Изобретение относитс к электроизмерительной технике к может быть использовано дл создани точных аналоговых и цифровых измерителей мощности переменного тока/ . По основному авТо св„ № 771559 известен преобразователь мощности Е напр жение посто нного тока содержащий два источника опорного напр женрш , дифференциальньй операционный усилительS активный интеграторj масштабный преобразователь и дифференциальньй термокомпаратор„ два нагревател которого соединены с выходами двух сумматоров, вход одного из них вл етс входом преобразовател мощности, а выход дифференциального термокомпаратора соединен через активньш интегратор с выходом преобразовател мощности, а также два блока вычитани входы которых соединены с соответствующими входами сумматоров., вход одного из них - с вькодами первого источника опорного напр жени , а их выходы подключены к входам второй пары нагревателей термокомпаратора . Кроме того, выход активного интегратора, через масштабный преобра зователь соединен с инвертирзтощШг входом дифференциального усилитеп , ,к его неинвертирующему входу подключен выход второго источника опорного напр жени , пол рность которого соот ветствует пол рности выходного напр жени активного интегратора,. Выход усилител соединен с общим выводом встречного соединени тех термоэлектродов дополнительнык термопар, рабочие спаи каждой из которьпс имеют тепловой контакт с одним противоположным торцом дифференциального полу проводникового термоэлемента, пол рность которых соответствует пол рное ти включени.с на вход ус:илктел второ го источника опорного напр жени Гij Недостатком данного преобразовате . вл етс низка точность преобразова ни , из-за неидентичности его В.АХ в динамическом диапазоне преобразовани поскольку наблюдаетс смещение рабочей точки. ВАХ, так как имеет место несоответствие зависда1остей ЭДС дифференциального полупроводникового термоэлемента и дополнительных термо пар от выдел емого в их рабочих спа тепла (соответственно тепла Джоул и тепла Пельтье, т.е. зависимости квадратична и линейна соответстт.гек но). В св зи с этим, при динамическом диапазоне преобразовани входных сигкалоЕ: ДО дБ и более,, происходит пгре.нещение рабочей, точки преобразозан .и термоксмпарап ора вдсс:;:, ЪАХ по каладому вь-ходу-входу обес;с.-;ить идентичность которьк в этом случае весьма сложно. Цель изобретени повьюление точности преобразовани путем овышени стабильности рабочей точки термокомпаратора , Поставленна цель достигаеггс ТИМ., что в преобр,азоват8пе г. в напр жение посто нного тока выход дифференциального усилител подключен к первым выводам дополнительных термопар термокомпаратора через дополН: тельнс введенньй нелинейный блок с передаточной характеристикой вида ,r, где выходное напр жение нелинейного блока; k - коэффициент пропорциональНОСГИ| . U|i,.j - входное напр жение нелиней- .юго блока. На фиг. 1 представлена функциона ,з1ьна схема преобразовател мощности в напр жение посто нного тока; на фиг. 2 - saKoHbi изменени тепла Джоул и Пельтье„ Преобразователь мощности и напр жение посто нного тока содержит дифференциальньй термокомпаратор 1, состо щий из 4-к нагревателей 2-5, чувствительного элемента - дифференциального полупроводниково.го термоэлемен- та 6 и дсгшлните.пьных термопар 7 и 8, первнй источник 9 опорного напр ени посто нного тока, сумматоры 10 и 11J блоки 12 и 13 вычитани , активный интегратор 14, масштабный преобразователь 15, дифференциальный операционный усилитель 16 с инертирующим 16,1 и неинвертирующим 16,2 входами,; .второй источник 17 опорого напр жени посто нного тока. У и выходную ходные клеммы 20, а также нелинейный блок 21. Преобразователь мощности в напр жение посто нного тока работает следующим образом, В неходком состо нии,, когда сигна ..ггь) ихэ 1х; ЕО отсутствуют, напр жение Urt источника 17 пс ступает на неннвертирующий вход 16.2 усилител 16, усиленное напр жение пр мой пол рнос ти которого в нелинейном блоке 21 преобразуетс к виду Ьши 1 а I Кц U6,,K,KXf Де Ьы«а, выходное напр жение нелинейного блока 21; k, коэффициент передачи нелинейного блока 21; его входное напр жение; коэффициент передачи усилител 16. Выходное напр жение нелинейного блока 21 поступает на дополнительные термопары 7 и 8 термокомпаратора 1, что приводит к протеканию по ним посто нного тока пр мой пол рности в направлении от положительного термоэлектрода к отрицательному и вызывает выделение одинакового количества тепла Пельтье в их рабочих спа х. Это приводит к выводу термокомпарато ра 1 на рабочую точку, где крутизна вольт-амперных характеристик преобра зовани имеет номинальное (заданное) значение. При этом 0, так как температуры рабочих спаев термоэлемента 6 равны между собой. Входное напр жение V и входной ток 1, мощность которых необходимо измерить, с клемм 18 и 19 поступают на соответ ствующие входы сумматора 10 и блока 12 вычитани , с выходов которых они подаютс на нагреватели 2 и 5 соответственно . В результате этого на торцах термоэлемента 6 создаетс раз ность темпе Ьатур, что вызывает по вление на выходе термокомпаратора 1 термо-ЭДС, котора усиливаетс интег ратором 14 и поступает на клемму 20 преобразовател . Выходное напр жение и. интегратора 14 через блок 13 вычитани и сумматор 11, на вторые входы которых поступает напр жение Eg с источника 9, подаетс соответственно на нагреватели . 