Ваттметр какую мощность измеряет: что это такое и что он измеряет? Схема подключения и измерение мощности. Какую мощность измеряет электродинамический ваттметр?

Всё о ваттметрах

Ваттметр (ватт + др.-греч. μετρεω — «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.

Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность. Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается. Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.

Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.

Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.

Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.

Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.

Аналоговые ваттметры

К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.

Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.

Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.

Схема подключения ваттметра:

Цифровые ваттметры

Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.

Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.

Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.

Бытовой ваттметр

Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.

По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.

Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.

Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.

Профессиональные ваттметры

Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.

Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.

Щитовые ваттметры

Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.

Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.

Ранее ЭлектроВести писали, что правительство Южной Кореи опубликовало «Четвёртую дорожную карту исследований и разработок в области приоритетных энергетических технологий», которая предусматривает повышение эффективности солнечных модулей до 24% к 2030 году и одновременно снижение их стоимости более чем вдвое.

По материалам: electrik.info.

Электродинамический ваттметр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Электродинамический ваттметр

Cтраница 4

Электродинамические ваттметры обычно выполняются многопредельными как по току, так и по напряжению. Для этого неподвижная катушка состоит из секций, соединенных последовательно или параллельно, а в цепи подвижной катушки добавочный резистор выполняется секционированным так, чтобы получать несколько номинальных напряжений.
[46]

Переносные электродинамические ваттметры обычно имеют несколько пределов измерения по току и напряжению.
[48]

Электродинамический ваттметр типа Д566 / 12 имеет два предела измерения по току: / к 2 5; 5 А и три-по напряжению: / 75; 150; 300 В.
[49]

Электродинамические ваттметры лабораторного типа одинаково работают как в цепи постоянного, так и в цепи переменного тока. Обычно их изготовляют многопредельными и с условной шкалой.
[50]

Электродинамическими ваттметрами измеряют мощность в цепях постоянного и переменного токов.
[52]

Некоторые электродинамические ваттметры имеют переключаемые пределы измерения по величине номинального напряжения и номинального тока, например, 30 / 75 / 150 / 300 В и 2 5 / 5 А.
[53]

Имеется электродинамический ваттметр с двумя пределами измерения по току ( 2 5 — 5) а, двумя пределами измерения по напряжению ( 30 и 120 в) и шкалой ( 0 — 150) делений.
[54]

Шкала переносных электродинамических ваттметров, как правило, градуируется не в единицах измеряемой величины, а в делениях ( 75, 100 или 150) без указания значения этих делений в единицах мощности. Цена деления шкалы в зависимости от предела измерения имеет разные значения.
[55]

В электродинамическом ваттметре на рабочем участке шкалы это условие всегда обеспечивается путем выбора определенных соотношений размеров катушек и их начального взаимного расположения.
[57]

Широко распространены электродинамические ваттметры — приборы для измерения электрической мощности в цепях постоянного и переменного токов. Электродинамические ваттметры имеют равномерную шкалу.
[59]

Задача 9.13. Электродинамический ваттметр типа АСТД со шкалой на ак 150 делений и с пределами измерения по току / к 5 а и по напряжению UK 75 в, включен в схему постоянного тока и показывает а 102 деления.
[60]

Страницы:  

1

2

3

4

5




Обычный ваттметр — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Обычный ваттметр

Cтраница 1

Обычный ваттметр, включенный в цепь переменного тока, измеряет, как известно, активную мощность, равную действительной части комплекса мощности этой цепи.
[2]

Применим обычные ваттметры с пределами 5 а, 100 в, шкала 100 делений.
[3]

Для обычных ваттметров постоянную ( цену деления) определяют по формуле С ImUm / am, вт / дел, где 1т и Um — предельные ток и напряжение для данного предела измерения; ат — полное число делений шкалы ваттметра.
[4]

При пользовании обычным ваттметром ( для созф1), когда катушки токовая и напряжения полностью загружены, показания стрелок ваттметров будут находиться в середине шкалы и разность этих показаний ( которая будет давать величину измеряемой мощности) будет невелика.
[5]

Величину Р можно измерить с помощью обычного ваттметра, а величину Q — с помощью специально предназначенного для этой цели электроизмерительного прибора.
[6]

Величину Р можно измерить с помощью обычного ваттметра, gt величину Q — с помощью специально предназначенного для этой цели электроизмерительного прибора.
[7]

Величину Р можно измерить с помощью обычного ваттметра, а величину Q — с помощью специально предназначенного для этой цели электроизмерительного прибора.
[8]

При измерении по схеме одного ваттметра применим обычный ваттметр с номинальным cos f 1 и с теми же, как в предыдущем случае, пределами измерения по току и напряжению.
[9]

Способы измерения мощности в трехфазных цепях с помощью обычных ваттметров неудобны, так как требуют отсчетов мощности по шкалам нескольких приборов и суммирования их показаний.
[11]

Описанные способы измерения мощности трехфазного тока при помощи обычных ваттметров широко применяются в лабораторной практике и при различного рода испытаниях энергетического оборудования, однако они неудобны для непрерывного наблюдения за режимом работы стационарных электросиловых установок, так как определение общей мощности нагрузки требует отчетов по шкалам двух или трех приборов с последующими вычислениями. Для устранения этого неудобства изготовляются трехфазные ваттметры.
[12]

В цепях трехфазного тока при равномерной нагрузке фаз реактивную мощность можно измерить обычным ваттметром, включенным по схеме рис. 418, а, показания его следует затем увеличить в У Зраз. При неравномерной нагрузке фаз ее можно измерить при помощи трех ваттметров, каждый из которых включают по схеме рис. 418, а. Последовательную катушку каждого прибора включают в один из линейных проводов, а параллельную присоединяют к двум другим проводам при соблюдении последовательности в чередовании фаз. Реактивная мощность всей системы при этом равна сумме показаний всех ваттметров, поделенной на УЗ.
[14]

Реактивную мощность в однофазных цепях измеряют только в лабораториях при проведении каких-либо исследований включением обычных ваттметров по специальным схемам.
[15]

Страницы:  

1

2




назначение, типы, подключение, применение, параметры

Один из параметров, который характеризует состояние электрической сети – это ее мощность. Она отражает величину работы, выполняемую электрическим током в единицу времени. Мощность устройств, включаемых в электрическую цепь, должна быть в рамках мощности сети. Иначе возможны неприятные сюрпризы – от выхода из строя оборудования до короткого замыкания и пожара.

Измеряют мощность электрического тока специальным прибором – ваттметром. И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись. Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.

Применение Ваттметров

Основная область применения – это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели – для учета и экономии энергопотребления.

Применяют ваттметры для:

Типы ваттметров

Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.

В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).

Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.

Видео о ваттметре из Китая:

Устройство и принцип действия

Аналоговые ваттметры

Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.

Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них – неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка – подвижная.

Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.

Подключается она параллельно нагрузке и снабжается еще добавочным сопротивлением (для исключения короткого замыкания между катушками).

При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля. Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол.

Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.

Цифровые ваттметры

В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке – датчик тока, параллельно – датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов, термопар и других элементов.

Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.

Рисунок — Схема подключения Ваттметра

Подключение Ваттметра

Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения. Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи – ее подключают первой, а две – для параллельной (цепи напряжения).

Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.

Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:

Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1

Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, вольтметров класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.

Пределы измерения тока Iп:

  • на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.

Пределы измерения напряжения Uп:

  • постоянный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700-1000 В.
  • переменный ток: 1-3-7,5-15-30-75-150-300-450-700 В.

Пределы измерения мощности соответственно Uп* Iп

Пределы измерения частоты от 40 до 5000Гц.

Основная погрешность:

  • приведенная погрешность измерения тока, напряжения и мощности на постоянном токе ±0,1%;
  • приведенная погрешность измерения тока и напряжения на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1500Гц ±0,1%;
  • приведенная погрешность измерения мощности на переменном токе в диапазоне частот от 40 до 1000Гц ±0,1%;
  • относительная погрешность измерения частоты в диапазоне частот от 40 до 5000Гц ±0,003%;

Габаритные размеры 225х100х205 мм. Масса не более 1кг. Потребляемая мощность не более 5Вт.

Ваттметры многофункциональные СМ3010 выпускаются по ТУ 4221-047-16851585-2014, соответствуют требованиям ТР ТС 004/2011, ТР ТС 020/2011.

Производство – ЗИП-Научприбор.


Устройства измерительные ЦП8506-120 (далее – устройства).

Предназначены для измерения активной, реактивной, активной и реактивной трехфазных трехпроводных цепей переменного тока, отображения текущего значения измеряемой мощности на цифровом индикаторе и преобразования его в аналоговый выход-ной сигнал (далее – выходной сигнал).

Измеренные значения отображаются в цифровой форме на встроенных индикаторах. Отображение измеренных величин на цифровых индикаторах производится в единицах измеряемой величины, поступающей непосредственно на вход устройства, или в единицах измеряемой величины, поступающей на вход трансформаторов тока и напряжения с учетом коэффициентов трансформации, в ваттах, киловаттах, мегаваттах, варах, киловарах, мегаварах. Цифровые индикаторы имеют по четыре значащих разряда.

Назначение ЦП8506-120:

  • для измерения активной и реактивной мощности в трехфазных трехпроводных электрических цепях переменного тока частотой от 45 до 55 Гц

Краткие технические характеристики ЦП8506-120 (Ваттметр)

Варметр щитовой цифровой трехфазный:

  • Коэффициент мощности: для ваттметра cos φ=1, для варметра sin φ=1
  • Габаритные размеры: 120х120х150 мм
  • Высота знака: 20 мм
  • Максимальный диапазон отображения: 9999
  • Класс точности: 0,5
  • Время преобразования: не более 0,5 с
  • Рабочая температура: +5 … +40 град С (О4.1), -40…+50 град С (УХЛ3.1)
  • Степень защиты по передней панели: IP40
  • Потребляемая мощность: 5ВА
  • Масса: не более 1,2 кг

Ваттметр Д5085 (Д 5085, Д-5085)

Предназначен для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.

Габариты не более (205±1,45)х(290±1,6)х(135±2,0) мм.

Класс точности 0,2.

Ваттметры Д5085 предназначены для измерения мощности в однофазных цепях переменного и постоянного тока, а также для поверки менее точных приборов.

Ваттметры Д5085 предназначены для эксплуатации в условиях умеренного климата в закрытых сухих отапливаемых помещениях, при температуре окружающего воздуха от 10 до 35 °С и относительной влажности до 80 % (при 25 °С ).

Ваттметры Д5085 -04.1 (тропическое исполнение) предназначены для эксплуатации в условиях как сухого, так и влажного тропического климата в закрытых помещениях с кондиционированным или частично кондиционированным воздухом при температуре окружающего воздуха от 1 до 45 °C и относительной влажности до 80 % при температуре 25 °С (по ГОСТ 15150-69).

Технические данные

Ваттметры Д5085 соответствуют классу точности 0,2 по ГОСТ 8476-78.

Номинальный коэффициент мощности ваттметра – 1,0.

Номинальный ток параллельной цепи ваттметра Д5085 равен (5 ± 0,1) mА. Нормальная область частот ваттметра от 45 до 500 Гц, рабочая область частот – 500-1000 Гц.

Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением напряжения на ± 20 % от номинального значения либо от пределов нормальной области напряжений, при неизменном значении измеряемой мощности равен ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.

Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной отклонением частоты от верхней границы нормальной области до любого значения в рабочей области частот, не превышает ± 0,2 % от конечного значения диапазона измерений.

Предел допускаемой дополнительной погрешности прибора Ваттметр Д5085, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой температуры в пределах рабочих температур на каждые 10 °С изменения температуры, равен ±0,2% от конечного значения диапазона измерений. Нормальная температура – 20±2 °С, если на лицевойчасти прибора не оговорено иное значение.

Ещё одно видео о встраиваемом ваттметре:

4.2. Измерение мощности

Мощность измеряют различными способами.

Мощность в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока, измеряют в основном ваттметрами электродинамической системы. На рис. 4.4 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки RНАГ в цепях постоянного и однофазного переменного тока.

