Ваттметр

Ваттметр — это прибор для измерения электрической активной мощности (или средней скорости потока электрической энергии ) в ваттах любой данной цепи . Электромагнитные ваттметры используются для измерения мощности полезной частоты и звуковой частоты; другие типы необходимы для радиочастотных измерений.

Ваттметр считывает среднее значение произведения v(t)i(t) = p(t) , где v(t) — напряжение с положительной опорной полярностью на клемме ± по отношению к другой клемме потенциальной катушки, и i(t) — ток с опорным направлением, текущий в клемму ± токовой катушки. Ваттметр показывает P = (1/T) ∫ _0.^Т v(t)i(t) dt , которое в синусоидальном установившемся режиме уменьшается до V _rms I _rms cos(φ), где T — период p(t), а φ — угол, на который ток отстает от напряжения. ^[1]

История

Венгр Отто Блати запатентовал свой ваттметр переменного тока. ^{[ нужна ссылка ]}

В 1974 году Магхар С. Чана, Рамон Л. Крейли, Эрик А. Гауптман Барри и М. Прессман запатентовали первый электронный ваттметр. Это устройство состоит из трансформаторов мощности, тока и напряжения, которые измеряют среднюю мощность. ^[2]

Электродинамический

Ранний ваттметр выставлен в Историческом архиве и музее горного дела в Пачуке , Мексика.

Традиционный аналоговый ваттметр представляет собой электродинамический прибор. Устройство состоит из пары неподвижных катушек , известных как токовые катушки , и подвижной катушки, известной как потенциальная катушка .

Катушки тока включены в последовательно цепь , а катушка потенциала — параллельно . Кроме того, в аналоговых ваттметрах на потенциальной катушке имеется стрелка, которая перемещается по шкале для индикации измерения. Ток, протекающий через токовую катушку, создает электромагнитное поле вокруг катушки . Сила этого поля пропорциональна току линии и находится в фазе с ним. Потенциальная катушка, как правило, имеет резистор высокого номинала , включенный последовательно с ней для уменьшения тока, протекающего через нее.

Результатом такого расположения является то, что в цепи постоянного тока (DC) отклонение иглы пропорционально как току напряжению ( I ), так и ( V ), что соответствует уравнению P = VI .

Для сети переменного тока ток и напряжение могут не совпадать по фазе из-за задерживающего эффекта индуктивности или емкости цепи . В цепи переменного тока отклонение пропорционально среднему мгновенному произведению напряжения и тока, таким образом измеряя мощность активную P = VI cos φ . Здесь cos φ представляет собой коэффициент мощности , который показывает, что передаваемая мощность может быть меньше полной мощности, полученной путем умножения показаний вольтметра и амперметра в одной и той же цепи.

Электронный

Электронные ваттметры используются для прямых измерений малой мощности или для измерения мощности на частотах, выходящих за пределы диапазона приборов типа электродинамометров.

Цифровой

Современный цифровой ваттметр измеряет напряжение и ток тысячи раз в секунду. Для каждого образца напряжение умножается на ток в тот же момент; среднее значение по крайней мере за один цикл является реальной мощностью. Реальная мощность, деленная на кажущийся вольт-ампер (ВА), представляет собой коэффициент мощности. Компьютерная схема использует выборочные значения для расчета среднеквадратичного напряжения, среднеквадратичного тока, ВА, мощности (ватт), коэффициента мощности и киловатт-часов. Показания могут отображаться на устройстве, сохраняться для регистрации и расчета средних значений или передаваться на другое оборудование для дальнейшего использования. Ваттметры значительно различаются по правильному расчету энергопотребления, особенно когда реальная мощность намного ниже, чем ВА (высокореактивные нагрузки , например, электродвигатели ). Простые измерители можно калибровать с заданной точностью только для синусоидальных сигналов. Формы сигналов для импульсных источников питания , используемых во многих электронных устройствах, могут быть очень далеки от синусоидальных, что приводит к неизвестным и, возможно, большим ошибкам при любой мощности. Это может не быть указано в инструкции к счетчику.

Точность и аккуратность

Существуют ограничения на измерение мощности с помощью недорогих ваттметров или любых счетчиков, не предназначенных для измерений малой мощности. Особенно это касается низкой мощности (например, менее 10 Вт), используемой в режиме ожидания; Показания могут быть настолько неточными, что оказаться бесполезными (хотя они подтверждают, что мощность в режиме ожидания низкая, а не высокая). ^[3] Трудность во многом связана с трудностью точного измерения переменного тока, а не напряжения, а также с относительно небольшой потребностью в измерениях малой мощности. В спецификации счетчика должна быть указана погрешность показаний для различных ситуаций. Для типичного подключаемого счетчика погрешность мощности указывается как ±5% от измеренного значения ±10 Вт (например, измеренное значение 100 Вт может быть неправильным на 5% от 100 Вт плюс 10 Вт, т. е. ±15 Вт). или 85–115 Вт); а погрешность в кВтч указана как ±5% от измеренного значения ±0,1 кВтч. ^[4] Если портативный компьютер в спящем режиме потребляет 5 Вт, счетчик может показывать любое значение от 0 до 15,25 Вт, без учета ошибок из-за несинусоидальной формы сигнала. На практике точность можно повысить, подключив фиксированную нагрузку, например лампочку накаливания, добавив устройство в режим ожидания и используя разницу в энергопотреблении. ^[3] Это выводит измерения из проблемной зоны низкой мощности.

