Z výrazu pro výkon stejnosměrného proudu je vidět, že jej lze měřit pomocí ampérmetru a voltmetru nepřímou metodou. V tomto případě je však nutné provádět současné odečty na dvou přístrojích a výpočty, které měření komplikují a snižují jejich přesnost.

Pro měření výkonu ve stejnosměrných a jednofázových obvodech střídavý proud používají přístroje zvané wattmetry, pro které využívají elektrodynamické a ferodynamické měřicí mechanismy.

Elektrodynamické wattmetry jsou vyráběny ve formě přenosných přístrojů vysokých tříd přesnosti (0,1 - 0,5) a slouží k přesnému měření výkonu stejnosměrného a střídavého proudu na průmyslových a zvýšených frekvencích (do 5000 Hz). Ferodynamické wattmetry se nejčastěji vyskytují ve formě panelových přístrojů s relativně nízkou třídou přesnosti (1,5 - 2,5).

Takové wattmetry se používají hlavně na střídavý proud průmyslové frekvence. Při stejnosměrném proudu mají značnou chybu v důsledku hystereze jader.

Pro měření výkonu zapnuto vysoké frekvence Používají se termoelektrické a elektronické wattmetry, které jsou magnetoelektrickým měřicím mechanismem vybaveným aktivním měničem výkonu na stejnosměrný proud. V měniči výkonu se provádí operace násobení a získá se výstupní signál, který závisí na UI produktu, tj. na výkonu.

Pokud nebereme v úvahu fázové posuny mezi proudy a napětími v cívkách a považujeme zátěž H za čistě aktivní, chyby a v důsledku spotřeby wattmetrových cívek pro obvody (obr. 8.3):

kde a jsou, v tomto pořadí, výkon spotřebovaný sériovým a paralelním obvodem wattmetru.

Ze vzorců pro a je vidět, že chyby mohou mít znatelné hodnoty pouze při měření výkonu v obvodech s nízkým výkonem, tedy když a jsou úměrné .

Pokud změníte znaménko pouze jednoho z proudů, pak se změní směr výchylky pohyblivé části wattmetru.

Wattmetr má dva páry svorek (sériový a paralelní obvody), a v závislosti na jejich zařazení do obvodu může být směr odchylky ukazatele různý. Pro správné zapnutí wattmetru je jeden z každého páru svorek označen „*“ (hvězdička) a nazývá se „svorka generátoru“.

Měření výkonu pomocí Hallova jevu

Násobení hodnot rozdílu proudu a potenciálu při měření výkonu lze získat pomocí Hallových polovodičových měničů.

Je-li speciální polovodičová deska, kterou protéká proud I (obr. 8.4), vybuzená elektrické pole síla E, umístěná v magnetickém poli o síle H (indukce B), pak mezi jeho body ležícími na přímce kolmé ke směrům protékajícího proudu I a magnetickému poli vzniká potenciálový rozdíl (Hallův jev), definovaný jako

kde k je koeficient úměrnosti.

Podle Umov-Poyntingovy věty je hustota toku přenášeného výkonu mikrovlnných oscilací v určitém bodě pole určena vektorovým součinem elektrické a magnetické síly tohoto pole:

Pokud je tedy proud I funkcí elektrické napětí E, pak pomocí Hallova senzoru můžete získat následující závislost napětí na přenášeném výkonu:

kde g je konstantní koeficient charakterizující vzorek. Pro měření takového výkonu je do vlnovodu umístěna polovodičová destička (Hall plate - HRP), jak je znázorněno (obr. 8.5).

Uvažovaný měřič výkonu má následující výhody:

1. může pracovat při jakémkoli zatížení, a ne pouze při odpovídajícím;
2. vysoká rychlost wattmetru umožňuje jeho použití při měření pulzního výkonu.

Praktická implementace wattmetrů s Hallovým efektem je však kvůli mnoha faktorům poměrně obtížným úkolem. Existují však wattmetry, které měří přenášený pulzní výkon do 100 kW s chybou maximálně 10 %.

Metody měření výkonu na vysokých a mikrovlnných frekvencích

Moc obecně je Fyzické množství, která je určena prací vyrobenou za jednotku času. Jednotka výkonu - watt (W) - odpovídá výkonu, při kterém je za jednu sekundu vykonán jeden joule (J) práce.

Na stejnosměrném a nízkofrekvenčním střídavém proudu je přímé měření výkonu často nahrazeno měřením efektivní hodnoty elektrického napětí na zátěži U, efektivní hodnoty proudu protékajícího zátěží I a fázového úhlu mezi proudem a napětím. V tomto případě je síla určena výrazem:

V mikrovlnném rozsahu je měření napětí a proudu obtížné. Souměřitelnost rozměrů vstupních obvodů měřicích zařízení s vlnovou délkou je jednou z příčin nejednoznačnosti měření napětí a proudu.