В цепях напряжения включено добавочное сопротивление RД. Начало токовой обмотки напряжения, так же как и в последующих схемах, показано, соответственно, левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приведет к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону. Если включить ваттметр в цепь постоянного тока (рис. 4.4, схема а), то он учтёт потребляемую электроприемниками мощность и потери в токовой обмотке ваттметра. Мощность Р определяют по формуле

P=IU’=I(U+IRт)=IU+I2RT=Pпp+Pт,

где I и U — соответственно, ток  и напряжение на нагрузке; U’ — напряжение питания; Rт — сопротивление токовой обмотки ваттметра; Рпр и Рт — соответственно, потребляемая приемниками мощность и потери мощности в токовой обмотке.

При включении (рис. 4.4, схема б) по схеме ваттметра учитываются дополнительные потери в обмотке напряжения Рн:

P=U(I+Iн)=UI+UIн=Pнр+Pн.

Таким образом, систематической погрешности, возникающей в следствии того, что цепи тока и напряжения измерительного механизма должны включаться также, как и приборы для измерения тока и напряжения избежать не удается. Если ожидаются значительные колебания мощности за счёт колебаний тока, то предпочтительней будет схема а. При включении ваттметра (рис. 4.4, схема в) на добавочном сопротивлении Rд окажется почти полное напряжение источника, на которое не может быть рассчитана изоляция подвижной катушки. Кроме того, появляется дополнительная погрешность за счет электростатического взаимодействия обмоток. Такую схему не следует применять.

Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению подведенного к нему напряжения U, тока в токовой обмотке I и cosφ:

Р = с·U·I·cosφ, где с — цена деления ваттметра.

При определенном положении переключателей пределов по току и напряжению цена деления составит

с = (UПРIПР)/ПР, Вт/дел,

где UПР и IПР — верхние пределы ваттметра, ПР — количество делений шкалы ваттметра.

При определении мощности косвенным методом в цепи постоянного тока измеряют ток и напряжение, а в цепи переменного тока (дополнительно, с помощью фазометра), коэффициент мощности cosφ.

Для расширения пределов измерения по току и напряжению применяют шунты, добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы (рис. 4.5). Цену деления ватт-метра при пользовании измерительными трансформаторами определяют по уравнению:

СИЗМ= СКIHКUH, Вт/дел.

На сверхвысоких частотах (СВЧ) способы измерения мощности, рассмотренные выше очень трудно реализуемы, поэтому применяются другие способы измерения мощности. Несмотря на кажущееся разнообразие, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в другой вид энергии, более применяемый для измерения (тепловую, механическую и другие) с последующим вторичным преобразованием в электрический сигнал. Измерение производится в основном цифровыми приборами.

При измерении активной мощности в трёхфазных цепях (три фазовых провода и один нулевой — четырех проводная сеть) используют три однофазных ваттметра, включенных в отдельные фазы; измеряемую мощность определяют как сумму мощностей всех фаз. В, этом случае не следует пользоваться ваттметром, включенным в одну из фаз, так как велика вероятность неравномерности нагрузки, и погрешность измерения может оказаться значительно больше допустимой.

В трехфазных цепях без нулевого провода возникает затруднение с подключением цепи напряжения ваттметра, потому что в цепи имеется линейное напряжение. Однако при симметричной, нагрузке можно измерить мощность одним ваттметром. Для этого в месте измерения создается искусственная нулевая точка. Сопротивления всех фаз, образующие звезду, должны быть равными. Мощность в этом случае равна утроенному показанию ваттметра.

В несимметричных трехфазных трехпроводных цепях мощность можно измерить так же, как и в четырехпроводных цепях, т.е. как сумму трех мощностей. Здесь также необходима искусственная нулевая точка, однако ее можно очень просто создать соединением в звезду трех (одинаковых!) цепей напряжения ваттметров.

Более универсальным и точным методом измерения трехфазной мощности является метод двух ваттметров или так называемая схема Арона (рис. 4.6).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, В; обмотки по напряжению на АС и ВС (рис. 4.6, а).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, С; обмотки по напряжению — на АВ и СВ (рис. 4.6, б).

Токовые обмотки ваттметров включены в линии В, С; обмотки по напряжению – на ВА и СА (рис. 4.6, в).

Построим векторную диаграмму (рис. 4.7) для схемы Арона (рис. 4.6, схема б).

Мощность определяют по сумме показаний ваттметров

P=P1+P2=UавIаcosψ1+UсвIсcosψ2.

В зависимости от характера нагрузки один из углов (ψ1 или ψ2) может стать больше 90°. В этом случае один из ваттметров будет показывать отклонение в противоположную сторону. Чтобы получить отсчет, надо изменить направление тока в одной из обмоток этого ваттметра. Показания берут со знаком минус, т.е. общая мощность равна алгебраической сумме показаний. В частном случае, когда система симметрична, ψ1=30+φ, ψ2=30-φ и общую мощность находят по формуле

P=P1+P2=UавIаcos(30+φ)+UсвIсcos(30-φ)=UлIл2cos30cosφ= UлIлcosφ.

Даже при полной симметрии показания ваттметров не равны и зависят от величины и знака угла φ. При значении φ, равном 0-60 показания обоих положительны; при φ=60 показания первого ваттметра Р1=0; при φ>60 оба покажут отрицательные значения.

При измерении реактивной мощности однофазные реактивные ваттметры применяют для лабораторных измерений и поверки индукционных счетчиков. В отличии от обыкновенного ваттметра реактивный имеет усложненную схему параллельной цепи, в которую включают реактивное сопротивление для получения сдвига по фазе на 90° между током и напряжением. Тогда угол отклонения подвижной части будет пропорционален реактивной мощности. При измерении реактивной мощности в трехфазных цепях нет необходимости получать сдвиг по фазе на 90°, так как при переходе от схемы звезды к схеме треугольника всегда имеется напряжение, которое пропорционально измеряемому и сдвинуто по фазе на 90°. В соответствии с этим, например в несимметрично нагруженной трех- и четырехфазной сети, реактивную мощность Q определяют по схеме трех активных ваттметров, включенных по напряжению на «чужие» фазы (рис. 4.8).

Тогда реактивная мощность Q = (P1+P2+P3)/

При равномерной нагрузке можно ограничиться одним из ваттметров. Тогда Q =·Р1. В трехфазной сети с равномерной нагрузкой (рис. 4.6, любая схема), реактивную мощность Q определяют по формуле

Q =·(P1-P2).

Реактивную мощность в трехфазной сети с равномерной и неравномерной загрузкой фаз Q находят по схеме с искусственной нулевой точкой (рис. 4.9):

Q = ·(P1+ Р2).

Сопротивление, включенное на свободную фазу (R), подбирают так, чтобы оно вместе с обмотками напряжения ваттметров образовало симметричную звезду, а к ваттметрам были подведены фазовые напряжения:

R=Rw1=Rw2.

Для определении реактивной мощности указанными выше методами необходимо знать порядок чередования фаз сети. Если он окажется обратным, показания ваттметров во многих случаях будут отрицательными.




4.1. Измерение тока и напряжения< Предыдущая


Следующая >4.3. Измерение энергии

Схема включения ваттметра в электрическую цепь. Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I 1и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I 1и / I 2и = 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн 1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн 1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.

На рис. 2, а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 2. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на переменном токе. Векторная диаграмма рис. 2, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iuпараллельной цепи отстает от вектора U на угол γ вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

Из этого выражения следует, что ваттметр правильно измеряет мощность лишь в двух случаях: при γ = 0 и γ = φ.

Условие γ = 0 может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в параллельной цепи, например включением конденсатора С соответствующей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 1, а. Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определенной частоте. С изменением частоты условие γ = 0 нарушается. При γ не равном 0 ваттметр измеряет мощность с погрешностью βy, которая носит название угловой погрешности.

При малом значении угла γ (γ обычно составляет не более 40 — 50″), относительная погрешность

При углах φ, близких к 90°, угловая погрешность может достигать больших значений.

Второй, специфической, погрешностью ваттметров является погрешность, обусловленная потреблением мощности его катушками.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 3).

Рис. 3. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β(а) и β(б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 3, а и б:

где Рi и Рu — соответственно мощность, потребляемая последовательной и параллельной цепью ваттметра.

Из формул для β(а) и β(б) видно, что погрешности могут иметь заметные значения лишь при измерениях мощности в маломощных цепях, т. е. когда Рi и Рu соизмеримы с Рн.

Если поменять знак только одного из токов, то изменится направление отклонения подвижной части ваттметра.

У ваттметра имеются две пары зажимов (последовательной и параллельной цепей), и в зависимости от их включения в цепь направление отклонения указателя может быть различным. Для правильного включения ваттметра один из каждой пары зажимов обозначается знаком «*» (звездочка) и называется «генераторным зажимом».

Контрольные вопросы:

1. Какую энергию измеряет ваттметр электродинамической системы?

2. Влияет ли величина нагрузки на схему включения ваттметра?

3. Как расширяют пределы измерения ваттметра на переменном токе?

4. Как определить мощность в цепи постоянного тока по результатам измерения силы тока и напряжения?

5. Как правильно включить ваттметр однофазного тока при измерении мощности в контролируемой цепи?

6. Как измерить полную мощность однофазного тока, пользуясь амперметром и вольтметром?

7. Как определить реактивную мощность схемы?

Для непосредственного измерения мощности цепи постоянного тока применяется ваттметр. Неподвижная последовательная катушка или катушка тока ваттметра соединяется последовательно с приемниками электрической энергии. Подвижная параллельная катушка или катушка напряжения, соединенная последовательно с добавочным сопротивлением, образует параллельную цепь ваттметра, которая присоединяется параллельно приемникам энергии.

Угол поворота подвижной части ваттметра:

α = k2IIu = k2U/Ru

где I
— ток последовательной катушки; I
и — ток параллельной катушки ваттметра.

Рис. 1. Схема устройства и соединений ваттметра

Так как в результате применения добавочного сопротивления параллельная цепь ваттметра имеет практически постоянное сопротивление ru
, то α = (k2/Ru)IU = k2IU = k3P

Таким образом, по углу поворота подвижной части ваттметра можно судить о мощности цепи.

Шкала ваттметраравномерна. При работе с ваттметром необходимо иметь в виду, что изменение направления тока в одной из катушек вызывает изменение направления вращающего момента и направления поворота подвижной катушки, а так как обычно шкала ваттметра делаетсяодносторонней, т. е. деления шкалы расположены от нуля вправо, то при неправильном направлении тока в одной из катушек определение измеряемой величины по ваттметру будет невозможно.

По указанным причинам следует всегда различать зажимы ваттметра. Зажим последовательной обмотки, соединяемый с источником питания, называется генераторным и отмечается на приборах и схемах звездочкой. Зажим параллельной цепи, присоединяемый к проводу, соединенному с последовательной катушкой, также называется генераторным и отмечается звездочкой.

Таким образом, при правильной схеме включения ваттметра токи в катушках ваттметра направлены от генераторных зажимов к негенераторным. Могут иметь место две схемы включения ваттметра (см. рис. 2 и рис. 3).

Рис. 2. Правильная схема включения ваттметра

Рис. 3. Правильная схема включения ваттметра

В схеме, данной на рис. 2, ток последовательной обмотки ваттметра равен току приемников энергии, мощность которых измеряется, а параллельная цепь ваттметра находится под напряжением U»
большим, чем напряжение приемников, на величину падения напряжения в последовательной катушке. Следовательно, Рв = IU» = I(U+U1) = IU = IU1
, т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности последовательной обмотки ваттметра.

В схеме, данной на рис. 3, напряжение на параллельной цепи ваттметра равно напряжению на приемниках, а ток в последовательной обмотке больше тока, потребляемого приемником, на величину тока параллельной цепи ваттметра. Следовательно, P
в = U(I+Iu) = UI+ UIu
, т. е. мощность, измеряемая ваттметром, равна мощности приемников энергии, подлежащей измерению, и мощности параллельной цепи ваттметра.

