Какой прибор используется для измерения электрической мощности

Измерение мощности постоянного и переменного однофазного тока

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 в сего 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. 1 , а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 1. 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. 1, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iu параллельной 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 β y , 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. 2).

Рис. 2. 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. 2, а и б:

где Р i и Р u — 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 Р i и Р u 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».

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Ваттметр

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

Содержание

Классификация

По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории — низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и оптические. Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки. В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.

Ваттметры низкой частоты и постоянного тока

НЧ-ваттметры используются преимущественно в сетях электропитания промышленной частоты для измерения потребляемой мощности, могут быть однофазные и трехфазные. Отдельную подгруппу составляют варметры — измерители реактивной мощности. Цифровые приборы обычно совмещают возможность измерения активной и реактивной мощности.

Аналоговые НЧ-ваттметры электродинамической или ферродинамической системы имеют в измерительном механизме две катушки, одна из которых подключается последовательно нагрузке, другая параллельно. Взаимодействие магнитных полей катушек создает вращающий момент, отклоняющий стрелку прибора, пропорциональный произведению силы тока, напряжения и косинуса или синуса разности фаз (для измерения соответственно активной или реактивной мощности).

  • ПРИМЕРЫ: Ц301, Д8002, Д5071

Цифровые НЧ-ваттметры имеют в качестве входных цепей два датчика — по току и по напряжению, подключаемые соответственно последовательно и параллельно нагрузке, датчики могут быть на основе измерительных трансформаторов, термисторов, термопар и другие. Информация с датчиков через АЦП передается на вычислительное устройство, в котором рассчитываются активная и реактивная мощность, далее итоговая информация выводится на цифровое табло и, при необходимости, на внешние устройства (для хранения, печати данных и т. д.).

  • ПРИМЕРЫ: MI 2010А, СР3010, ЩВ02

Ваттметры поглощаемой мощности радиодиапазона

Ваттметры поглощаемой мощности образуют весьма большую и широко используемую подгруппу ваттметров радиодиапазона. Видовое деление этой подгруппы связано в основном с применением различных типов первичных преобразователей (приемных головок). В серийно выпускаемых ваттметрах используются преобразователи на базе термистора, термопары и пикового детектора; значительно реже, в экспериментальных работах, применяются датчики, основанные на других принципах — пондеромоторном, гальваномагнитном и т. д. При работе с ваттметрами поглощаемой мощности следует помнить, что из-за неидеального согласования входного сопротивления приемных головок с волновым сопротивлением линии, часть энергии отражается и реально ваттметр измеряет не падающую мощность, а поглощаемую, которая отличается от падающей на величину, равную KP×Pпад, где KP — коэффициент отражения по мощности.

Термисторные (болометрические) ваттметры состоят из приемного преобразователя на базе термистора (или болометра) и измерительного моста с источником низкочастотного переменного тока для подогрева термистора. Принцип действия термисторного преобразователя состоит в зависимости сопротивления термистора от температуры его нагрева, которая, в свою очередь зависит от рассеиваемой мощности сигнала, подаваемого на него. Измерение осуществляется методом сравнения мощности измеряемого сигнала, рассеиваемой в термисторе и разогревающей его, с мощностью тока низкой частоты, вызывающей такой же нагрев термистора. В процессе измерения полная мощность, рассеиваемая на термисторе (при подаче на него одновременно измеряемого сигнала и тока подогрева) и, соответственно, сопротивление термистора поддерживается одинаковым с помощью измерительного моста, который уравновешивается изменением тока подогрева. В первых моделях термисторных ваттметров уравновешивание осуществлялось вручную, в современных ваттметрах уравновешивание автоматическое, показания выводятся в цифровом виде. К недостаткам термисторных ваттметров относится их малый динамический диапазон — максимальная мощность рассеивания — несколько милливатт, это ограничение преодолевается использованием аттенюаторов, делящих мощность, но вносящих при этом дополнительную погрешность.

  • ПРИМЕРЫ: М3-22А, М3-28

Калориметрические ваттметры отличаются от термисторных тем, что для поглощения измеряемой мощности используется отдельная нагрузка, от которой тепло передается на термисторный преобразователь через рабочую среду — дистиллированную воду или специальную жидкость. Жидкая среда циркулирует со строго заданной скоростью потока, омывая по очереди входную нагрузку, преобразователь и охлаждающий теплообменник.

