双加热丝多元热电偶型标准交流功率、电压、电流测量仪

　　热电偶具有卓越的交直流等效特性,它早已为各国,其中也包括我国,用于建立交流电压、电流、功率的基准器,以及高准确度等级的标准表。

　　我们借鉴国内应用热电变换器的丰富经验,利用上海电表厂生产的具有优良性能的FE-10型双加热丝热电变换器,就工频标准交流功率、电压、电流表的研制进行了多年的探索。考虑到若采用双热电偶电路则必须对两个热电偶的特性进行困难的配对,因此选择了单热电偶电路的研究方案。

　　1　测量功率的工作原理

　　FE-10型热电变换器(双加热丝多元热电偶)的结构如图1所示。图中,H1、H2为加热电阻丝,它们分布在多元热电偶诸热端的上、下两侧,与多元热电偶的热端间用厚度仅为7μm的云母片加以绝缘,因而H1、H2的热量能够损失极少地传到热端。多元热电偶由44对热电偶串联而成。由于H1、H2的两个端部温度分布不均匀,因此两端各有3对热电偶舍之不用,仅起保护中部热电偶均匀受热的作用。中部的38对热电偶为工作热电偶,其串联输出的总热电动势为ET。

　　理论上,热电动热ET与任一加热丝中流过的电流应有平方律关系,即

　　式中:IH1、IH2分别为流过加热丝H1、H2的电流有效值,K1、K2分别为H1、H2的热电变换系数。K1、K2不是恒定的,它们分别与IH1、IH2的大小有关,这是由于加热丝电阻自身有温度系数、以及在不同发热功率下整个FE-10元件达到的热平衡点不同所致。

　　为了保持K1、K2在一次测量过程中不发生变化,我们采用了众所周知的等温测量原则,其具体体现为在测量方法上使每次测量时热电变换器的输出电动势ET为恒定值。

　　在进行功率测量时,一个完整的测量过程由4次不同输入方式的测量所组成。第1次测量:H1中通以信号电流之和iu+ii,H2中通以直流电流IA,调节IA,使电动热ET=UR,其中UR为设置的恒定参考电压。在此,iu与输入的电压信号u(t)成正比,即

　　其中Ku为u/i变换系数。同样,ii与输入的电流信号i(t)成正比,即

　　其中Ki为电流互感器的变比系数。

IA的调节是自动实现的:开始时IA=0,ET

　　根据上述原理,系统稳定后有以下等式:

　　第2次测量:H1中通以信号电流之差iu-ii,H2中自动产生平衡的直流电流IB,测定IB。此时有等式

　　第3次测量:将H1与H2的作用互换,即将iu+ii通入H2,使H1中自动产生直流电流IC,测定IC。此时有等式