При измерениях, в которых мощностью обмоток ваттметра можно пренебречь, предпочтительнее пользоваться схемой, показанной на рис. 2, так как обычно мощность последовательной обмотки меньше, чем параллельной, а следовательно, показания ваттметра будут более точными.

При точных измерениях необходимо вводить поправки в показания ваттметра, обусловленные мощностью его обмотки, и в таких случаях можно рекомендовать схему на рис.3, так как поправка легко вычисляется по формуле U
2 /Ru
, где Ru
обычно известно, а поправка остается неизменной при различных значениях тока, если U постоянно.

При включении ваттметра по схеме на рис. 2 потенциалы концов катушек разнятся только на величину падения напряжения в подвижной катушке, так как генераторные зажимы катушек соединены вместе. Падение напряжения в подвижной катушке незначительно по сравнению с напряжением на параллельной цепи, так как сопротивление этой катушки незначительно по сравнению с сопротивлением параллельной цепи.

Рис. 4. Неправильная схема включения ваттметра

На рис. 4 дана неправильная схема включения параллельной цепи ваттметра. Здесь генераторные зажимы катушек соединены через добавочное сопротивление, вследствие чего разность потенциалов между концами катушек равна напряжению цепи (иногда весьма значительному 240 — 600 В), а так как неподвижная и подвижная катушки находятся в непосредственной близости одна от другой, то создаются условия, благоприятные для пробоя изоляции катушек. Кроме того, между катушками, имеющими весьма различные потенциалы, будет наблюдаться электростатическое взаимодействие, могущее вызвать дополнительную погрешность при измерении мощности в электрической цепи.

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар.

Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.

Сфера использования

Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.

Ваттметры используют для:

Вычисления мощности устройств.
Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
Проверка действия электрооборудования.
Учет потребления электроэнергии.

Разновидности

Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.

Цифровые

ваттметры производят измерение . На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.

Аналоговый

вариант ваттметра разделен на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.

Конструктивные особенности и принцип работы

Аналоговые типы ваттметров имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.

Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем. Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое. Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.

При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.

Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.

Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.

Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.

Рассмотрим некоторые варианты приборов (ваттметров) различных вариантов исполнения и различных фирм производителей.

Бытовые приборы китайского производства

В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.

По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.

В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк. Сзади на корпусе указаны характеристики прибора:

Рабочее напряжение 230 вольт.
Частота 50 герц.
Максимальный ток 16 ампер.
Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.

Рассмотрим работу прибора. Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.

У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.

В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.

На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.

Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.

В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.

Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать ваши затраты, рассчитав мощность потребления ваших устройств.

Цифровой ваттметр многофункциональный СМ 3010

Прибор служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:

Постоянного от 1 до 1000 вольт.
Переменного от 1 до 700 вольт.
Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.

Погрешность измерения

Тока, напряжения, мощности постоянного тока +
0,1%.
Тока, напряжения, мощности переменного тока +
0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +
0,003%.

Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.

Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.

Назначение устройства

– для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.

Технические данные

Коэффициент мощности – 1.
Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.
Высота цифр на дисплее 20 мм.
Наибольший интервал показаний 9999.
Степень точности: 0,5.
Время проведения преобразования: менее 0,5 с.
Температура работы: от +5 до + 40 градусов.
Класс защиты корпуса и панели: IР 40.
Мощность потребления: 5 ватт.
Вес менее 1,2 кг.

Наличие двух катушек у электродинамического прибора и возможность включения их в две разные цепи позволяет использовать эти приборы для измерения мощности электрического тока, т. е. как ваттметры.

Из выражения для угла поворота подвижной системы электродинамического прибора (2.12) следует, что, если неподвижную катушку включить последовательно нагрузке z (рис. 2-12), а последовательно с подвижной катушкой включить добавочное сопротивление Яд так, чтобы эту катушку можно было включать параллельно нагрузке, тогда ток в подвижной катушке равен

где — сопротивление катушки; U — напряжение на нагрузке; — постоянная данного прибора по мощности; Р — мощность, потребляемая нагрузкой. Такой прибор называют ваттметром. Его шкала равномерная.

Для измерения электрической мощности в цепях переменного тока используют ваттметры активной и реактивной мощности.

Ваттметр активной мощности. Если в цепь подвижной катушки включить активное добавочное сопротивление так, чтобы общее сопротивление этой цепи R было равно

тогда при напряжении и в сети и при токе i в нагрузке

ток в подвижной катушке равен

Мгновенное значение вращающего момента в этом случае равно

а среднее за период значение этого момента

Следовательно, ваттметр с активным добавочным сопротивлением в цепи подвижной катушки измеряет активную мощность цепи переменного тока.

Полученный вывод имеет простое физическое объяснение. В самом деле, если в цепь с индуктивностью включить амперметр, вольтметр и ваттметр (рис. 2-13), то , так как подвижная система вольтметра поворачивается под действием только приложенного напряжения, независимо от фазы этого напряжения (точнее, под действием тока в катушке, пропорционального приложенному напряжению), а подвижная часть амперметра поворачивается под действием только тока в катушке, независимо от фазы этого тока. Что касается подвижной части (катушки) ваттметра, то она поворачивается только в том случае, когда токи в обеих катушках не равны нулю, иначе не будет взаимодействия. Но в рассматриваемой цепи ток подвижной катушки максимален, когда ток в цепи i равен нулю, и наоборот. Прибор ничего не покажет. Этого и следовало ожидать, так как нагрузка то запасает энергию в магнитном поле, то возвращает в сеть.

Из графика токов данной цепи с индуктивностью (рис. 2-14) следует, что токи совпадают по направлению (на графике — по одну сторону от оси времени) только в течение двух (через одну) четвертей периода за период, а в две другие четверти периода токи имеют противоположные направления. Это означает, что направление вращающего момента изменяется четыре раза за период. Поэтому подвижная система ваттметра в течение периода будет испытывать действие четырех одинаковых по значению, но противоположных по направлению толчков и прибор ничего не покажет, так как вращающий момент, действующий на подвижную систему, определяется его средним значением за период.

Если же угол сдвига между токами невелик (рис. 2-15), то в течение периода положительные значения вращающего момента сильно превосходят отрицательные (по времени и по значениям) и подвижная система ваттметра повернется под действием среднего

значения реагируя на активную мощность, потребляемую данной нагрузкой.

Итак, ваттметр показывает активную мощность, потребляемую из сети.

Ваттметр реактивной мощности. В этом ваттметре последовательно с подвижной катушкой специально включается индуктивное добавочное сопротивление (рис. 2-16) такое, что

Пусть в цепи действует приложенное напряжение и нагрузка создает ток

Тогда мгновенное значение вращающего момента равно

После подстановки и преобразований получим:

Среднее за период значение вращающего момента равно

Отсюда и следует, что ваттметр с индуктивным сопротивлением в цепи подвижной катушки показывает реактивную мощность цепи переменного тока. Такой вывод объясняется просто: в случае, например, чисто индуктивной нагрузки, когда из сети безвозвратно не потребляется энергия, такая схема искусственно сдвигает фазу тока в подвижной катушке до совпадения с фазой тока в неподвижной, поэтому ваттметр показывает значение реактивной мощности.

Итак, у электродинамического ваттметра две катушки: одна — токовая, включаемая последовательно нагрузке, другая- катушка напряжения, включаемая параллельно нагрузке, потребляемую мощность которой необходимо измерить.

Для правильного включения прибора (чтобы стрелка отклонялась в нужную сторону) один из зажимов его обмотки помечают звездочкой эти зажимы ваттметра называют генераторными. Их следует подключать к тому зажиму нагрузки, который соединен с генератором (сетью).

В
настоящее время необходимо измерять
мощность и энергию постоянного
тока, активную мощность и энергию
переменного однофазного
и трехфазного тока, реактивную мощность
и энергию трехфазного
переменного тока, мгновенное значение
мощности, а также количество электричества
в очень широких пределах.

Электрическая
мощность определяется работой, совершаемой
источником
электромагнитного поля в единицу
времени.

Активная
(поглощаемая электрической цепью)
мощность

P
a
=UIcos

> = I

2

R=U
2
/R,
(1)

где
U
,
I


действующие значения напряжения и тока;

— угол сдвига
фаз.

Реактивная мощность

Р
р

=
UIsin

=
I
2
X
.
(2)

Полная мощность

P
n

=
UI
=
PZ
.
Эти
три типа мощности связаны выражением

P

=(Р
а

2

2
р
)
(3)

Так,
мощность измеряется в пределах 1 Вт…
10 ГВт (в цепях постоянного
и однофазного переменного тока) с
погрешностью ±(0,01…0,1)
%, а при СВЧ — с погрешностью ±(1…5) %.
Реактивная
мощность от единиц вар до Мвар измеряется
с погрешностью ±(0,1…0,5)%.

Диапазон
измерения электрической энергии
определяется диапазонами
измерения номинальных токов (1 нА…1О
кА) и на­пряжений (1 мкВ…1 MB),
погрешность измерения составляет
±(0,1…2,5)%.

Измерение
реактивной энергии представляет интерес
только для
промышленных трехфазных цепей.

Измерение
мощности в цепях постоянного тока.
При
косвенном измерении
мощности используют метод амперметра
и вольтметра и
компенсационный метод.

Метод
амперметра и вольтметра. В этом случае
приборы
включаются по двум схемам (рис.1).

Метод
прост, надежен, экономичен, но обладает
рядом существенных
недостатков: необходимостью снимать
показания по двум

Рис.
.1.
Схемы измерения мощности по показаниям
вольтметра и амперметра при малых (а) и
больших (б)
сопротивлениях
нагрузки

приборам;
необходимостью производить вычисления;
невысокой точностью
за счет суммирования погрешности
приборов.

Мощность
Р
х
,
вычисленная
по показаниям приборов (рис. 1а), имеет
вид

Она
больше действительного значения
мощности, расходуемой
в нагрузке Р н,
на значение мощности потребления
вольтметра
Р
v
,
т.
е. Р н
= Р
х

– Р
v
.

Погрешность
определения мощности в нагрузке тем
меньше, чем
больше входное сопротивление вольтметра
и меньше сопротивление
нагрузки.

Мощность
Р
х
,
вычисленная
по показаниям приборов (рис 1.,
б),
имеем
вид

Она
больше действительного значения мощности
потребления нагрузки
на значение мощности потребления
амперметром Р
А
.
Методическая
погрешность тем меньше, чем меньше
входное сопротивление
амперметра и больше сопротивление
нагрузки.

Компенсационный
метод. Этот метод применяется тогда,
когда требуется высокая точность
измерения мощности. С помощью
компенсатора поочередно измеряется
ток нагрузки и падение напряжения на
нагрузке. Измеряемая мощность определяется
по формуле

P
=
U
н

I
н
.
(4)

При
прямом измерении активная мощность
измеряется электромеханическими
(электродинамической и ферродинамической
систем), цифровыми и электронными
ваттметрами.

Электродинамические
ваттметры применяются как переносные
приборы
для точных измерений мощности (класс
0,1… 2,5) в цепях
постоянного и переменного тока с частотой
до нескольких тысяч
герц.

Ферродинамические
щитовые вольтметры применяются в цепях
переменного тока промышленной частоты
(класс 1,5…2,5).

В
широком диапазоне частот применяются
цифровые ваттметры, основу

составляют
различные преобразователи мощности
(например,
термоэлектрические), УПТ, микропроцессор
и ЦОУ. В
цифровых ваттметрах осуществляется
автоматический выбор пределов
измерений, самокалибровка и предусмотрен
внешний интерфейс.

Для
измерения мощности в высокочастотных
цепях также используются
специальные и электронные ваттметры.

Для
измерения реактивной мощности на низких
частотах служат реактивные ваттметры
(варметры), в которых путем использования
специальных схем отклонение подвижной
части электродинамического
ИМ пропорционально реактивной мощности.

Включение
электромеханических ваттметров
непосредственно в
электрическую цепь допустимо при токах
нагрузки, не превышающих
10… 20 А, и напряжениях до 600 В. Измерение
мощности при
больших токах нагрузки и в цепях высокого
напряжения производится
ваттметром с измерительными трансформаторами
тока ТА
и
напряжения TV
(рис..2).