  • ПРИМЕРЫ: М3-13, МК3-68, МК3-70

Термоэлектрические ваттметры в качестве первичного преобразователя используют термопару (или блок термопар) прямого или косвенного нагрева. При измерении горячий спай термопары нагревается под воздействием подводимой мощности измеряемого сигнала, при этом вырабатывается термо-э.д.с. Измерительная информация в виде сигнала постоянного тока поступает на электронный блок (аналоговый или цифровой), где обрабатывается и поступает на показывающее устройство.

  • ПРИМЕРЫ: М3-51, М3-56, М3-93
Читайте также  Какие бывают паяльники электрические

Ваттметры с пиковым детектором просты в устройстве, в отличие от других видов ваттметров способны измерять не только мощность непрерывного сигнала, но и пиковую мощность радиоимпульсов, однако, из-за низкой точности измерения в настоящее время применяются редко. По принципу действия такой ваттметр представляет собой выпрямительный вольтметр переменного тока, имеющий на входе нагрузку с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля, и с отчетным устройством, проградуированным в значениях мощности.

  • ПРИМЕРЫ: М3-3А, М3-5А

Ваттметры проходящей мощности радиодиапазона

В ваттметрах проходящей мощности в качестве первичного преобразователя, обычно используется направленный ответвитель — устройство, позволяющее ответвлять от основного тракта передачи очень небольшую долю энергии. Отведенная часть энергии подается на вторичный преобразователь, например, детекторную или термисторную головку, откуда сигнал измерительной информации подается на функциональный преобразователь и, далее, на показывающее устройство.

На относительно низких частотах (в ДВ- и СВ-диапазонах), использование направленных ответвителей затруднительно, в этом случае в качестве первичных преобразователей можно использовать датчики силы тока и напряжения в линии, измерительная информация с которых далее обрабатывается в функциональном преобразователе (перемножение значений с учетом разности фаз). Датчиками могут служить, например, трансформатор напряжения и трансформатор тока. Такой способ измерения используется обычно в специализированных приборах для контроля мощности, выдаваемой в антенну радиопередатчиком. На сверхвысоких частотах, в волноводных трактах, для измерения проходящей мощности может использоваться пондеромоторный метод или датчики, встраиваемые в стенку волновода — термисторные, термоэлектрические, гальваномагнитные.

  • ПРИМЕРЫ: М2-23, М2-32, NAS

Оптические ваттметры

Наименования и обозначения

  • Измеритель мощности — другое название ваттметров радио- и оптического диапазонов
  • Киловаттметр — прибор для измерения мощности больших значений (единицы сотни киловатт)
  • Милливаттметр — прибор для измерения мощности малых значений (меньше 1 ватта)
  • Варметр — прибор для измерения реактивной мощности
  • Ваттварметр — прибор, позволяющий измерять активную и реактивную мощность

Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) ваттметров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия):

  • Дхх — приборы электродинамической системы
  • Цхх — приборы выпрямительной системы
  • Фхх, Щхх — приборы электронной системы
  • Нхх — самопишущие приборы

Ваттметры радио- и оптического диапазонов маркируются по ГОСТ 15094:

  • М1-хх — калибраторы, установки или приборы для поверки ваттметров (радиодиапазона)
  • М2-хх — ваттметры проходящей мощности (радиодиапазона)
  • М3-хх — ваттметры поглощаемой мощности (радиодиапазона)
  • М5-хх — преобразователи приемные (головки) ваттметров
  • ОМ3-хх — оптические ваттметры поглощаемой мощности

Какой прибор используется для измерения электрической мощности?

а) амперметр; б) вольтметр;

в) ваттметр; г) счетчик.

28. На шкале прибора нанесен знак в виде волнистой линии

Что это означает?

а) прибор электромагнитной системы;

б) прибор переменного тока;

в) прибор устанавливается горизонтально;

г) погрешность прибора.

Как включаются в электрическую цепь: 1) амперметр; 2)вольтметр?

а) 1) последовательно с нагрузкой; 2) параллельно нагрузке;

б) 1), 2) последовательно с нагрузкой;

в) 1), 2) параллельно нагрузке;

г) 1) параллельно нагрузке; 2) последовательно с нагрузкой.