3 и 4 термокомпаратора 1, уве личива разбаланс термо-ЭДС термоэле мента 6, что вызывает увеличение U на выходной клемме 20 интегратора 14 Выходное напр жение интегратора 14 через масштабный преобразователь 15 поступает на инвертирующий вход 16.1 усилител 16, что приводит к уменьшению напр жени 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 результирующа температура торцов термоэлемента 6 не становитс первоначальной . При дальнейшем росте U и 1, когда эти сигналы достигают, например , номинальных значений нагревателей 2 и 5, напр жение на выходе масштабного преобразовател 15 становитс равным напр жению источника 17 ив этот момент выходной ток усилител 16 становитс равным нулю. В случае дальнейшего увеличени Ux и 1)( выходное напр жение масштабного преобразовател 15 превышает опорное напр жение IL источника 17 и на выходе усилител 16 напр жение Up мен ет пол рность, т.е. становитс -U(,X(y . В этом случае в соответствии с (1) выходное напр жение блока 21 становитс равным IUgbixar-lt«(-U x«UUlxii)-K,; К,() Последнее обсто тельство приводит к изменению направлени тока через термопары 7 и 8 и тепловьвделение Пельтье в их спа х смен етс теплопоглощением , т.е. охлаждением этих спаев. В результате этого результирующа температура торцов термоэлемента 6 уменьшаетс до исходной (первоначально заданной выбором напр жени ЕО) . Таким образом, осуществл етс увеличение чувствительности, динамического диапазона и надежности преобразовател , исключаетс возможность перегрузки входных цепей термокомпаратора . В конце цикла уравновешивани наступает тепловой баланс на торцах термоэлемента 6, который с погрешностью активного интегратора имеет вид следующего уравнени . K,(U,0/+K4.(Eo-U6,,n- KTaui-Ubwx) KjlUxJ/+K(,,lUo-Uib,x) где Ц, k, k, k4 - коэффициенты преобразовани компаратора 1 по нагревател м 2-5 соответственно; k, коэффициенты передачи термопар 7 и 8; S После соответствующих преобразо ваний получают - 4UxJx 4Ec,UB,, , (3) и, .кРх РХ Uxlif Следовательно, выходное напр жение U(,yx преобразовател пр мо пропорционально измер емой мощности Р Известно, что тепло, вьщёл ющеес в нагревател х 2,3 и 4,5 согласно закону Джоул пропорционально И где kj - коэффициент пропорциональности IH нагревателей 2-5. Тепло, которое вьщел етс в терм парах 7 и 8 прототипа согласно зако Пельтье пропорционально току, проте кающему через эти термопары. Следовательно , в прототипе имеет место несоответствие между квадратичным з коном изменени тепла Джоул линейным законом изменени тепла Пельтье Qn п-Ц. где П - коэффициент Пельтье, 1 - ток через термопары 7 и 8 Эти законы изображены на фиг. 2 соответственно кривой 22 и пр мой Так, например, при работе термокомп ратора 1 в динамическом диапазоне токов его нагревателей от 1 до I... (вызванных изменением измер емых сигналов U и Ту) имеет место нескомпенсироранна разность тепло 196 ты Др, котора равна нулю тольков двух точках диапазона (1щ и 1 и имеет максимальное значение в середине диапазона. можно уменьшить в два раза выбором середины диапазона измерени в качестве точки полной компенсации (пр ма 24). Однако достичь полной компенсации тепла Джоул (например, при его увеличении) соответствующим уменьшением тепла Пельтье в прототипе принципиально невозможно , что при отклонении коэффициентов передачи термокомпаратора по всем нагревател м как друг о г друга, так и от квадратичного закона приводит к погрешности преобразовани мощности, котора может составл ть 0,5-2% и даже более. В св зи с тем, что в данном преобразователе ток, проход щий через и -Чьж-У термопары 7 и 8, равньй R-n R - сопротивление термопар, то с учетом соотношений (1) и (2) тепло Пельтье ПК™; и Из (5) видно, что в данном преобразователе подбором коэффициента про порциональности k.p,| (т.е. коэффициентов передачи масштабного преобразовател 15, усилител 16 и коэффициента Пельтье П) можно достичь практически полной идентичности законов изменени QgjK и Q, т.