Измерение
активной мощности в цепях трехфазного
тока.
Метод
одного ваттметра. Этот метод применяется
только в симметричной
системе с равномерной нагрузкой фаз,
одинаковыми
углами сдвига по фазе между векторами
I

и U

и
с полной симметрией напряжений (рис..3).

Рис..3.
Схемы включения ваттметра в трехфазную
трехпроводную цепь при
полной симметрии присоединения нагрузки:

а

звездой; б

треугольником;
в
~-
с
искусственной нулевой точкой

Рис.4.
Схемы включения двух ваттметров в
трехфазную цепь: а

в 1-ю и 3-ю; б

в 1-ю и 2-ю; в

в 2-ю и 3-ю

На
рис. .3, а
нагрузка
соединена звездой и нулевая точка
доступна. На рис.3, б
нагрузка
соединена треугольником, ваттметр
включен в фазу. На рис. .3, в
нагрузка
соединена треугольником
с искусственной нулевой точкой.
Искусственная нулевая точка
создается с помощью двух резисторов,
каждый из которых равен
сопротивлению цепи обмотки напряжения
ваттметра (обычно указывается
в техническом паспорте на ваттметр).

Показания
ваттметра будут соответствовать мощности
одной фазы,
а мощность всей трехфазной сети во всех
трех случаях включения
прибора будет равна мощности одной
фазы, умноженной на
три:

Р =
3
P
w

Метод
двух ваттметров. Этот метод применяется
в трехфазной
трехпроводной цепи независимо от схемы
соединения и характера
нагрузки как при симметрии, так и при
асимметрии токов
и напряжений. Асимметрия — это система,
в которой мощности
отдельных фаз различны. Токовые обмотки
ваттметров включаются
в любые две фазы, а обмотки напряжения
включаются на линейные напряжения (рис.
4).

Полная
мощность может быть выражена в виде
суммы показаний Двух
ваттметров. Так, для схемы, представленной
на рис..4,
а,

где
 1
— угол сдвига фаз между током I
1

и линейным напряжением U
12,
 2 —
угол сдвига фаз между током I
3

и линейным напряжением U
32
.
В
частном случае при симметричной системе
напряжений и одинаковой
нагрузке фаз  1 ,
= 30° — 
и  2
= 30° — 
показания ваттметров будут:

При
активной нагрузке (=
0) показания ваттметров будут одинаковы,
так как P
W
]

=
P
W
2

IUcos
30°.

При
нагрузке с углом сдвига ср = 60° показания
второго ваттметра равны нулю, так как
P
W
2

=
IU
cos(30°
+ )
= IU
cos(30°
+ 60°) = 0, и
в этом случае мощность трехфазной цепи
измеряется одним ваттметром.

При
нагрузке с углом сдвига 
> 60° мощность, измеряемая вторым
ваттметром, будет отрицательной, так
как (30° +) больше 90°. В этом случае подвижная
часть ваттметров повернется в обратную
сторону. Для отсчета необходимо изменить
на 180° фазу тока
в одной из цепей ваттметра. В этом случае
мощность цепи трехфазного
тока равна разности показаний ваттметров

Метод
трех ваттметров. Для измерения мощности
трехфазной
цепи при несимметричной нагрузке
включаются три ваттметра, и общая
мощность при наличии нулевого провода
будет равна арифметической сумме
показаний трех ваттметров. В этом случае
каждый ваттметр измеряет мощность одной
фазы, показания ваттметра независимо
от характера нагрузки будут положительные
(параллельная обмотка включается на
фазное напряжение,
т. е. между линейным проводом и нулевым).
Если нулевая точка недоступна
и нулевой провод отсутствует, то
параллельные цепи приборов
могут образовать искусственную нулевую
точку при условии,
что сопротивления этих цепей равны
между собой.

Измерение
реактивной мощности в однофазных и
трехфазных цепях.
Несмотря
на то что реактивная мощность не
определяет ни совершаемой работы, ни
передаваемой энергии за единицу времени,
ее измерение также важно. Наличие
реактивной мощности
приводит к дополнительным потерям
электрической энергии
в линиях передачи, трансформаторах и
генераторах. Реактивная
мощность измеряется в вольт-амперах
реактивных (вар) как в однофазных, так
и в трехфазных трех- и четырехпроводных
цепях
переменного тока электродинамическими
и ферродинамическими или специально
предназначенными для измерения реактивной
мощности ваттметрами. Отличие реактивного
ваттметра
от обычного состоит в том, что он имеет
усложненную схему параллельной
цепи для получения сдвига по фазе,
равного 90°

между
векторами тока и напряжения этой цепи.
Тогда отклоне­ние подвижной части
будет пропорционально реактивной
мощности
Р
р

=
UIsin

.
Реактивные
ваттметры преимущественно применяются
для лабораторных измерений и поверки
реактивных счетчиков.

Реактивную
мощность в трехфазной симметричной
цепи можно измерить и активным ваттметром:
для этого –токовая катушка последовательно
включается в фазу А, катушка напряжения
между фазами В и С.

Измерение
мощности в цепях повышенной частоты.
С
этой це­лью
можно использовать как прямые, так и
косвенные измерения и
в ряде случаев предпочтительнее могут
оказаться косвенные, так
как иногда легче измерить ток и напряжение
на нагрузке, чем непосредственно
мощность. Прямое измерение мощности в
цепях повышенных и высоких частот
производится термоэлектрическими,
электронными ваттметрами, ваттметрами,
основанными на эффекте
Холла, и цифровыми ваттметрами.

Косвенные
измерения осуществляются осциллографическим
методом.
Он применяется в основном тогда, когда
цепь питается напряжением
несинусоидальной формы, при высоких
частотах, маломощных
источниках напряжения и т. д.

Измерение
энергии в однофазных и трехфазных цепях.
Энергия
измеряется
электромеханическими и электронными
счетчиками электрической
энергии. Электронные счетчики электрической
энергии
обладают лучшими метрологическими
характеристиками,
большей надежностью и являются
перспективными средствами
измерений электрической энергии.

4.
Измерение фазы и частоты

Фаза
характеризует состояние гармонического
сигнала в опре­деленный
момент времени t
.
Фазовый
угол в начальный момент времени (начало
отсчета времени), т.е. при t

= 0,
называют
нуле
вым
(начальным) фазовым сдвигом.
Разность
фаз 
измеряют обычно между
током и напряжением либо между двумя
напряжениями. В
первом случае чаще интересуются не
самим углом сдвига фаз, а величиной
cos
или коэффициентом мощности. Cos-
это ко­синус
того угла, на который опережает или
отстает ток нагрузки от
напряжения, приложенного к этой нагрузке.
Фазовым
сдвигом

двух гармонических сигналов одинаковой
частоты называют модуль
разности их начальных фаз 
=| 1 —
 2 |.
Фазовый сдвиг 
не
зависит от времени, если остаются
неизменными начальные фазы
 1 ,
и  2 .
Разность фаз выражается в радианах или
градусах.

Методы
измерения угла сдвига фаз.
Эти
методы зависят от диапазона
частот, уровня и формы сигнала, от
требуемой точности и Наличия средств
измерений. Различают косвенное и прямое
изменения
угла сдвига фаз.

Косвенное
измерение. Такое измерение угла сдвига
фаз Между
напряжением U

и
током I

в нагрузке в однофазных цепях

осуществляют
с помощью трех приборов — вольтметра,
амперметра и ваттметра (рис.5). Угол 
определяется расчетным путем из
найденного значения cos:

Метод
используется обычно на промышленной
частоте и обеспечивает
невысокую точность из-за методической
погрешности, вызванной
собственным потреблением приборов,
достаточно прост, надежен, экономичен.

В
трехфазной симметричной цепи величина
cos
может быть определена
следующими измерениями:

    мощность, ток и
    напряжение одной фазы;

    измерение активной
    мощности методом двух ваттметров;

    измерение
    реактивной мощности методом двух
    ваттметров с искусственной
    нейтральной точкой.

Среди
осциллографических методов измерения
фазы наибольшее
распространение получили методы линейной
развертки и эллипса.
Осциллографический метод, позволяющий
наблюдать и фиксировать
исследуемый сигнал в любой момент
времени, используется
в широком диапазоне частот в маломощных
цепях при грубых
измерениях (5… 10 %). Метод линейной
развертки предполагает
применение двухлучевого осциллографа,
на горизонтальные
пластины которого подают линейное
развертывающее напряжение,
а на вертикальные пластины — напряжение,
между которыми
измеряется фазовый сдвиг. Для синусоидальных
кривых на экране
получаем изображение двух напряжений
(рис.6, а)
и
по измеренным
отрезкам АБ и АС вычисляется угол сдвига
между ними

где
АБ — отрезок между соответствующими
точками кривых при переходе их через
нуль по оси X
;
АС
— отрезок, соответствующий периоду.

Погрешность
измерения 
х

зависит
от погрешности отсчета и фазовой
погрешности осциллографа.

Если
вместо линейной развертки использовать
синусоидальное
развертывающее напряжение, то получаемые
на экране фигуры Лиссажу при равных
частотах дают на экране осциллографа
форму эллипса (Рис. 6б). Угол сдвига
 x =arcsin(АБ/ВГ).

Этот
метод позволяет измерять  х
в пределах 0 90 о
без определения знака фазового угла.

Погрешность
измерения  х
также определяется погрешностью отсчета

Рис..6.
Кривые, получаемые на экране двухлучевого
осциллографа: при
линейной (а)
и
синусоидальной (б) развертке

и
расхождениями в фазовых сдвигах каналов
Х
и

Y

осциллографа.

Применение
компенсатора переменного тока с
калиброванным
фазовращателем и электронным осциллографом
в качестве индикатора равенства фаз
позволяет произвести достаточно точное
измерение угла сдвига фаз. Погрешность
измерения в этом случае
определяется в основном погрешностью
используемого фазовращателя.

Прямое
измерение. Прямое измерение утла сдвига
фаз осуществляют
с помощью электродинамических,
ферродинамических,
электромагнитных, электронных и цифровых
фазометров. Наиболее
часто из электромеханических фазометров
используют
электродинамические и электромагнитные
логометрические
фазометры. Шкала у этих приборов линейная.
Используются
на диапазоне частот от 50 Гц до 6… 8 кГц.
Классы точности — 0,2; 0,5. Для них характерна
большая потребляемая мощность 1(5…10
Вт).

В
трехфазной симметричной цепи измерение
угла сдвига фаз 
или cos
осуществляется однофазным или трехфазным
фазометрами.

Цифровые
фазометры используются в маломощных
цепях в диапазоне
частот от единиц Гц до 150 МГц, классы
точности —
0,005;
0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. В электронно-счетных
цифровых фазометрах сдвиг по фазе между
двумя напряжениями преобразуется во
временной интервал, заполняемый
импульсами
стабильной частоты с определенным
периодом, которые под-считываются
электронным счетчиком импульсов.
Составляющие погрешности
этих приборов: погрешность дискретности,
погрешность генератора стабильной
частоты, погрешность, зависящая
от точности формирования и передачи
временного интервала.

Методы
измерения частоты.
Частота
является одной из важнейших
характеристик периодического процесса.
Определяется числом полных циклов
(периодов) изменения сигнала в единицу
времени. Диапазон используемых в технике
частот очень велик и колеблется от долей
герц до десятков. Весь спектр частот
подразделяется на два диапазона —
низкие и высокие.

Низкие частоты:
инфразвуковые — ниже 20 Гц; звуковые —
20…20000 Гц; ультразвуковые — 20…200 кГц.

Высокие частоты:
высокие — от 200 кГц до 30 МГц; ультравысокие
— 30…300 МГц.

Поэтому
выбор метода измерения частоты зависит
от диапазона
измеряемых частот, необходимой точности
измерения, величины
и формы напряжения измеряемой частоты,
мощности измеряемого
сигнала, наличия средств измерений и
т.д.

Прямое
измерение. Метод основан на применении
электромеханических,
электронных и цифровых частотомеров.

