- •Лекція3 методи вимірювань потужності і енергії
- •3.1 Потужність, енергія і методи їх вимірювань
- •3.2 Вимірювання енергії за допомогою електро-механічних перемножувачів
- •Вимірювання енергії однофазного змінного струму. Індукційні лічильники електроенергії
- •3.3 Вимірювання енергії за допомогою електронних перемножувачів
- •Модуляційний метод вимірювання потужності
- •Вимірювання потужності методом статистичних випробувань (метод Монте-Карло)
- •3.4 Калориметричний (тепловий) метод вимірювання потужності і енергії
- •Контрольні запитання:
3.3 Вимірювання енергії за допомогою електронних перемножувачів
До електронних перемножувачів відноситься широкий клас електронних і напівпровідникових пристроїв, в яких операція перемноження здійснюється за допомогою ефекту Холла [4], модуляції вхідних сигналів і низки інших методів [5].
Модуляційний метод вимірювання потужності
Цей метод грунтується на перемноженні вхідних сигналів Uu та Ui шляхом використання їх для подвійної модуляції імпульсного сигналу. При цьому аналогові сигнали Uu та Ui лінійно перетворюються на частоту, переіод, амплітуду або тривалість імпульсного сигналу з наступним його інтегруванням. Найчастіше використовуються комбінації широтно-імпульсної (ШІМ) і амплітудної модуляції (ШІМ–АМ), широтно-імпульсної і частотної модуляції (ШІМ–ЧМ), частотної і амплітудної модуляції (ЧМ–АМ).
Н
Рисунок 3.2 -
Вимірювання потужності модуляційним
методом.
S(t)= uuti = k∙uuui. (3.17)
Напруга на виході інтегратора Σ пропорційна до до середньої потужності.
При використанні модуляції ШІМ–ЧМ (рис. 3.2, в) один з вхідних сигналів, наприклад uu, подається на перетворювач напруга-частота ПНЧ. Імпульси з ПНЧ надходять на інтегратор Σ через ключ К, який відкривається на час, що дорівнює тривалості імпульсу з ШМ, котрий, в свою чергу, керується другим сигналом (ui). Число імпульсів в кожному пакеті на вході інтегратора Σ пропорційне до миттєвої напруги:
Nu = fu ti = k1 uu k2 ui. (3.18)
Застосування цифрових інтеграторів дозволяє легко створити ватметри з цифровим відліком.
Усі модуляційні методи мають методичну похибку, обумовлену скінченним значенням тривалості циклу модуляції, що обмежує верхню межу частотного діапазону. При Т0=5 мкс і частоті вхідних сигналів 10 кГц похибка ватметра на базі ШІМ–АМ складає 0,1%.
Вимірювання потужності методом статистичних випробувань (метод Монте-Карло)
Цей метод грунтується на відтворенні функції перемноження згідно з теоремою теорії імовірності: імовірність суміщення двох випадкових подій Е1 і Е2 дорівнює добутку імовірностей існування кожної з них:
P{E1∩E2} = P{E1}∙P{E2}. (3.19)
При використанні цього методу вимірювання потужності провадиться шляхом проведення багаторазових актів порівняння миттєвих значень вхідних сигналів uu(t) i ui(t) з миттєвими значеннями двох незалежних випадкових напруг з рівномірним законом розподілу густини імовірності [1].
Цей метод використовується для вимірювання потужності в звуковому діапазоні частот при малих cos φ. На частотах 1…2 МГц похибка методу не перевищує 0,2…0,5%.