6.3. Электронные ваттметры и счетчики энергии

Принцип работы электронных ваттметров основан на преобразовании мощности в постоянный ток или последовательность однополярных модулированных импульсов. Одна из возможных функциональных схем представлена на рис. 6.6.

Рис. 6.6. Электронный ваттметр: а – функциональная система; б – временные диаграммы

На вход электронного аналогового перемножителя (ЭАП) от масштабных преобразователей поступают сигналы, пропорциональные напряжению и и току i. Перемножитель формирует функцию ui, представляющую собой мгновенную мощность. Среднее значение выходного тока измеряется магнитоэлектрическим измерителем (МЭИ) и соответствует величине активной мощности.

Более точными являются ваттметры с модуляционными множительными устройствами.

Функциональная схема электронного счетчика помимо перемножителя содержит фильтр Ф, преобразователь напряжения в частоту ПНЧ и электромеханический или электронный счетчик импульсов (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Функциональная схема электронного счетчика активной энергии

Электрический фильтр выделяет из кривой ui постоянную составляющую, которая пропорциональна активной мощности. Преобразователь ПНЧ преобразует это напряжение в последовательность импульсов постоянной амплитуды и длительности, частота которых пропорциональна активной мощности: Число импульсов за некоторое время соответствует количеству энергии: , где А – передаточное отношение счетчика.

Классы точности электронных счетчиков такие же, что и у индукционных и свидетельствуют о пределе допустимой основной погрешности. Однако у них заметно меньше дополнительные погрешности, обусловленные нестабильностью напряжения и частоты и несинусоидальностью. Кроме того, они имеют значительно меньшее собственное потребление.

6.4. Электронные омметры

В отличие от простых омметров с однорамочными и двухрамочными измерительными механизмами электронные омметры имеют равномерную шкалу и обладают более высокой точностью. Большинство электронных омметров работает на принципе преобразования измеряемого сопротивления в постоянный ток. Обычно для этой цели используют интегральные операционные усилители. Упрощенная принципиальная схема одного из таких омметров представлена на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Электронный омметр

На инвертирующий вход операционного усилителя через образцовый резистор R_о подано напряжение U_ст от стабилизатора напряжения. На этот же вход через измеряемое сопротивление R_x поступает выходное напряжение U_вых операционного усилителя. В результате усилитель оказывается охваченным отрицательной обратной связью, глубина которой определяется сопротивлениями R_о и R_x. Выходной ток операционного усилителя измеряется магнитоэлектрическим измерителем РА.

Пренебрегая напряжением между входами усилителя, имеем

Поскольку входной ток усилителя близок к нулю, можно полагать, что , т.е. , откуда

.

Ток измерителя

, (6.7)

где R_и – сопротивление измерителя; R_д – сопротивление добавочного резистора.

Уравнение (6.7) свидетельствует, что шкалу измерителя можно градуировать в единицах сопротивления, причем она будет равномерной. Выбор надлежащего предела измерения производят переключением образцового резистора R_о.

В реальных омметрах помимо элементов, представленных на рис. 6.7, имеется узел, предотвращающий перегрузку измерителя при отключенном R_х.

Точность омметра зависит от стабильности напряжения U_ст и точности образцового резистора R_о.