Электромеханические
частотомеры используют измерительный
механизм
электромагнитной, электродинамической
и ферродинамической систем с
непосредственным отсчетом частоты по
шкале
логометрического измерителя. Они просты
в устройстве и эксплуатации, надежны,
обладают довольно высокой точностью.
Их
используют в диапазоне частот от 20 до
2500 Гц. Классы точно­сти — 0,2; 0,5; 1,0; 1,5;
2,5.

Электронные
частотомеры применяются при измерениях
в частотном
диапазоне от 10 Гц до нескольких мегагерц,
при уровнях входного сигнала 0,5… 200 В.
Они имеют большое входное сопротивление,
что обеспечивает малое потребление
мощности. Классы точности — 0,5; 1,0 и ниже.

Цифровые
частотомеры применяются для очень
точных изме­рений
в диапазоне 0,01 Гц… 17 ГГц. Источниками
погрешности являются
погрешность от дискретности и
нестабильности кварцевого
генератора.

Мостовой
метод. Этот метод измерения частоты
основан на
использовании частотозависимых мостов
переменного тока, питаемых
напряжением измеряемой частоты. Наиболее
распространенной
мостовой схемой для измерения частоты
является емкостной
мост. Мостовой метод измерения частоты
применяют для измерения низких частот
в пределах 20 Гц… 20 кГц, погрешность
измерения составляет 0,5… 1 %.

Косвенное
измерение. Метод осуществляется с
использованием
осциллографов: по интерференционным
фигурам (фигурам
Лиссажу) и круговой развертки. Методы
просты, удобны и достаточно
точны. Их применяют в широком диапазоне
частот 10
Гц… 20 МГц. Недостатком метода Лиссажу
является сложность расшифровки фигур
при соотношении фигур более 10 и,
следовательно,
возрастает погрешность измерения за
счет установления истинного
отношения частот. При методе круговой
развертки погрешность
измерения в основном определяется
погрешностью квантования основной
частоты.

МЕТОДЫ
И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
ЦЕПЕЙ

8 лучших ваттметров — Рейтинг 2021 года (топ на Январь)

Ваттметр, – энергомер, компактный счётчик мощности (Ватты). Определяет количество электроэнергии (Киловатт/час), потребляемой бытовым или иным прибором. Более крупный аналог – стационарный счётчик, устанавливаемый на входе электрической сети в помещение. Ответственен за суммарную мощность всех потребителей энергии. Бытовой прибор применяется частным порядком для отдельного потребителя, в мастерских по ремонту бытовой электротехники, электронных устройств. Современное развитие ваттметров – «умные» розетки с дистанционным управлением по интернету через смартфон.

Лучшие бытовые ваттметры

Представляет собой компактное устройство, параллельно подключаемое в сеть. Чаще всего, совмещает в одном корпусе измерительный блок и розетку. Оснащены функцией определения потреблённой мощности (минимальную и максимальную) в единицу времени.

Отражают величину напряжения сети, время работы потребителя электроэнергии, расчёт стоимости электричества за рабочий промежуток времени.

ROBITON PM-1 – недорогой

Прибор для контроля за расходом электроэнергии из бытовой сети одним потребителем. Совмещает в одном корпусе вилку, розетку, электронный блок и экран дисплея для считывания полученных результатов.

Позволяет вычислить мощность единичной, подключённой через прибор, нагрузки. Определит количество потребляемой электроэнергии за определённый промежуток времени и рассчитает стоимость израсходованной энергии.

Плюсы:

  • Компактный, простой, стоит недорого.
  • Можно работать со всей бытовой техникой.
  • Определяет количество электроэнергии, потребляемой нагревателем.

Минусы:

  • Непродуман механизм обнуления.
  • Работает только в тепле.

Рекомендации:

HiDANCE 3680W AC Power Meter – цифровой прибор

Компактный бытовой электронный прибор с расширенными функциями. Позволяет определить величину напряжения переменного тока и силу тока. Рассчитывает потребляемую мощность и коэффициент мощности.

Встроена опция вычисления стоимости потреблённой электроэнергии. Прибор удобен при тестировании бытовых приборов, электронных устройств и электронагревателей всех типов для расчёта экономической эффективности.

Плюсы:

  • Симпатичный, аккуратно собранный цифровой приборчик.
  • Точность измерений, наглядное отображение результатов.
  • Несколько режимов.

Минусы:

  • Приходится вновь вводить цену после обнуления полученных результатов.
  • Штырьки у вилки не припаяны, а приварены.

Espada TSL 1500WB – оптимален для дома

Простой в освоении и применении электронный ваттметр для тестирования бытовых приборов по уровню потребляемой электроэнергии. Очень удобен для проверки энергопотребления при выборе обогревателя. Прибор в короткое время покажет уровень реальной мощности, затраты и стоимость электроэнергии.

Поможет рассчитать тепловую эффективность и затраты в течение теплового сезона. Предусмотрена возможность введение данных при двухтарифном счётчике. Просигнализирует о нештатном режиме или превышении силы тока, мощности.

Плюсы:

  • Хорошая точность, скорость замера.
  • Подсветка дисплея, крупные цифры.
  • Расчёт стоимости электроэнергии.

Минусы:

  • Подсветка не постоянна.
  • Затруднённая смена источника питания.

МЕГЕОН 71016 – с жидкокристаллическим дисплеем

Портативный цифровой прибор для регистрации затраченной электроэнергии одним потребителем. Инструмент оснащён жидкокристаллическим дисплеем со светодиодной подсветкой для работы в тёмное время суток или условиях плохой освещённости.

Расчёт показателей осуществляется в непрерывном режиме, на всём протяжении работы потребителя электроэнергии. Дополнительная опция – определение объёма выбросов углекислого газа, что важно для замкнутых помещений.

Плюсы:

  • Размеры, функционал, стоимость.
  • Следит за выбросом углекислого газа.
  • Подсветка ЖК-дисплея.

Минусы:

  • Цена, заказ в Китае дешевле.
  • Для мастерской скорее нужен, домой – побаловаться.

Brennenstuhl PM 231 – высокое качество

Бытовой прибор со стильным дизайном корпуса (Primera-Line). Снабжён двухтарифным счётчиком, – функция «день-ночь». Измеряет напряжение сети, силу тока, частоту.

Вычисляет потребляемую мощность. Рассчитывает количество потреблённой электроэнергии. Фиксирует время в часах и минутах. Обладает повышенной безопасностью, – предусмотрена защита от детей.

Плюсы:

  • Отличное качество изготовления, точность.
  • Стильный дизайн, безотказен в работе.
  • Показывает реальную мощность, а не декларируемую.

Минусы:

  • Маловат шрифт на экране.

Лучшие интеллектуальные ваттметры

Современное развитие бытовых ваттметров – наличие внутреннего электронного блока для связи с владельцем посредством интернета. Управление осуществляется дистанционно, через смартфон или другой носитель.

Расширен функционал за счёт увеличения программ, – отключение при нештатных режимах или аварийной ситуации, передача сигнала на телефон или электронную почту. Кроме бытовых задач, цифровой ваттметр полезен для лабораторий, занимающихся разработкой бытовой техники, – предусмотрено построение графиков и диаграмм с учётом реального времени.

TP-Link HS110 – замеры на расстоянии

Управление и произведение измерений на расстоянии с помощью интернета через смартфон или другое электронное устройство. Предусмотрена возможность автоматического подключения или отключения потребителей электроэнергии.

Дистанционный мониторинг энергопотребления позволит выбрать оптимальный режим работы бытовых приборов или систем отопления, поможет выставить необходимый уровень мощности.

Плюсы:

  • Возможность дистанционного управления и контроля.
  • Небольшая, работает со всеми бытовыми приборами.
  • Цена, для такого уровня.

Минусы:

  • Чувствителен к качеству интернета и наличию связи.

Edimax SP 2101W – интеллектуальный прибор

Интеллектуальный ваттметр-выключатель с функцией измерения мощности. Подключаем к любой классической розетке.

Осуществляет взаимосвязь электроники и человека, –управляет уровнем потребления электроэнергии, подключает или отключает бытовые потребители вручную, по команде или по заложенному расписанию.

Следит за работой бытового устройства, автоматически отключая питание при нештатных ситуациях. Дополнительная опция – передача тревожного сигнала в автоматическом режиме.

Плюсы:

  • Самая настоящая «умная» розетка с контролем мощности.
  • Помощь в выработке экономного режима.
  • Сохранение результата в течение года.

Минусы:

  • Возможно, цена. Сэкономленной энергии не так уж много, не окупится.

Energenie EGM-PWM – зелёная энергетика

Ваттметр из серии приборов «зелёная» экономная энергетика. Снимает параметры электрической сети, вычисляет уровень мощности, выстраивает графики и диаграммы.

Программное приложение рассчитывает потребление электроэнергии в требуемый промежуток времени. Отсутствует постоянная привязка к персональному компьютеру, связь может осуществляться по внешней команде или заложенному расписанию.

Плюсы:

  • Точность, снятие информации в любое время.
  • Программирование на заданное время.
  • Удобен при отоплении дачи.

Минусы:

  • Купив один, попользовавшись, хочется докупить ещё. Но оправданы траты?

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Как работает ваттметр?

Ваттметр выполняет сложную работу, измеряя мощность, протекающую через электрическую цепь. Он одновременно измеряет значения напряжения и тока и умножает их, чтобы получить мощность в ваттах. Три основных типа — электродинамический, электронный и цифровой.

Электродинамические

Электродинамические ваттметры — это конструкция, которая восходит к началу 20 века. Они работают с использованием трех катушек: две закреплены последовательно с электрической нагрузкой, а подвижная катушка — параллельно ей.Последовательные катушки измеряют ток, протекающий по цепи, параллельная катушка измеряет напряжение. Последовательный резистор ограничивает ток через подвижную катушку. Он расположен между двумя неподвижными катушками и прикреплен к стрелке индикатора. Магнитные поля во всех трех катушках влияют на движение стрелки. Пружина возвращает иглу в нулевое положение при отсутствии напряжения или тока. Эта конструкция проста, надежна и прочна, хотя катушки могут перегреваться.

Электронное

Людям, использующим радио и микроволновое оборудование, необходимо измерять мощность в ваттах на частотах, намного превышающих 60 герц в электросети.Электродинамические ваттметры подходят для измерений в линиях электропередач переменного тока, но катушки — это частотно-зависимые части, которые не работают для радио. Для радио нужен полностью электронный подход. Здесь электронная схема измеряет ток и напряжение, умножает их в другой цепи и выдает результат в виде пропорционального тока или напряжения стандартному перемещению измерителя.

Цифровой

Цифровые ваттметры измеряют ток и напряжение электронным способом тысячи раз в секунду, умножая результаты в компьютерном чипе для определения ватт.Компьютер также может выполнять статистику, такую ​​как пиковая, средняя, ​​низкая потребляемая мощность и киловатт-часы. Они могут контролировать линию электропередачи на предмет скачков напряжения и отключений. В 2009 году потребителям стали доступны различные недорогие цифровые ваттметры. С падением цены и улучшенными возможностями цифровой электроники они стали популярными для удобного измерения энергопотребления в бытовых приборах с целью экономии энергии и денег.

Метод измерения мощности двумя ваттметрами — соединение звездой и треугольником

Метод двух ваттметров может использоваться для измерения мощности в 3-фазном, трехпроводном соединении звездой или треугольником, сбалансированной или несимметричной нагрузке.

В методе двух ваттметров токовые катушки ваттметра соединяются с любыми двумя линиями, скажем R и Y, а потенциальная катушка каждого ваттметра соединяется на той же линии, третья линия, то есть B, как показано ниже на рисунке (A) :

Общая мгновенная мощность, потребляемая тремя нагрузками Z 1 , Z 2 и Z 3 , равна сумме мощностей, измеренных двумя ваттметрами, W 1 и W 2 .