е. стабилизировать рабочую точку термокомпаратора 1 и тем самым уменьшить погрешность от неидентичности его вольтамперных характеристик (ВАХ) по обоим торцам (гор чим спа м). Таким образом, предлагаемый преобразователь мощности обладает повышенными метрологическими характеристиками по сравнению с прототипом.This invention relates to electrical measuring technology and can be used to create accurate analog and digital AC power meters. According to the main circuit number 771559, a power converter E is a direct voltage voltage containing two sources of reference voltage, a differential operational amplifier, an active integrator, a large-scale converter, and a differential thermocomparator, two heaters connected to the outputs of two adders, the input of one of which is an input the power converter, and the output of the differential thermal comparator is connected via an active integrator with the output of the power converter, as well as two subtractors the inputs of which are connected to the corresponding inputs of the adders, the input of one of them is connected to the codes of the first source of the reference voltage, and their outputs are connected to the inputs of the second pair of heaters of the thermocomparator. In addition, the output of the active integrator, through a scale converter, is connected to the inverter input of the differential amplifier, and the output of the second source of the reference voltage, the polarity of which corresponds to the polarity of the output voltage of the active integrator, is connected to its non-inverting input. The output of the amplifier is connected to the common output of the opposite connection of those thermoelectrodes with additional thermocouples, the working junctions of each of which have thermal contact with one opposite end of the differential semiconductor thermoelement, the polarity of which corresponds to polarity of the second source of reference voltage Giju disadvantages The disadvantage of this transform. the conversion accuracy is low due to the non-identity of its V.AX in the dynamic range of the conversion, since a shift in the operating point is observed. VAC, since there is a mismatch between the dependences of the emf of a differential semiconductor thermoelement and additional thermo pairs from the heat generated in their working spas (respectively, Joule heat and Peltier heat, i.e., the dependence is quadratic and linear with corresponding hectares). In this connection, with a dynamic range of conversion of input signals: UP to dB and more, a working condition is formed, the point is transformed, and the thermal field is on:: ;, BAX on each turn-input input; Identity is difficult in this case. The purpose of the invention is to improve the accuracy of conversion by increasing the stability of the thermal comparator operating point. The goal is to achieve a TIM. That the output of the differential amplifier is connected to the first terminals of the additional thermocouple of the thermal comparator through an additional voltage: a non-linear unit with a transfer terminal characteristic type, r, where the output voltage of the nonlinear unit; k - proportional coefficient | . U | i, .j is the input voltage of a non-linear block. FIG. Figure 1 shows the function, the wiring diagram of the power converter to the DC voltage; in fig. 2 - saKoHbi Joule and Peltier heat changes The power converter and the DC voltage contains a differential thermal comparator 1, consisting of 4 to 2-5 heaters, a sensitive element — a differential semiconductor thermoelement 6 and dccnlite. Thermocouples 7 and 8, the first source of the reference voltage of direct current, adders 10 and 11J subtraction blocks 12 and 13, active integrator 14, large-scale converter 15, differential operational amplifier 16 with inerting 16.1 and non-inverting 16.2 inputs ,; .second source of direct current voltage testing. The Y and the output output terminals 20, as well as the non-linear unit 21. The power converter to the DC voltage operates as follows, In a slow-moving state, when the signal .. yyy) ihe 1x; HU are absent, the voltage Urt of the 17 ps source goes to the non-inverting input 16.2 of the amplifier 16, the amplified voltage of the direct field of which in the nonlinear block 21 is converted to the form Kshi 1 and I Kts U6, K, KXf Deby, and the output voltage of nonlinear unit 21; k, the transfer coefficient of the nonlinear block 21; its input voltage; the transfer coefficient of the amplifier 16. The output voltage of the nonlinear unit 21 is supplied to additional thermocouples 7 and 8 of thermocomparator 1, which leads to direct current flow through them from the positive to the negative thermoelectrode and leads to the release of the same amount of Peltier heat in their working spas x. This leads to the output of thermal coupler 1 at the operating point, where the slope of the current-voltage conversion characteristics has a nominal (specified) value. In this case, 0, since the temperatures of the working junctions of thermoelement 6 are equal to each other. The input voltage V and the input current 1, the power of which is to be measured, from terminals 18 and 19 are fed to the corresponding inputs of the adder 10 and the subtracter 12, from the outputs of which they are fed to heaters 2 and 5, respectively. As a result, at the ends of the thermoelement 6 a temperature difference is created, which causes the appearance at the output of thermocomparator 1 thermo-EMF, which is amplified by integrator 14 and fed to terminal 20 of the converter. Output voltage and. the integrator 14 through the subtraction unit 13 and the adder 11, the second inputs of which receive the voltage Eg from the source 9, is respectively fed to the heaters. 