Шкала амперметра 0-30 А. Ток в цепи может достигать 300 А .

Сопротивление амперметра 0,09 Ом.

Каким должно быть сопротивление шунта?

а) 1 Ом б) 0.1 Ом; в) 0.01 Ом; г) 0.001 Ом.

Шкала вольтметра 0-100 В. Напряжение в цепи может достигать 500 В.

Сопротивление вольтметра 5000 Ом. Найти добавочное сопротивление

вольтметра.

а) 25 кОм; б) 20 кОм; в) 50 кОм г) 40 кОм.

Каким прибором невозможно измерять сопротивление?

а) омметром; б) авометром; в) мостом; г) амперметром.

Магнитное поле трехфазного тока частотой 50 Гц вращается с частотой

3000 об/мин. Сколько полюсов имеет это поле?

а) 2; б) 4; в) 6; г) 8.

Преподаватель ______________Р.С. Ищенко

Министерство образования Красноярского края

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Дивногорский гидроэнергетический техникум имени А.Е. Бочкина

Как изменить направление вращения магнитного поля трехфазного тока?

а) это сделать невозможно;

б) нужно поменять местами все три фазы;

в) нужно поменять местами любые две фазы;

г) нужно отключить любую одну фазу.

Чем отличается асинхронный двигатель с фазным ротором от двигателя

с короткозамкнутым ротором?

а) наличием контактных колец и щеток; б) наличием пазов для охлаждения;

в) числом катушек статора; г) устройством статора.

В каком случае трехфазный двигатель называется асинхронным?

37. При скольжении 2% в одной фазе обмотки ротора индуцируется ЭДС 1 В.

Чему будет равна ЭДС, если ротор остановить?

а) 0; б) 1 В; в) 50 В; г) 0,5 В.

Какие существуют способы пуска трехфазных асинхронных двигателей

средней и большой мощности?

а) автотрансформаторный пуск;

б) реакторный пуск;

в) переключение обмоток статора со звезды на треугольник;

г) все выше перечисленные способы.

Какой генератор постоянного тока применяется в качестве сварочного

генератора.

а) генератор с параллельным возбуждением;

б) генератор со смешанным возбуждением при встречном включении

в) генератор с независимым возбуждением;

г) генератор с последовательным возбуждением.

Преподаватель ______________Р.С. Ищенко

Министерство образования Красноярского края

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Дивногорский гидроэнергетический техникум имени А.Е. Бочкина

Какой двигатель постоянного тока применяется в качестве стартера

на автомобилях и другой технике?

а) двигатель с независимым возбуждением;

б) двигатель с параллельным возбуждением;

в) двигатель с последовательным возбуждением;

г) двигатель со смешанным возбуждением.

41. Назовите свободные носители заряда:

1) в кристалле кремния с примесью сурьмы:

2) в кристалле кремния с примесью индия.

а) 1), 2) электроны;

б) 1) дырки; 2) электроны;

в) 1) электроны; 2) дырки;

Какая из перечисленных марок полупроводниковых приборов относится

к полупроводниковому диоду?

а) КТ308А; б) 1Д202Б; в) ГП406В; г) КУ224Б.

Для чего применяются полупроводниковые диоды?

а) для выпрямления переменного тока;

б) для стабилизации тока и напряжения;

в) в качестве конденсаторов с управляемой емкостью;

г) во всех перечисленных случаях.

В каком направлении включаются эмиттерный и коллекторный

р-n переходы биполярного транзистора?

а) это зависит от типа транзистора (n — р- n или р — n — р);

б) эмиттерный – в прямом, коллекторный – в обратном;

в) оба в прямом направлении;

г) эмиттерный – в обратном, коллекторный – в прямом.

Преподаватель ______________Р.С. Ищенко

Министерство образования Красноярского края

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Дивногорский гидроэнергетический техникум имени А.Е. Бочкина

Какая из схем включения биполярного транзистора получила самое

широкое применение в усилителях?

а) схема с общей базой;

б) схема с общим эмиттером;

в) схема с общим коллектором;

г) схема с общим колле4тором и общим эмиттером.