В комплекте:

Измерение мощности методом двух ваттметров при соединении звездой

Учитывая приведенный выше рисунок (A), на котором подключены два ваттметра W 1 и W 2 , мгновенный ток через токовую катушку ваттметра, W 1 , определяется уравнением, показанным ниже:

Мгновенная разность потенциалов на катушке ваттметра, Вт 1 , определяется как:

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 1

Мгновенный ток через токовую катушку ваттметра, Вт 2 , определяется уравнением:

Мгновенная разность потенциалов на катушке ваттметра, Вт 2 , определяется как:

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 2 :

Таким образом, общая мощность, измеренная двумя ваттметрами W 1 и W 2 , будет получена путем сложения уравнений (1) и (2).

Где, P — полная мощность, потребляемая тремя нагрузками в любой момент времени.

Измерение мощности методом двух ваттметров при соединении треугольником

С учетом схемы подключения треугольником, показанной на рисунке ниже:

Мгновенный ток через катушку ваттметра, Вт 1 , определяется уравнением:

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 1 составит:

Следовательно, мгновенная мощность, измеренная ваттметром, W 1 будет представлена ​​как:

Мгновенный ток через токовую катушку ваттметра, Вт 2 , определяется как:

Мгновенная разность потенциалов на катушке потенциалов ваттметра, Вт 2 :

Следовательно, мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 2 будет:

Следовательно, чтобы получить полную мощность, измеренную двумя ваттметрами, необходимо выполнить два уравнения, т.е.е. уравнение (3) и (4) необходимо добавить.

Где P — полная мощность, потребляемая тремя нагрузками в любой момент времени.

Мощность, измеренная двухваттметром в любой момент времени, представляет собой мгновенную мощность, потребляемую тремя нагрузками, подключенными к трем фазам. Фактически, эта мощность является средней мощностью, потребляемой нагрузкой, поскольку ваттметр считывает среднюю мощность из-за инерции их движущейся системы.

Как фактор мощности участвует в показаниях ваттметра?

Этот вид ваттметра не работает напрямую от коэффициента мощности.Он усредняет мгновенное напряжение, умноженное на ток. Сила на игле пропорциональна напряжению, умноженному на ток, который представляет собой мгновенную мощность. Пружина заставляет иглу линейно отклоняться от приложенной силы. Инерция стрелки усредняет мгновенное произведение тока и напряжения, поэтому показывает среднюю реальную мощность.

Если напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом на 90 ° (коэффициент мощности = 0), то мощность будет положительной в течение половины цикла и отрицательной в течение половины цикла.Если измеритель предназначен для нормальных частот линии электропередачи, то механический механизм не будет реагировать на отдельные полупериоды 50 или 60 Гц, но покажет вам отфильтрованную мощность нижних частот со значительно большей постоянной времени, чем отдельные циклы мощности. При коэффициенте мощности 0 это среднее значение будет равно 0, а счетчик покажет 0.

Если вы измеряете отдельно среднеквадратичное значение напряжения и тока, а затем умножаете их, вы получаете значение ВА (величина мощности, включая действительную и мнимую части).Вы можете взять реальную мощность, показанную измерителем, и разделить ее на значение ВА, чтобы получить коэффициент мощности.

Итак, опять же, этот измеритель не имеет прямого отношения к коэффициенту мощности. Он измеряет реальную мощность, возвращаясь к основным принципам, и является ли сигналы напряжения и тока синусами или нет.

Кстати, электросчетчик в вашем доме работает по такому же принципу. Вместо того, чтобы отклонять иглу от пружины, сила между катушками напряжения и тока заставляет небольшой двигатель вращаться.Общее количество оборотов — это интеграл от мощности по времени, или от общей переданной энергии. Ряд шестеренок вращает различные маркированные циферблаты, чтобы этот интеграл можно было накапливать и отображать, чтобы счетчик мог считывать итоговую сумму каждый месяц. Более новые счетчики автоматически отправляют накопленные показания в энергокомпанию через различные средства связи.

Ваттметр линейного измерителя мощности

RF »Примечания по электронике

Линейные ваттметры или измерители мощности могут измерять ВЧ-мощность, передаваемую от источника к нагрузке, путем измерения мощности, протекающей в фидере.


Измеритель ВЧ- и СВЧ-мощности Включает:
Измеритель ВЧ-мощности
PEP, средняя и импульсная мощность
Методы измерения мощности
Встроенный измеритель мощности
Измерители и датчики абсорбционной мощности


Встроенные измерители мощности или ваттметры RF подключаются к фидерной линии и могут измерять мощность, протекающую от источника к нагрузке, а также в обратном направлении.

Встроенные ваттметры или измерители мощности используют направленный ответвитель для передачи небольшого количества энергии из фидерной линии в сам датчик.

Большим преимуществом встроенных ваттметров RF является то, что они могут измерять мощность, пока она подается на нагрузку, то есть их можно использовать для тестирования работающей системы. Измерители абсорбционной мощности образуют нагрузку, и мощность не может быть передана другой нагрузке.

Одним из знаковых ваттметров RF является ваттметр Bird 43 Thruline ®, который используется уже много лет и до сих пор широко используется.

Знаменитый ваттметр Bird 43 Thuline®

Inline ваттметр

Встроенный радиочастотный ваттметр основан на использовании направленного ответвителя.Это элемент ВЧ-цепи, который передает небольшое количество энергии, протекающей по фидеру, во вторичную цепь, которая используется для измерения мощности в фидере. Количество мощности во вторичной цепи небольшое и не приводит к чрезмерным потерям.

Используя этот метод, можно отдельно определять мощность, протекающую в любом направлении, то есть прямую мощность и обратную мощность, которая была отражена от нагрузки из-за несоответствия и т. Д. Таким образом, для измерения КСВН, напряжения можно использовать встроенный ваттметр. коэффициент стоячей волны в фидере.

Простая схема направленного ответвителя, которую можно использовать для измерения мощности на линии.

Эта схема представляет собой очень простую форму направленного ответвителя и иллюстрирует основную концепцию. В точных встроенных измерителях мощности используется больше компонентов, что позволяет получать более точные результаты в более широком диапазоне частот.

В схеме передатчик и нагрузка соединены фидером, который соединен с двумя дополнительными короткими линиями внутри встроенного ВЧ измерителя мощности. На каждой из этих связанных линий есть резистор, используемый для согласования импеданса, и диод — их положение относительно направления потока мощности определяет, измеряется ли прямая или отраженная мощность.

Диод выпрямляет связанную мощность, так что она может быть непосредственно считана измерителем, а конденсатор удаляет остаточную радиочастоту.

Во многих встроенных ВЧ-ваттметрах используется только одна подключенная линия, и компоненты переключаются для выбора прямого и обратного измерения мощности.

Преимущество встроенного измерителя мощности означает, что измеритель мощности может оставаться в цепи, пока нагрузка активна. Это может быть особенно полезно, если нагрузка должна оставаться активной во время измерения мощности — этого нельзя достичь с помощью абсорбционного ваттметра.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных
Цифровой мультиметр
Частотомер
Осциллограф
Генераторы сигналов
Анализатор спектра
Измеритель LCR
Дип-метр, ГДО
Логический анализатор
Измеритель мощности RF
Генератор радиочастотных сигналов
Логический зонд
Тестирование и тестеры PAT
Рефлектометр во временной области
Векторный анализатор цепей
PXI
GPIB
Граничное сканирование / JTAG

Вернуться в меню тестирования.. .

Измерение мощности | КСБ

Измерение электрической мощности — это метод измерения мощности в цепи, которая выражается в ваттах. В центробежных насосах электрическая мощность измеряется электрическими и механико-электрическими методами.

Измерение электрической мощности для:
  • Постоянный ток: напряжение (В) и ток (I), измеренные с помощью вольтметров и амперметров
  • Однофазный переменный ток: эффективная мощность (P eff ), измеренная с помощью ваттметра
  • Трехфазный ток: два значения мощности (Peff1 и Peff2), измеренные с помощью двух ваттметров (метод двойного ваттметра), общая электрическая мощность рассчитана как
    P eff = P eff1 + P eff2 .См. Рис.1 Измерение мощности

Рис.1 Измерение мощности: метод двойного ваттметра (конфигурация Aron; потребитель, например, двигатель)

Эти функции измерения часто можно объединить в одном (электронном) измерительном приборе с легко читаемым дисплеем. Этот метод двойного ваттметра всегда можно применить, даже при недоступном нейтральном проводе, фазовом дисбалансе или колебаниях мощности. Если нейтральный провод доступен (двигатель с конфигурацией звезды) и фазы сбалансированы, можно измерить единичное значение мощности (P eff1 ) для определения общей электрической мощности по формуле P eff = 3 ∙ P eff1. .
См. Рис. 2 Измерение мощности.

Рис.2 Измерение мощности: упрощенное измерение с доступной или искусственной нейтралью

Для определения выходной мощности необходимо знать КПД двигателя (η M ) и, возможно, зубчатой ​​передачи.
Чтобы исключить неопределенности в эффективности двигателя и редуктора, в частности, для частотно-регулируемых приводов, в трансмиссии перед насосом устанавливается прибор для измерения крутящего момента и скорости, особенно во время испытаний в испытательном стенде.

Приборы для измерения потребляемой мощности насоса во время испытаний в испытательной лаборатории:
  • Измеритель крутящего момента ступичного типа, см. Рис. 3 Измерение мощности

Рис.3 Измерение мощности: измеритель крутящего момента ступичного типа

  • Дисковый измеритель крутящего момента, см. Рис.4 Измерение мощности

Рис.4 Измерение мощности: дисковый измеритель крутящего момента

Эти приборы устанавливаются между двигателем и насосом или между шестерней и насосом как часть муфты или как отдельный прибор.Скорость вращения обычно также поддерживается и измеряется.

Для передачи сигналов доступны различные системы, большинство из которых электронные. Основная задача этой технологии — надежная передача измерительного сигнала от вращающейся системы к стационарной и подача питания на измерительные элементы. Первоначально для этой цели использовались контактные кольца. Однако они очень подвержены сбоям, поэтому в точных системах их заменили бесконтактными передающими устройствами.Последние передают и отображают измерительные сигналы в виде амплитудной или частотной модуляции, в зависимости от системы.

Как работает ваттметр? — Wira Electrical

На этот раз мы попытаемся понять принцип работы ваттметра.

Некоторые ваттметры не имеют катушек; рассматриваемый здесь ваттметр относится к электромагнитному типу.

Обязательно сначала прочтите, что такое цепь переменного тока.

Ваттметр Измерение мощности

Средняя мощность, потребляемая нагрузкой, измеряется прибором, называемым ваттметром.

Ваттметр — это прибор, используемый для измерения средней мощности.

На рисунке (1) показан ваттметр, состоящий по существу из двух катушек: катушки тока и катушки напряжения.

Токовая катушка с очень низким импедансом (в идеале бесконечным) подключается параллельно нагрузке, как показано на рисунке (2), и реагирует на напряжение нагрузки.

Рисунок 1. Ваттметр

Токовая катушка действует как короткое замыкание из-за ее низкого импеданса; катушка напряжения ведет себя как разомкнутая цепь из-за своего высокого импеданса.

В результате наличие ваттметра не нарушает цепь и не влияет на измерение мощности.

Рисунок 2. Ваттметр, подключенный к нагрузке

Когда две катушки находятся под напряжением, механическая инерция движущейся системы создает угол отклонения, который пропорционален среднему значению произведения v (t) i (t).

Если ток и напряжение нагрузки равны v (t) = V m cos (ωt + θ v ) и i (t) = I m cos (ωt + θ i ), их соответствующие среднеквадратичные значения векторов

, а ваттметр измеряет среднюю мощность, выдаваемую

.

Как показано на рисунке.(2) каждая катушка ваттметра имеет две клеммы с маркировкой ±.

Чтобы обеспечить отклонение по шкале, клемма ± токовой катушки направлена ​​к источнику, а клемма ± катушки напряжения подключена к той же линии, что и токовая катушка.

Переключение обоих соединений катушек в обратном направлении по-прежнему приводит к высокому отклонению.

Однако реверсирование одной катушки, а не другой, приводит к уменьшению отклонения и отсутствию показаний ваттметра.

Этот ваттметр также можно использовать для измерения трехфазной мощности.

