлектрического квадратора.подключены параллельно последовательно соединенньич фильтру низких частот и масштабному преобразователю тока, а выход термоэлектрического квадратора — х входу потенциометрического регулятора, входы сумматора соединены с выходами потенциометрического

11479 (2) (s) вР Ф 5 а ) регулятора и перемножителя, а выход является выходом устройства.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства применительно к ламповому генератору °

Устройство содержит масштабные преобразователи 1 и напряжения 2, выходы которых соединены с входами перемножителя 3, фильтр 4 10 низких частот, включенный в катодную цепь генераторной лампы 5 последовательно с преобразователем тока 1.

Параллельно преобразователю 1 и фильтру 4 подключены выводы нагрева- 15 теля термоэлектрического квадратара 6, содержащего последовательно . соединенные термоэлектрический преоб-. разователь 7 и дифференциальный усилитель 8 постоянного тока, выход ко1 торого через потенциометрический регулятор 9 подключен к первому входу сумматора 10, второй вход которого соединен с выходом перемножителя 3, а выход является выходом устройства. 2S

Предложенное устройство рабо1ает следующим образом.

Колебательная мощность лампового

Генератора измеряется как разность между мощностью выпрямителя и мощностью потерь на аноде лампы 5 и в элементах генератора, т.е.

P РО РяФ (1) где Р— колебательная мощность генератора, кВт;

Р— мощность выпрямителя, кВт.;

Ро Па То о0

Р— мощность потерь на аноде

0 и в контурах,:кВт;

Р— I ° R.a a 10

I - действующее значение анода ного тока генераторной лампы, А;

I . — постоянная составляющая

50 анодного тока, А;

Π— напряжение источника анодного питания, кВ;

R — - -- полное сопротивление потерь на аноде генераторной лампы и в элементах колебательного контура, Ом.

Сигнал постоянного тока, пропорциональный Р„, вырабатывается на выходе перемножителя 3, на первый вход которого поступает напряжение:с выхода преобразователя 2 напряжения, пропорциональное Оо, а на второй вход — выходное напряжение преобразо96

Ю вателя 1. В цепи катода лампы 5 проI исходит разделение анодного тока.

Через нагреватель преобразователя 7 проходит полный анодный ток, представляющий собой в общем случае сумму постоянной составляющей Хо, пер" о вой и высших гармоник. Благодаря введению в цепь катода фильтра 4 низких частот, препятствующего прохождению через преобразователь 1 переменных составляющих анодного тока, выходной сигнал преобразователя тока пропорционален I< о

Часть постоянной составляющей анодного тока, проходящей через преобразователь 1, равна ян

Г пт ао о +я 4я

IIr Ф и где R — сопротивление нагревателя преобразователя 7, Ом;

R — сопротивление преобразова-.

Цт теля 1, Ом;

R — активное сопротивление фильтра 4, Ом.

Падение напряжения на цреобраэова. теле .! тока

< . -а„Rnr

0 — К,-то, (3) у н

R н где М,= — — — — — - коэффициент про" ф " порциональности.

Напряжение на выходе перемножителя 3

О„=к 0> 0 -ki. 1 г Ua о, ."зло у (4) где 1-„,k3 — коэффициенты пропорциональности.

Выходное напряжение квадратора 6 с достаточной для практики точностью можно считать пропорциональнъак квадрату тока в нагревателе, т.е.

UN k4 IQ где 1с — коэффициент пропорциональности

Tom I„, проходящий через потеициометрический регулятор 9, вызываег падение напряжения U которое по-.

IIP в дается на первый вход сумматора 10 где k< — коэффициент передачи регулятора 9.

1147996

Составитель С.Кабиков

Редактор Л.Веселовская Техред Л.Микеш Корректор В.Гирняк

Заказ 1571/38 . Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4

На выходе сумматора 10, который представляет собой дифференциальный операционный усилитель с усилением разности входных сигналов, возникает напряжение Ущ„„

rpe k — коэффициент передачи сум6 матора 10.

В режиме холостого хода генератора, т.е. когда нагрузка отключена от колебательного контура генератора, мощность Р полностью равна потерям на аноде и в контуре, следовательно, разность между ними.в этом режиме равна нулю.

Если за счет выбора величины k< добиться нулевого показания индикатора, т.е.

Вне "Ь(М,Ро "e 1 S „)= можно считать, что величина

k k

1(o пропорциональна мощности потерь Р .

В рабочем режиме генератора прй неизменной величине Р„ эта величина всегда пропорциональна мощности потерь Ра и, следовательно, выi k6k3 (Po "Pa ) -k6ksP2

Значит, показания индикатора при ,неизменном положении движка регулятора 9 в любом режиме генератора.пропорциональны его колебательной мощности.

Предложенное устройство можно использовать также для измерения колебательной мощности транзисторных генераторов, которые в электротехнологии применяются только в ультразвуковых установках (в связи с заменой лампы транзистором речь должна ,идти о коллекторе вместо анода, масштабные преобразователи могут быть выполнены иначе). В ионных преобразователях частоты устройство использовать нельзя, так как на практике обычно применяют преобразователи со скрытым звеном постоянного тока.

Предложенное устройство имеет более высокую точность по сравнению с прототипом, так как вследствие изменения алгоритма преобразования исключается необходимость выявления фазового угла между напряжением на контуре и током в фидере, соединяющем контур с активным элементом. При изменении связи между контурами (в многоконтурном генераторе), согласовании генератора с нагрузкой, 30 регулировании энергетического режима за счет изменения параметров колебательной системы этот угол изменя„о ется на 15, расчетное значение максимальной погрешности измерения cosY при этом 27Х . В предложенном устройстве погрешность измерения, вызванная изменением указанного фазового угла, устраняется полностью.