46. В чем преимущество полевых транзисторов перед биполярными?

а) большое входное сопротивление;

б) большая устойчивость к проникающим излучениям;

в) малое влияние температуры на усилительные свойства;

г) все выше перечисленные достоинства.

Сколько р — n переходов содержит тиристор?

а) один; б) два; в) три; г) четыре.

В каких областях техники находят применение транзисторы и тиристоры?

а) в технике связи;

б) в вычислительной технике;

г) Во всех перечисленных областях.

Какая схема однофазного выпрямителя получила широкое применение?

Какой прибор используется для измерения электрической мощности

Oпределение: Измерение — это процесс определения физической величины с помощью технических средств.
Мера — это средство измерения физической величины заданного размера.
Измерительный прибор — это средство измерения, в котором вырабатывается сигнал, доступный для восприятия наблюдателем.
Меры и приборы подразделяются на образцовые и рабочие.
Образцовые меры и приборы служат для поверки по ним рабочих средств измерений.
Рабочие меры и приборы служат для практических измерений.

З.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Электроизмерительные приборы можно классифицировать по следующим признакам:
методу измерения;
роду измеряемой величины;
роду тока;
степени точности;
принципу действия
.
Существует два метода измерения: 1) метод непосредственной оценки, заключающийся в том, что в процессе измерения сразу оценивается измеряемая величина;
2) метод сравнения, или нулевой метод, служащий основой действия приборов сравнения: мостов, компенсаторов.
По роду измеряемой величины различают электроизмерительные приборы: для измерения напряжения (вольтметры, милливольтметры, гальванометры); для измерения тока (амперметры, миллиамперметры, гальванометры); для измерения мощности (ваттметры); для измерения энергии (электрические счетчики); для измерения угла сдвига фаз (фазометры); для измерения частоты тока (частотомеры); для измерения сопротивлений (омметры), и т.д.
В зависимости от рода измеряемого тока различают приборы постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного тока.
По степени точности приборы подразделяются на следующие классы точности: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; и 4,0. Класс точности не должен превышать приведенной относительной погрешности прибора, которая определяется по формуле:

Читайте также  Машинка шлифовальная прямая электрическая

где А — показания поверяемого прибора; А — показания образцового прибора; Amax — максимальное значение измеряемой величины (предел измерения).
В зависимости от принципа действия различают системы электроизмерительных приборов. Приборы одной системы обладают одинаковым принципом действия. Существуют следующие основные системы приборов: магнитоэлектрическая, электромагнитная, электродинамическая, индукционная.

3.3. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Приборы этой системы (рис. 3.3.1) содержат постоянный магнит — 1, к которому крепятся полюса — 2. В межполюсном пространстве расположен стальной цилиндр — 3 с наклеенной на него рамкой — 4. Ток в рамку подается через две спиральные пружины -5. Принцип действия прибора основан на взаимодействии тока в рамке с магнитным полем полюсов.

Это взаимодействие вызывает вращающий момент , под действием которого рамка и вместе с ней цилиндр повернутся на угол .
Спиральная пружина, в свою очередь, вызывает противодействующий момент .
Так как вращающий момент пропорционален току, , а противодействующий момент пропорционален углу закручивания пружин , то можно написать:

где k и D — коэффициенты пропорциональности. Из написанного следует, что угол поворота рамки

а ток в катушке

где — чувствительность прибора к току, определяемая числом делений шкалы, соответствующая единице тока; CI — постоянная по току, известная для каждого прибора.
Следовательно, измеряемый ток можно определить произведением угла поворота (отсчитывается по шкале) и постоянной по току CI.
К достоинствам этой системы относят высокую точность и чувствительность, малое потребление энергии.
Из недостатков следует отметить сложность конструкции, чувствительность к перегрузкам, возможность измерять только постоянный ток (без дополнительных средств).

3.4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА

Приборы этой системы (рис. 3.4.1) имеют неподвижную катушку — 1 и подвижную часть в виде стального сердечника — 2, связанного с индикаторной стрелкой — 3 противодействующей пружины — 4.
Измеряемый ток, проходя по катушке, намагничивает сердечник и втягивает его в катушку.
При равенстве вращающего и тормозящего моментов система успокоится. По углу поворота подвижной части определяют измеряемый ток.
Среднее значение вращающего момента пропорционально квадрату измеряемого тока:

Так как тормозящий момент, создаваемый спиральными пружинами, пропорцио-нален углу поворота подвижной части , уравнение шкалы прибора запишем в виде:

Другими словами, угол отклонения подвижной части прибора пропорционален квадрату действующего значения переменного тока.