Пример работы ваттметра

Найдите показание ваттметра цепи, показанной на рисунке. (3)

Рисунок 3

Решение:
На рисунке (3) ваттметр считывает среднюю мощность, потребляемую импедансом (8 — j6) Ом, поскольку токовая катушка включена последовательно с сопротивлением, а катушка напряжения — параллельно с Это. Ток в цепи

Напряжение на импедансе (8 — j6) Ом равно

.

Мощность комплекса

Ваттметр показывает

Серия учебных курсов по электричеству и электронике ВМС (NEETS), модуль 21, с 3-11 по 3-20

Модуль 21 — Методы и практика тестирования.

Страницы i — ix,
От 1-1 до 1-10,
От 1-11 до 1-20,
1-21 до 1-26,
От 2-1 до 2-10,
2-11 до 2-20,
2-21 до 2-30,
2-31 до 2-40,
2-41 к 2-48,
От 3-1 до 3-10,
С 3-11 до 3-20,
С 3-21 до 3-30,
От 3-31 до 3-39,
С 4-1 по 4-10,
С 4-11 по 4-14,
С 5-1 по 5-10,
С 5-11 до 5-20,
С 5-21 до 5-30,
От 5-31 до 5-35, от AI-1 до AI-3, индекс

Достигнуто соотношение

.Это
Однако следует понимать, что антенна действительно имеет определенный импеданс на данной частоте и что, когда
При необходимости этот импеданс может быть определен с помощью моста импеданса РЧ.

Типичное сопротивление RF
мостовая схема показана на рисунке 3-9. Для измерения импеданса моста требуется генератор ВЧ сигналов,
детектор и откалиброванный ВЧ мост для определения импеданса линии передачи. Мост сравнивает параллель
резистивно-реактивная комбинация с последовательной комбинацией и обычно может измерять импеданс по частоте
диапазон от 500 кГц до 60 МГц.

Рисунок 3-9. — Типовой ВЧ мост.

Обычно мост балансируется с известной емкостью в условиях короткого замыкания. Неизвестный
Затем вместо короткой шины вставляется импеданс, и мост повторно балансируется. Разница между
известный импеданс в условиях короткого замыкания и измерения баланса, полученные с неизвестным импедансом
вместо короткого замыкания вставлено значение неизвестного импеданса.

В-7. Каков результат
Несоответствие импеданса между приемником или передатчиком и его линией передачи или антенной?

ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

Часто бывает необходимо проверить уровни мощности входного и выходного сигналов электронного оборудования. В
определение мощности постоянного тока вычисляется с использованием производной закона Ома (P = IE = I 2 R = E 2 / R).
Однако наличие реактивной составляющей в цепях переменного тока означает, что полная мощность измеряется или
рассчитывается, если среднеквадратичное значение напряжения-тока не умножается на коэффициент мощности, чтобы получить истинное меньшее значение.В
измерение мощности переменного тока дополнительно осложняется частотными ограничениями различных измерителей мощности. Если там есть
без разности фаз, мощность переменного тока может быть вычислена так же, как мощность постоянного тока, путем определения среднего значения
произведение напряжения и тока. В практических цепях переменного тока полную мощность необходимо умножить на
косинус фазового угла между напряжением и током для вычисления истинной мощности.

В повторном
Для измерения мощности звуковой частоты (AF) вы можете использовать обычный измеритель мощности, откалиброванный непосредственно в ваттах.Тем не мение,
когда реактивные составляющие диссипативного импеданса вводят

3-11


фазовый угол, устройство, которое пропорционально коэффициенту мощности и полной мощности, должно быть
использовал. Поскольку измерения уровня мощности связаны с децибелами, практические знания о децибелах необходимы.
требуется для правильной интерпретации тестов мощности. Децибел используется для определения соотношения изменений мощности или
для указания уровня мощности в цепи по отношению к 0 или стандартному опорному уровню.

СИЛА AF

В электрической передаче речи или музыки участвуют быстро меняющиеся амплитуды и частоты.
Измерение среднего уровня мощности и скорость его изменения зависят от характеристик сигнала и временного интервала.
за которое берется это среднее. Измерения мощности для схем AF обычно указываются в децибелах.
(дБ), децибелы относительно 1 милливатта (дБм) или единицы громкости (vu).Например, коэффициент усиления усилителя
может быть выражено в дБ; уровень мощности синусоидального сигнала по сравнению с ссылкой на 1-милливатт указывается в
дБм; и уровень мощности сложного сигнала, такого как голос, музыка или мультиплексированная информация, по сравнению с
эталонный уровень 1 милливатт, указывается в ву.

Q-8. Какие три единицы измерения больше всего
обычно используется, когда речь идет об измерениях мощности автофокусировки?

DECIBEL METERS

Измеритель дБ
представляет собой электронный вольтметр переменного тока, калиброванный в дБ.Эти измерители полезны для проведения измерений там, где
желательна прямая индикация в децибелах. Однако помните, что это вольтметры, а измерения мощности
не имеет смысла, если не известен импеданс цепи. Когда измеритель дБ откалиброван, контрольная точка, основанная на
конкретная мощность или значение напряжения на указанном сопротивлении выбирается для представления 0 дБ. Многие электронные
вольтметры используют шкалу в единицу дБ, основанную на 1 милливатте на нагрузке 600 Ом, что соответствует 0 дБмВт.Основываясь на этом
контрольной точкой, различные показания напряжения могут быть сделаны на шкале низкого напряжения переменного тока. Цифры + дБ, соответствующие
отношения к напряжению, которые существуют между последовательными диапазонами и диапазоном низкого переменного тока, были вычислены для каждого диапазона.
Эти числа, отображаемые на передней панели прибора, алгебраически добавляются к каждому последующему диапазону.
чтение для получения правильного значения для диапазона. Термин децибел сам по себе не указывает на мощность.Это
указывает соотношение или сравнение между двумя уровнями мощности, которое позволяет рассчитать мощность. Часто это
более желательно выражать измерения производительности в децибелах, используя фиксированный уровень мощности в качестве эталона.
Первоначальный стандартный эталонный уровень составлял 6 милливатт, но для упрощения расчетов стандартный эталонный уровень составлял
Принят 1 милливатт.

Q-9. Что касается измерителей дБ, 0 дБм означает 1 милливатт в том, что
значение нагрузки?

ЕДИНИЦЫ ОБЪЕМА

Единица измерения громкости (vu) метр используется в аудио
оборудование для индикации входной мощности передатчика или линии передачи.Этот тип счетчика имеет особые
характеристики, такие как стандартизованная скорость перемещения указателя, скорость возврата и калибровка. В
измерение среднего уровня мощности и скорости его изменения во времени зависит не только от
характеристики сигнала, но также и на временном интервале, за который производится усреднение. Соответственно,
Скорость отклика прибора, используемого для измерения средней мощности, вызывает особую озабоченность. Единица
измерение — это единица громкости (vu), которая численно равна количеству дБ выше или ниже эталона.
уровень 1 милливатт на нагрузку 600 Ом (при условии, что стандартный прибор откалиброван под
постоянная амплитуда, условия синусоидальной волны).Изменение одного вю — это то же самое, что изменение одного децибела. Следовательно,
полученное значение vu представляет собой средние мгновенные значения мощности речи или музыки, полученные с помощью инструмента.
с особыми динамическими характеристиками. Показания vu эквивалентны уровню мощности в децибелах, только если
синусоидальный сигнал имеет постоянную амплитуду.

Q-10. В чем основное отличие vu от a
измеритель дБ?

3-12


ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВАТТМЕТР

Электродинамический ваттметр используется для измерения потребляемой мощности.
от источников переменного или постоянного тока.Электродинамический ваттметр, показанный на рисунке 3-10, использует реакцию между
магнитные поля двух токоведущих катушек (или наборов катушек), одна неподвижная, а другая подвижная. Когда
ток через обмотку возбуждения с фиксированным положением такой же, как ток через нагрузку и ток
через подвижную катушку пропорционально напряжению нагрузки, то мгновенное отклонение стрелки равно
пропорционально мгновенной мощности. Поскольку движущийся указатель не может отслеживать быстрые изменения крутящего момента
из-за своего количества движения он принимает отклонение, пропорциональное средней мощности.Ваттметр динамометрического типа
автоматически компенсирует ошибку коэффициента мощности тестируемой цепи. Он указывает только на
мгновенная мощность, возникающая из синфазных значений тока и напряжения. При противофазных отношениях
пик тока через подвижную катушку никогда не возникает в тот же момент, что и пик напряжения на нагрузке,
что приводит к меньшему отклонению стрелки, чем когда ток и напряжение совпадают по фазе. Простой счетчик, показанный на
рисунок 3-10 не компенсируется.Когда нагрузка отключена, этот измеритель все еще будет показывать, что питание
потребляется в цепи. Эту трудность можно устранить, установив две компенсирующие обмотки.
с первичными токовыми обмотками фиксированной катушки, как показано на рисунке 3-11. Эти неподвижные обмотки используются для
создают магнитный поток, пропорциональный току через подвижную катушку. Как показано стрелками, токи
через первичную подвижную катушку и компенсационную катушку течет в противоположных направлениях, создавая крутящий момент, вызванный
противоположными магнитными полями.Эти противоположные поля отменяются. Следовательно, при снятии нагрузки с цепи
счетчик покажет нулевую мощность через нагрузку.

Рисунок 3-10. — Типовой электродинамический ваттметр.

3-13


Рисунок 3-11. — Электрический эквивалент компенсированного электродинамического ваттметра.

Электродинамические ваттметры подвержены ошибкам, возникающим из-за различных факторов, таких как температура и
частотные характеристики и вибрация.Нагрев через механизм управления может вызвать удлинение пружин и
терять напряжение; в результате возникают ошибки отклонения. На рисунке 3-12 показан механический эквивалент
электродинамический ваттметр. Большие токи в цепи также вызовут ошибки. Следовательно, максимальная
Диапазон тока электродинамических ваттметров обычно ограничивается примерно 20 ампер. При больших токах нагрузки
В сочетании с ваттметром используется трансформатор тока подходящего диапазона.Однако
Трансформатор тока нельзя использовать, если тестируемая цепь переменного тока содержит компонент постоянного тока.

Рисунок 3-12. — Механический эквивалент электродинамического ваттметра.

Диапазон напряжения ваттметров обычно ограничивается несколькими сотнями вольт из-за нагрева.
рассеяние в цепи напряжения. Однако диапазон напряжения можно расширить, используя внешнее напряжение.
разделители.Ваттметры, используемые в качестве лабораторных эталонов, имеют точность 0,1%, высококачественные портативные ваттметры и
точность от 0,2% до 0,25%, а высококлассные ваттметры распределительного щита с точностью 1% от

3-14


значение полной шкалы. Поскольку погрешности электродинамического ваттметра увеличиваются с увеличением частоты, они используются
в первую очередь для измерения линейной мощности 60 Гц. Неэкранированные электродинамические ваттметры не следует размещать в
близость паразитных магнитных полей.Ваттметр имеет номинальные значения тока, напряжения и мощности; поэтому ущерб может
результат при превышении любого из этих рейтингов.

Электродинамический ваттметр может быть преобразован в
прибор для измерения реактивной мощности путем замены сопротивления, обычно включенного последовательно, с катушкой напряжения на
большая индуктивность. Запаздывание тока в катушке напряжения на 90 градусов обеспечивает прямое считывание, пропорциональное
реактивная мощность в цепи. Необходимо использовать компенсирующие цепи, чтобы фазовый сдвиг составлял точно 90 °.

В-11. Какой тип устройства используется для расширения токоизмерительных возможностей электродинамических ваттметров?

Ваттметры с железным сердечником, композитными катушками и торсионными головками

Ваттметры с железным сердечником в основном используются в качестве
коммутационные приборы и используют принцип индукции. Катушки напряжения и тока намотаны на ламинированный
железный сердечник, имеющий форму для создания взаимно перпендикулярного магнитного поля через воздушный зазор. Вихревые токи, наведенные в
тонкий металлический цилиндр, вращающийся в этом воздушном зазоре, взаимодействует с магнитным полем, создавая крутящий момент, пропорциональный
мгновенная мощность.Этот тип конструкции обеспечивает преимущества увеличенного рабочего крутящего момента, большего
углы поворота, прочность, компактность и отсутствие ошибок, вызванных полями рассеяния. Он имеет
недостаток очень узкий частотный диапазон.