3 and 4 of thermocomparator 1, the thermo-emf unbalance of thermoelement 6 increases, causing an increase in U at the output terminal 20 of the integrator 14 The output voltage of the integrator 14 through the scale converter 15 goes to the inverting input 16.1 of the amplifier 16, which leads to a decrease in voltage the input and output of the unit 21 and, consequently, to a decrease in current through thermocouples 7 and 8, as a result of which the Peltier heat dissipation in them drops until the resulting temperature of the ends of the thermoelement 6 becomes initial. With further growth of U and 1, when these signals reach, for example, nominal values of heaters 2 and 5, the voltage at the output of scale converter 15 becomes equal to the voltage of source 17 and at this point the output current of amplifier 16 becomes zero. In case of further increase of Ux and 1) (the output voltage of the large-scale converter 15 exceeds the reference voltage IL of source 17 and at the output of amplifier 16 the voltage Up changes polarity, i.e. becomes -U (, X (y. In accordance with (1), the output voltage of the block 21 becomes equal to IUgbixar-lt ((- U x U UUlxii) -K,; K, (). The latter circumstance leads to a change in the direction of current through thermocouples 7 and 8 and Peltier heat dissipation their spades x are replaced by heat absorption, i.e. cooling of these junctions. As a result, the resulting temperature of the ends Thermocouple 6 is reduced to the initial (initially given by the choice of voltage ЕО). Thus, the sensitivity, dynamic range and reliability of the converter are increased, the possibility of overloading the input circuits of the thermocompactor is eliminated. At the end of the equilibration cycle, the heat balance at the ends of the thermoelement 6, which with the error active integrator has the form of the following equation. K, (U, 0 / + K4. (Eo-U6,, n-KTaui-Ubwx) KjlUxJ / + K (,, lUo-Uib, x) where C, k, k, k4 are the conversion factors of the comparator 1 for the heater m 2-5, respectively; k, thermocouple transfer coefficients 7 and 8; S After the corresponding transformations, 4UxJx 4Ec, UB ,,, (3) and, kpx PX Uxlif are obtained. Therefore, the output voltage U (, yx converter is direct proportional to the measured power P It is known that the heat used in heaters 2.3 and 4.5 according to Joel's law is proportional to And where kj is the proportionality coefficient IH of heaters 2 to 5. Heat that is expressed in term pairs 7 and 8 The type according to the Peltier law is proportional to the current flowing through these thermocouples.Therefore, in the prototype there is a discrepancy between the quadratic law of heat change Joel and the linear law of the Peltier heat Qn.C. where P is the Peltier coefficient, 1 is the current through thermocouples 7 and 8 These laws are depicted in Fig. 2, respectively, by curve 22 and direct. Thus, for example, when the thermo-comparator 1 operates in the dynamic range of currents of its heaters from 1 to I ... (caused by changes in the measured signals U and Ty), there is an uncompensated difference The heat core is 196 Other, which is equal to zero only at two points of the range (1yu and 1 and has a maximum value in the middle of the range. can be halved by choosing the middle of the measurement range as a full compensation point (right 24). However, to achieve full compensation of heat Joule (for example, when it is increased) by a corresponding decrease in Peltier heat in the prototype is impossible in principle that when the transfer coefficient of the thermal comparator across all heaters both from each other and from the quadratic law deviates, may be 0.5-2% and even more. Due to the fact that in this converter the current passing through and -CJ-U thermocouples 7 and 8 is equal to R-n R - the resistance of thermocouples, then taking into account relations (1) and (2) Peltier heat PM ™; and From (5) it can be seen that in this converter the selection of the proportionality coefficient k.p, | (i.e., the transfer coefficients of the scale converter 15, the amplifier 16, and the Peltier coefficient P), one can achieve almost complete identity of the laws of change of QgjK and Q, i.e. stabilize the operating point of thermocomparator 1 and thereby reduce the error due to the nonidentity of its current-voltage characteristics (I – V) at both ends (hot spades). Thus, the proposed power converter has improved metrological characteristics compared with the prototype.
п te.n te.
22