К главным достоинствам электромагнитной силы относятся: простота конструкции, надежность в работе, стойкость к перегрузкам.
Из недостатков отмечаются: низкая чувствительность, большое потребление энергии, небольшая точность измерения, неравномерная шкала.

3.5. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Эта система представляет собой две катушки (рис. 3.5.1), одна из которых неподвижная, а другая — подвижная. Обе катушки подключаются к сети, и взаимодействие их магнитных полей приводит к повороту подвижной катушки относительно неподвижной.

Из уравнения видно, что шкала электродинамической системы имеет квадратичный характер. Для устранения этого недостатка подбирают геометрические размеры катушек таким образом, чтобы подучить шкалу, близкую к равномерной.
Эти системы чаще всего используются для измерения мощности, т.е. в качестве ваттметров, тогда:

В этом случае шкала ваттметра равномерная.
Основным достоинством прибора является высокая точность измерения.
К недостаткам относятся малая перегрузочная способность, низкая чувствительность к малым сигналам, заметное влияние внешних магнитных полей.

3.6. ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА

Приборы индукционной системы получили широкое распространение для измерения электрической энергии. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 3.6.1. Электрический счетчик содержит магнитопровод — 1 сложной конфигурации, на котором размещены две катушки; напряжения — 2 и тока — 3. Между полюсами электромагнита помещен алюминиевый диск — 4 с осью вращения — 5. Принцип действия индукционной системы основан на взаимодействии магнитных потоков, создаваемых катушками тока и напряжения с вихревыми токами, наводимыми магнитным полем в алюминиевом диске.

Вращающий момент, действующий на диск, определяется выражением:

где ФU — часть магнитного потока, созданного обмоткой напряжения и проходящего через диск счетчика; ФI — магнитный поток, созданный обмоткой тока; — угол сдвига между ФU и ФI. Магнитный поток ФU пропорционален напряжению Магнитный поток ФI пропорционален току:
Для того чтобы счетчик реагировал на активную энергию, необходимо выполнить условие:

т.е. вращающий момент пропорционален активной мощности нагрузки.
Противодействующий момент создается тормозным магнитом — 6 и пропорционален скорости вращения диска:

В установившемся режиме и диск вращается с постоянной скоростью. Приравнивая два последних уравнения и решив полученное уравнение относительно угла поворота диска

Таким образом, угол поворота диска счетчика пропорционален активной энергии. Следовательно, число оборотов диска n тоже пропорционально активной энергии.

3.7. ИЗМЕРЕНИЕ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Измерение тока производится прибором, называемым амперметром.
Существуют четыре схемы включения амперметра в цепь. Первые две (рис. 3.7.1) предназначены для измерения постоянного тока, а две вторые схемы — для измерения переменного тока.

Вторая и четвертая схемы применяются в тех случаях, когда номинальные данные амперметра меньше измеряемой величины тока. В этом случае при определении истинного значения тока нужно учитывать коэффициент преобразования:

где Iист — истинное значение тока,
Iизм — измеренное значение тока,
kпр — коэффициент преобразования.
Измерение напряжения производится вольтметром. Здесь также возможны четыре различных схемы подключения прибора (рис. 3.7.2).

В этих схемах также используются методы расширения пределов измерения напряжения (вторая и четвертая схемы).

3.8. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ

Для измерения мощности постоянного тока достаточно измерить напряжение и ток. Результат определяется по формуле:

Метод амперметра и вольтметра пригоден и для измерения полной мощности, а также активной мощности переменного тока, если cos j = 1.
Чаще всего измерение мощности осуществляется одним прибором — ваттметром.
Как было сказано ранее, для измерения мощности лучшей является электродинамическая система.
Ваттметр снабжен двумя измерительными элементами в виде двух катушек: последовательной и параллельной. По первой катушке течет ток, пропорциональный нагрузке, а по второй — пропорциональный напряжению в сети.
Угол поворота подвижной части электродинамического ваттметра пропорционален произведению тока и напряжения в измерительных катушках:

На рис. 3.8.1 показана схема включения ваттметра в однофазную сеть.