Ваттметр с композитной катушкой использует повышенный крутящий момент, создаваемый измеряемой мощностью переменного тока, в отличие от
крутящий момент, создаваемый регулируемым постоянным током в наборе обмоток, перемешанных или намотанных внутри обмоток переменного тока.С помощью этого метода достигается более высокая точность считывания, чем при использовании простых ваттметров, и
ошибки, вызванные эластичностью пружинной подвески, несущей систему с подвижной спиралью, исключаются. В
торсионный ваттметр используется для восстановления подвижной катушки в исходное положение после отклонения и для снятия
ошибка взаимной индуктивности.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ВАТТМЕТР

Электронные ваттметры используются для прямых измерений малой мощности
или для измерения мощности на частотах, выходящих за пределы диапазона приборов электродинамометрического типа.Упрощенный
Схема электронного ваттметра показана на рисунке 3-13. Согласованные триоды работают в нелинейной части
их характеристические кривые напряжение сетки и ток пластины. Симметричная резистивная Т-сеть между генератором
и нагрузка будет обеспечивать напряжения V1 и V2, пропорциональные току и напряжению нагрузки, и синхронизированные с ними,
соответственно. Источник переменного тока подключается к нагрузке через последовательные резисторы R1 и R2. Эти двое
резисторы имеют одинаковый номинал и сделаны небольшими, чтобы падение напряжения на них не уменьшало нагрузку.
напряжение заметно.R3 сделан достаточно большим, чтобы потреблять незначительную мощность. Следовательно, напряжение R3 равно
равно напряжению нагрузки, а напряжение на любом последовательном резисторе пропорционально разнице в
выходные токи ламп. Среднее значение разницы можно измерить с помощью измерителя постоянного тока, подключенного к
Считайте потенциал напряжения между сетками V1 и V2. Этот метод подходит только для низких частот. Как
частота увеличивается, паразитные емкости и индуктивности также увеличиваются.Частотный диапазон электронного
ваттметр может быть увеличен до 20 мегагерц за счет использования пентодов вместо триодных ламп. Условия эксплуатации
в пентоде регулируются так, чтобы ток пластины был пропорционален произведению линейной функции пластины
напряжение и экспоненциальная функция напряжения сети.

3-15


Рисунок 3-13. — Простая схема электронного ваттметра.

В-12. При измерении мощности какое преимущество электронный ваттметр перед электродинамическим?
ваттметр?

СЧЕТЧИКИ МОЩНОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ

Измерители мощности поглощения поглощают все или
часть источника питания. Им требуются средства рассеивания поглощенной мощности, измерения рассеиваемой таким образом мощности,
и указывает количество энергии, потребляемой сенсорной сетью. Измерители выходной мощности, линейные ваттметры и
измерители с использованием болометров являются примерами измерителей мощности поглощения, используемых военно-морским флотом.

Измерители выходной мощности

На рисунке 3-14 показан общий измеритель выходной мощности, используемый в ОВЧ-УВЧ.
Приложения. Он имеет диапазон от 0 до 150 Вт, охватываемый двумя ступенями: 0–50 Вт и 0–150 Вт. Аттенюатор AT1
обеспечивает номинальную резистивную (фиктивную) нагрузку 50 Ом и использует металлическую пленку на стеклянной конструкции. Этот фиктивный груз
отводится, чтобы обеспечить правильное рабочее напряжение на счетчике. Резисторы R3 и R5 образуют калибровочную цепь на 50 Ом.
ватты; R7 и R8 образуют калибровочную сеть на 150 Вт.Точность при приблизительно 20º C составляет ± 5% для частот.
от 30 МГц до 600 МГц, ± 10% для частот от 0,6 ГГц до 0,8 ГГц и ± 20% для частот от 0,8
и 1,0 ГГц. Когда на AT1 подается радиочастотная (RF) мощность, этот аттенюатор сводит к минимуму влияние мощности.
факторы, порождаемые реактивными компонентами. Затем радиочастотная энергия обнаруживается и фильтруется с помощью CR1 и C1,
соответственно. Результирующее постоянное напряжение, пропорциональное входной мощности, подается на чувствительный
микроамперметра через одну из калибровочных сетей.Этот измеритель имеет шкалу с двумя диапазонами: 0-50 Вт и
0-150 Вт. Чтобы защитить глюкометр, вы всегда должны сначала пробовать более высокий диапазон. Если значение окажется ниже
50 Вт, переход на нижнюю шкалу обеспечит повышенную точность.

3-16


Рисунок 3-14. — Ваттметр УКВ-УВЧ.

Ваттметры в линии

Ваттметры в линии AN / URM-120, показанные на рис. 3-15,
измеряет мощность, приложенную к нагрузке с сопротивлением 50 Ом, и мощность, отраженную от этой нагрузки.Внутренний направленный
ответвитель ориентирован так, что он реагирует только на волну, распространяющуюся в одном направлении по линии передачи. В
ответвитель можно поворачивать для компенсации падающей или отраженной мощности. Затем RF выпрямляется, фильтруется,
и применяется к измерителю, который масштабируется в ваттах. ВЧ-мощность от 50 до 1000 Вт может быть измерена между
частоты от 2 МГц до 30 МГц; и от 10 до 500 Вт в диапазоне частот от 30 МГц до 1000 МГц.

Рисунок 3-15. — Типовой линейный ваттметр.

3-17


Q-13. В чем преимущество линейных ваттметров перед измерителями выходной мощности?

Болометр

Болометр имеет специально сконструированный элемент термочувствительного
материал. Активный материал представляет собой полупроводниковую бусину, закрепленную между двумя выводами гибкого провода. Когда мощность ВЧ
приложенная к элементу болометра, поглощение энергии элементом нагревает элемент и вызывает изменение его
электрическое сопротивление.Таким образом, болометр можно использовать в мостовой схеме, что позволяет избежать небольших изменений сопротивления.
легко обнаруживается и измерение мощности может быть выполнено методом подстановки (то есть подстановкой постоянного тока
или низкочастотная энергия для создания эквивалентного теплового эффекта). Обычно используется измерительный механизм D’Arsonval.
как нулевой индикатор.

Согласно одному принципу измерения (принципу, используемому в сбалансированном мосту), мост изначально
сбалансированный с низкочастотной мощностью смещения.Затем на болометр подается ВЧ-мощность, и мощность смещения постепенно уменьшается.
снимается, пока мост снова не будет сбалансирован. В этом случае фактическая ВЧ-мощность равна удаленной мощности смещения.

Согласно другому принципу измерения (принцип, используемый в несимметричном мосту), мост не является
перебалансируется после подачи мощности РЧ. Скорее, показания индикатора преобразуются непосредственно в мощность с помощью
ранее выполненная калибровка.

Рисунок 3-16 иллюстрирует базовую мостовую схему болометра.В
элемент болометра должен быть физически маленьким, чтобы быть высокочувствительным; он должен одинаково реагировать на низкочастотные
и мощность RF; и он должен быть согласован с линией питания с РЧ-входом. Размер поперечного сечения болометра
элемент примерно равен глубине скин-слоя проникновения ВЧ-тока на самой высокой частоте срабатывания.
Это условие позволяет постоянному току и высокочастотному сопротивлению быть практически равными реактивной составляющей
сопротивление болометра минимальное.Термисторы, которые являются разновидностью болометров, используют полупроводниковый материал в форме
как бусинка, с большей толщиной поверхностного слоя и меньшей длиной для минимизации эффекта стоячей волны. Эти физические
свойства обеспечивают соответствие между продольным низкочастотным и радиочастотным распределением мощности для обеспечения
необходимая присущая точность болометра.

Рисунок 3-16. — Базовая мостовая схема болометра.

Пневматический болометр обеспечивает чувствительность по мощности в 100 или более раз большую, чем та, которую обеспечивает
статические калориметрические устройства.Дополнительную чувствительность можно получить, установив элемент в вакуумированном
конверт для исключения конвективных потерь тепла. Небольшие размеры элементов болометра связаны с малым тепловым
массовые и малые тепловые постоянные времени. Тепловая постоянная времени напрямую зависит от отношения объема к площади
элемент определенной формы и композиции. Типичное время до 0,1

3-18


секунда для бусин термистора.Термисторный элемент болометра обычно состоит из
керамическая смесь оксидов металлов, имеющая большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Два штрафа
Проволоки из платинового сплава заделываются в валик, после чего валик нагревается и покрывается стеклянной пленкой.
Типичные размеры борта термистора, используемого для микроволновых измерений, составляют 0,015 дюйма вдоль его главной оси и
0,010 дюйма по малой оси. Бусина термистора может работать при высоких температурах; он прочный, оба
электрически и механически; имеет высокую резистивно-силовую чувствительность; и имеет хорошую температуру-мощность
чувствительность.Кроме того, он может выдерживать большие импульсы энергии; имеет вялую термическую реакцию; и у него есть
незначительные ошибки измерения импульсной мощности. Более чувствительный термистор требует тепловой защиты или нагрева.
компенсация за лучшую работу.

К-14. Из какого материала изготовлены болометры
а термисторы?

Болометр измеритель мощности

Стандартный измеритель мощности, используемый на флоте
(Hewlett-Packard 431 C) — это автоматический самобалансирующийся прибор, использующий двухмостовые схемы.Он разработан
для работы с креплениями термистора с температурной компенсацией, которые позволяют измерять мощность в 50-омном коаксиальном
в системе от 10 МГц до 18 ГГц и в волноводной системе от 2,6 ГГц до 40 ГГц. Этот измеритель мощности может работать
от первичного источника питания переменного или постоянного тока. Источник переменного тока может быть 115 или 230 вольт при частоте от 50 до 400 герц.
Источником постоянного тока является аккумуляторная батарея на 24 В. Переключатель диапазонов с семью положениями обеспечивает полную мощность
измерения от 10 микроватт до 10 милливатт или от -20 дБмВт до +10 дБмВт.Эти диапазоны можно расширить с помощью
помощь аттенюаторов. Крепление термистора (как показано на рис. 3-17) содержит два термистора: один в
мост обнаружения, который поглощает измеряемую микроволновую мощность, а другой — для компенсации и измерения
мост, который обеспечивает температурную компенсацию и преобразует измеренную мощность ВЧ в показания счетчика. Каждый
мост включает соответствующий элемент термистора в качестве плеча моста.

3-19


Рисунок 3-17.- Сил-о-Метр.

Схема измерителя мощности в основном состоит из двух мостов; каждый мост включает в себя один термистор
элементы в качестве моста. Мосты выполнены самобалансирующимися за счет использования контуров обратной связи. Положительный или
в контуре обратной связи 1 используется регенеративная обратная связь; в обратной связи используется дегенеративная (отрицательная) обратная связь

3-20


NEETS Содержание

  • Введение в материю, энергию,
    и постоянного тока
  • Введение в переменный ток и трансформаторы
  • Введение в защиту цепей,
    Контроль и измерение
  • Введение в электрические проводники, проводку
    Методики и схематическое чтение
  • Введение в генераторы и двигатели
  • Введение в электронную эмиссию, трубки,
    и блоки питания
  • Введение в твердотельные устройства и
    Блоки питания
  • Введение в усилители
  • Введение в генерацию волн и формирование волн
    Схемы
  • Введение в распространение и передачу волн
    Линии и антенны
  • Принципы СВЧ
  • Принципы модуляции
  • Введение в системы счисления и логические схемы
  • Введение в микроэлектронику
  • Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
  • Введение в испытательное оборудование
  • Принципы радиочастотной связи
  • Принципы работы радаров
  • Справочник техника, Главный глоссарий
  • Методы и практика испытаний
  • Введение в цифровые компьютеры
  • Магнитная запись
  • Введение в волоконную оптику

.