Радиочастота

Приборы с подвижными катушками можно калибровать для постоянного тока или токов промышленной частоты до нескольких сотен герц. На радиочастотах (РЧ) распространенным методом является схема выпрямителя , приспособленная для реагирования на ток в линии передачи ; система калибруется по известному сопротивлению цепи. Диодные детекторы либо подключаются напрямую к источнику, либо используются с системой отбора проб, которая пропускает через детектор только часть радиочастотной мощности. Термисторы и термопары используются для измерения тепла, выделяемого радиочастотной мощностью, и могут калиброваться либо напрямую, либо путем сравнения с известным эталонным источником энергии. ^[5] Датчик мощности болометра преобразует падающую радиочастотную мощность в тепло. Постоянная температура сенсорного элемента поддерживается небольшим постоянным током. Уменьшение тока, необходимого для поддержания температуры, связано с падающей радиочастотной мощностью. Приборы этого типа используются во всем радиочастотном спектре и могут даже измерять мощность видимого света. Для измерений большой мощности калориметр напрямую измеряет тепло, выделяемое радиочастотной мощностью. ^[5]

Счетчики ваттчасов

Прибор, измеряющий электрическую энергию в ватт-часах, по существу представляет собой ваттметр, который интегрирует мощность с течением времени (по сути, умножает мощность на затраченное время). Цифровые электронные приборы измеряют множество параметров и могут использоваться там, где необходим ваттметр: вольты , ток в амперах , кажущаяся мгновенная мощность, фактическая мощность, коэффициент мощности, энергия в [к]Вт·ч за определенный период времени и стоимость электроэнергии. потребляется.

См. также

Измеритель мощности микроволновой печи

Ссылки

^ Клоуз, Чарльз М. (1966). «Глава 8: Сила и энергия». Анализ линейных цепей . п. 395. ИСБН 9780155026124 .
^ США 3959724A , «Электронный ваттметр».
^ Jump up to: ^а ^б «Ливерморская лаборатория Лоуренса в США, мощность в режиме ожидания, измерение в режиме ожидания» . Архивировано из оригинала 22 декабря 2017 года . Проверено 21 сентября 2011 г.
^ Данные приведены в тексте руководства к недорогому подключаемому счетчику электроэнергии Brennenstuhl PM230. Наименьший измеряемый ток составляет 0,02 А, что соответствует примерно 5 Вт при 230 В переменного тока.
^ Jump up to: ^а ^б Карр, Джозеф Дж. (2002). Радиочастотные компоненты и схемы . Ньюнес. стр. 351–370. ISBN 978-0-7506-4844-8 .

Дальнейшее чтение

Ребулдела, Грегорио; Жаргон, Джеффри А. (1992). «Калибровка ваттметра непрерывного напряжения высокой мощности в NIST» . J Res Natl Inst Stand Technol ( Национальный институт стандартов и технологий ): 673–686. дои : 10.6028/jres.097.031 . ПМИД 28053451 .

Внешние ссылки

В эту статью включен текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : Чисхолм, Хью , изд. (1911). « Ваттметр ». Британская энциклопедия . Том. 28 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.

«Схемы измерения постоянного тока» Глава Уроки электрических цепей» из серии «

[1] Клоуз, Чарльз М. (1966). «Глава 8: Сила и энергия». Анализ линейных цепей . п. 395. ИСБН 9780155026124 .

[2] США 3959724A , «Электронный ваттметр».

[ll-3] Jump up to: ^а ^б «Ливерморская лаборатория Лоуренса в США, мощность в режиме ожидания, измерение в режиме ожидания» . Архивировано из оригинала 22 декабря 2017 года . Проверено 21 сентября 2011 г.

[4] Данные приведены в тексте руководства к недорогому подключаемому счетчику электроэнергии Brennenstuhl PM230. Наименьший измеряемый ток составляет 0,02 А, что соответствует примерно 5 Вт при 230 В переменного тока.

[Carr_2002_p351–370-5] Jump up to: ^а ^б Карр, Джозеф Дж. (2002). Радиочастотные компоненты и схемы . Ньюнес. стр. 351–370. ISBN 978-0-7506-4844-8 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

v т и Электрическое и электронное измерительное оборудование
Измерение	Амперметр Измеритель емкости Измеритель искажений Счетчик электроэнергии Частотомер Гальванометр LCR-метр Измеритель мощности микроволновой печи Мультиметр Мегомметр Омметр Пиковый счетчик Пиковый программный счетчик Псофометр Q-метр Рефлектометр во временной области Преобразователь времени в цифру Трансформаторный мостик с коэффициентом трансформации Тестер транзисторов Тестер для трубок Ваттметр Вольтметр волюметр
Анализ	Анализатор шины Логический анализатор Сетевой анализатор осциллограф Анализатор сигналов Анализатор спектра Монитор формы сигнала Вектороскоп Видеоскоп
Поколение	Генератор сигналов произвольной формы Генератор цифровых шаблонов Генератор функций Генератор развертки Генератор сигналов Генератор видеосигнала