В трехфазных сетях для измерения мощности используют один, два и три ваттметра.
Если нагрузка симметричная и включена «звездой», то достаточно одного ваттметра (рис. 3.8.2, а). Если в этой же схеме нагрузка несимметрична по фазам, то используются три ваттметра (рис. 3.8.2, б). В схеме соединения потребителей «треугольником» измерение мощности производится двумя ваттметрами (рис. 3.8.2, в).

3.9. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Электрическое сопротивление в цепях постоянного тока может быть определено косвенным методом при помощи вольтметра и амперметра. В этом случае:

Можно использовать омметр — прибор непосредственного отсчета. Существуют две схемы омметра: а) последовательная; б) параллельная (рис. 3.9.1).

Уравнение шкалы последовательной схемы намерения:

где г — сопротивление цепи гальванометра. При угол поворота подвижной части прибора определяется величиной измеряемого сопротивления Rx. Поэтому шкала прибора может быть непосредственно проградуирована в Омах. Ключ K используется для установки стрелки прибора в нулевое положение. Омметры параллельного типа удобнее применять для измерения небольших сопротивлений
Измерение сопротивлений можно также осуществлять логометрами. На рис. 3.9.2 приведена принципиальная схема логометра.

Для этой схемы имеем:

Отклонение подвижной части логометра:

Таким образом, показание прибора не зависит от напряжения источника питания и определяется величиной измеряемого сопротивления Rx.

Измерение электрической мощности и энергии

Главная > Реферат >Физика

Министерство образования и науки РФ

Пензенский государственный университет

Кафедра «Метрология и системы качества»

Реферат на тему

«Измерение электрической мощности и энергии»

Выполнила: ст. гр. 07ПЦ1

Проверила: к. т. н., доц.

1 Измерение мощности в цепях повышенной и высокой частот……………6

2 Измерение импульсной мощности………………………………………….11

А) метод измерения средней мощности с учетом коэффициента

Б) метод сравнения с мощностью постоянного тока……………………..12

В) интегрально – дифференциальный метод……………………………. 13

Г) метод дискретизации с запоминанием отсчетов……………………….14

3 Цифровые измерители мощности…………………………………………..15

4 Счетчики электрической энергии переменного тока на

основе индукционных измерительных механизмов…………………………16

5 Цифровые счетчики электрической энергии……………………………….18

Список используемой литературы…………………………………………….20

Измерение мощности осуществляется в цепях постоянного и переменного токов низкой, высокой частоты, а также в импульсных цепях различной измерительной, электротехнической, радиоприемной и передающей аппаратуры. Диапазон измеряемых мощностей лежит в пределах 10 -16 – 10 9 Вт.

Методы измерения существенно отличаются друг от друга в зависимости от параметров цепи, в которой производится измерение мощности , предела изменения мощности и частотного диапазона.

Читайте также  Какой фирмы выбрать духовой шкаф электрический встраиваемый

В цепях постоянного тока мощность потребления нагрузки определяется произведением тока в нагрузке и падения напряжения на ней:

В цепях переменного тока мгновенное значение мощности потребления: p(t) = u(t)i(t).

Если u(t) и i(t) – периодические функции времени с периодом Т, то среднее значение мощности потребления за период называют мощностью, или активной мощностью Р. Мощность Р с мгновенным значением мощности p(t) связана выражением

Р = 1/Т ∫ p(t)dt = 1/T∫ uidt.

Мощность измеряется в абсолютных единицах – ваттах, производных ватта и относительных единицах – децибелваттах ±α = 10lg (P/Po), где Р – абсолютное значение мощности в ваттах (или милливаттах), Po – нулевой (отсчетный) уровень мощности, равный 1мВт (или 1мВт), связанный с абсолютными нулевыми напряжения Uo и тока Io через стандартное сопротивление Rо соотношением Po = U 2 o /Rо = I 2 o Ro. Для измерения мощности используют прямые и косвенные методы измерения. Прямые измерения осуществляются с помощью электродинамических, ферродинамических и электронных ваттметров, косвенные – сводятся к определению мощности посредством амперметра и вольтметра или осциллографа.

Реактивная мощность должна быть сведена к минимуму; поставщики электроэнергии наказывают потребителей за включение в сеть нагрузок с плохим коэффициентом мощности. На рисунке 1 представлена схема, работающая на переменном токе. Видно, что реактивную мощность можно исключить, если принять меры по обеспечению равенства VC = VL, то есть выполнить коррекцию коэффициента мощности.

На низких частотах мощность обычно рассчитывается по измеренным значениям тока и напряжения. На высоких частотах, превышающих 1 МГц, более удобны и точны измерения мощности, а напряжение и ток можно рассчитать. На частотах выше 1 ГГц понятия напряжения и тока теряют смысл, и мощность остается практически единственным измеримым параметром.

В цепи переменного тока мощность непрерывно меняется вместе с изменениями напряжения и тока. Приборы измеряют среднюю или постоянную мощность, что при работе на радиочастотах означает усреднение по большому числу циклов. Период, по которому производится усреднение, зависит от типа сигнала. Для непрерывного сигнала мощность усредняется по большому числу периодов высокой частоты. В случае амплитудно – модулированного сигнала усреднение мощности проводится по нескольким циклам, а для импульсного сигнала – по большому числу импульсов.

Рисунок 1 Напряжение и ток в цепи переменного тока: а-схема цепи, б-векторная диаграмма

Относительные результаты измерения мощности часто выражаются в децибелах (дБ). Децибел составляет одну десятую ьела. Например, если Р2 – мощность на входе усилителя, а Р1 – мощность на выходе, то коэффициент усиления равен

G (дБ) = 10lg Р1/Р2.

Децибел удобен для измерения мощности, поскольку обеспечивает более компактную форму записи; чтобы найти усиление многокаскадной схемы, достаточно сложить коэффициенты усиления отдельных каскадов вместо их перемножения.

На сетевых и низких частотах наиболее широко применяется электродинамический измерительный механизм. Он пригоден для измерения относительно высоких уровней мощности.

Приборы, предназначенные для измерения мощности на высоких и сверхвысоких частотах, бывают двух типов: поглощающие измерители мощности, содержащие собственную нагрузку, и измерительные линии, в которых нагрузка располагается на некотором расстоянии. Поглощающие приборы более точны и обычно включают в себя 50-омную нагрузку для работы на высоких частотах.

Измерение мощности в цепях повышенной и высокой частот.

В цепях повышенной и высокой частот проводят прямые и косвенные измерения мощности. В ряде случаев косвенные измерения предпочтительнее, так как проще измерять напряжение, ток и сопротивление, чем мощность. Прямые измерения в основном осуществляют с помощью электронных ваттметров. В некоторых электронных ваттметрах используют электродинамические измерительные механизмы с предварительным усилением тока и напряжения либо с предварительным выпрямлением этих величин. В качестве измерительного механизма в них можно использовать электростатический электромер с усилителями напряжения и тока, а также магнитоэлектрические механизмы с квадраторами. Квадраторы выполняют на полупроводниковых диодах, преобразователях и других нелинейных элементах, работа которых осуществляется на квадратичном участке вольт-амперной характеристики. Операция перемножения ui в квадраторах заменяется операциями суммирования и возведения в квадрат. В диапазоне частот до сотен мегагерц применяют ваттметры с датчиками Холла.

На сверхвысоких частотах мощность измеряют преобразованием мощности в теплоту (калориметрические методы), свет (фотометрические методы) и др.

Калориметр. Калориметры используются для измерения высокой мощности преимущественно в метрологических лабораториях. Калориметр состоит из нагрузочного сопротивления в теплоизолирующем корпусе, погруженного в жидкость или воздушную среду. Жидкость может быть неподвижной или втекать в калориметр и вытекать из него с известной скоростью. Температуры жидкости на выходе и входе измеряются. Если r – скорость потока хладагента в [см 3 / с], d – его плотность в [г / см 3 ], s – удельная теплоемкость хладагента, Тi – его температура на входе и То – на выходе, то мощность Рi , рассеиваемая в калориметре, определяется выражением

Рi = (То – Тi )rds/0, 2389 Вт

В калориметрических измерениях применим метод замещения. Например, после выполнения высокочастотных измерений на калориметр подается мощность постоянного тока, дающая ту же разность температур

(То – Тi ) при тех же условиях охлаждения. Затем мощность постоянного тока измеряется и считается равной мощности высокочастотного сигнала.

Измерение мощности электронным выпрямительным ваттметром. Принципиальная схема электронного ваттметра с квадратором, выполненным на полупроводниковых диодах, показана на рисунке2. Ваттметр имеет два резистора в цепи тока, сопротивления которых R1 = R2 много меньше сопротивления нагрузки, и два резистора сопротивлениями R3, R4 в цепи напряжения. Резисторы R3 и R4 выполняют роль делителя напряжения, поэтому сопротивление R3 + R4 много больше сопротивления нагрузки ZH.

Падение напряжения на резисторах R1 = R2 пропорционально току нагрузки k1i, падение напряжения на резисторе R3 делителя пропорционально напряжению на нагрузке, т. е. k2u. Как видно из схемы, напряжения u1 и u2 на диодах VD1 и VD2 будут соответственно:

u1 = k2u + k1i; u2 = k2u — k1i.

При идентичных характеристиках диода и работе на квадратичном участке вольт-амперной характеристики токи i1 и i2 пропорциональны квадратам напряжений.

Рисунок 2 Принципиальная схема электронного выпрямительного ваттметра

Ток в цепи прибора iи = (i1 – i2)R/Rи . Постоянная составляющая тока, измеряемая магнитоэлектрическим прибором, при u = Umaxsinωt и i = Imax sin(ωt±φ) пропорциональна активной мощности:

IИ = 1/Т∫kuidt = k 1/T uidt = kUIcosφ = kPx,

где Px — измеряемая мощность.

Электронные ваттметры, в схему которых включены диоды, обладают невысокой точностью, погрешностью измерения ±(1,5 – 6)%, малой чувствительностью, большой мощностью потребления, ограниченным частотным диапазоном.

Измерение мощности термоэлектрическим ваттметром. Частотный диапазон может быть расширен до 1МГц, если квадратор построить на бесконтактных термопреобразователях. Термоэлектрический ваттметр отличается от выпрямительного тем, что вместо диодов включаются нагреватели бесконтактных термопар, а разность термо-ЭДС на холодных концах, измеряемая магнитоэлектрическим милливольтметром, пропорциональна средней мощности потребления нагрузки.

Термоваттметры используют при измерении мощности в цепях с несинусоидальной формой тока и напряжения; при измерении мощности в цепях с большим сдвигом фаз между напряжением и током, при определении частотной погрешности электродинамических ваттметров.

Измерение мощности ваттметром с преобразователем Холла. Преобразователь Холла представляет собой четырехполюсник, выполненный в виде тонкой полупроводниковой монокристаллической пластины. Токовыми выводами Т – Т преобразователь Холла подключается к внешнему источнику постоянного или переменного тока, потенциальными выводами

Х – Х , между которыми возникает ЭДС в момент, когда на пластину воздействует магнитное поле, — к измерителю напряжения. Выводы Х – Х присоединяются к боковым граням в эквипотенциальных точках при отсутствии внешнего магнитного поля.

Электродвижущая сила Холла

где kx — коэффициент, значение которого зависит от материала, размеров и формы пластин, а также от температуры окружающей среды и значения магнитного поля; В – магнитная индукция.

Электродвижущая сила Холла будет пропорциональна мощности, если одну из выходных величин сделать пропорциональной напряжению u, а другую – ток через нагрузку.

Для реализации преобразователь Холла помещают в зазор электромагнита, намагничивающая катушка L которого питается током, пропорциональным току нагрузки, а через Т – Т проходит ток, пропорциональный напряжению, приложенному к нагрузке Z. Значение тока ограничивается добавочным резистором Rд. ЭДС Холла ех = kui = kp регистрируется магнитоэлектрическим милливольтметром (k – коэффициент пропорциональности).

Ваттметры с преобразователем Холла позволяют измерять мощности в диапазоне частот до сотен мегагерц.

Достоинства этих ваттметров – безынерционность, простота конструкции, долговечность, надежность, а недостаток – зависимость параметров от температуры.