Měření provázejí značné frekvenční chyby. Je třeba dodat, že měření napětí a proudu v trasách vlnovodu pro některé typy vln ztrácí praktický význam, protože ve vodiči není žádná podélná složka a rozdíl potenciálů mezi konci libovolného průměru části vlnovodu je nulový. Proto se na frekvencích od desítek megahertzů stává preferovaným a přesnějším přímým měřením výkonu a na frekvencích nad 1000 MHz je to jediný typ měření, který jednoznačně charakterizuje intenzitu elektromagnetické oscilace.

Pro přímé měření mikrovlnného výkonu se používají metody založené na základních fyzikálních zákonech, včetně metody přímého měření základních veličin: hmotnosti, délky a času.

Navzdory rozmanitosti metod měření mikrovlnného výkonu se všechny snižují o přeměnu energie elektromagnetických mikrovlnných oscilací na jiný typ energie dostupné pro měření: tepelnou, mechanickou atd. Mezi zařízení pro měření mikrovlnného výkonu patří wattmetry založené na tepelných metodách. jsou nejpoužívanější. Používá se i řada dalších metod – ponderomotivní, sondová a další.

Princip činnosti naprosté většiny mikrovlnných měřičů výkonu, nazývaných wattmetry, je založen na měření změn teploty nebo odporu prvků, ve kterých se rozptyluje energie studovaných elektromagnetických kmitů. Mezi přístroje založené na tomto jevu patří kalorimetrické a termistorové měřiče výkonu. Rozšířily se wattmetry využívající ponderomotorické jevy (elektromechanické síly) a wattmetry pracující na Hallově jevu. Zvláštností prvního z nich je možnost měření absolutního výkonu a druhým je měření výkonu bez ohledu na přizpůsobení VF cesty.

Podle způsobu zařazení do vysílací cesty se rozlišují wattmetry typu procházejícího a typu absorbujícího. Průchozí wattmetr je čtyřsvorková síť, ve které je absorbována pouze malá část celkového výkonu. Na konci přenosového vedení je připojen wattmetr absorpčního typu, což je dvoukoncová síť a v ideálním případě se v ní pohltí veškerý výkon dopadající vlny. Procházející typ wattmetru je často založen na absorbujícím typu měřiče připojeného k cestě přes směrový vazební člen.

Kalorimetrické metody měření výkonu jsou založeny na přeměně elektromagnetické energie na tepelnou energii v zatěžovacím odporu, který je nedílnou součástí měřidla. Množství uvolněného tepla se zjišťuje z údajů o změnách teploty v zátěži nebo v prostředí, kde se teplo předává. Existují statické (adiabatické) a průtokové (neadiabatické) kalorimetry. V prvním je mikrovlnná energie rozptýlena v tepelně izolované zátěži a ve druhém je zajištěn kontinuální tok kalorimetrické kapaliny. Kalorimetrické měřiče umožňují měřit výkon od miliwattů až po stovky kilowattů. Statické kalorimetry měří malé a střední úrovně výkon a průtok - střední a vysoké hodnoty výkonu

Podmínka tepelné bilance v kalorimetrické zátěži má tvar:

kde P je mikrovlnný výkon rozptýlený v zátěži; T a T 0 - teplota zatížení a životní prostředí respektive; c , m – měrné teplo a hmotnost kalorimetrického tělesa; k je koeficient tepelné ztráty. Řešení rovnice je znázorněno jako

kde je tepelná časová konstanta.

V případě statického kalorimetru je doba měření mnohem kratší než konstanta a mikrovlnný výkon je:

Hlavními prvky statických kalorimetrů jsou tepelně izolovaná zátěž a zařízení na měření teploty. Je snadné vypočítat absorbovaný mikrovlnný výkon z naměřené rychlosti nárůstu teploty a známé tepelné kapacity zátěže.

Zařízení používají různé vysokofrekvenční zakončení v pevném nebo kapalném dielektrickém materiálu se ztrátami, stejně jako ve formě desky nebo filmu s vysokým odporem. K určení teplotních změn se používají termočlánky a různé teploměry.

Uvažujme statický kalorimetr, u kterého jsou sníženy požadavky na tepelnou izolaci a není třeba zjišťovat tepelnou kapacitu kalorimetrické náplně (obr. 8.6). Toto schéma používá substituční metodu. Využívá známou sílu stejnosměrný proud nebo nízkofrekvenčním proudem přiváděným do ramene 2. Předpokládá se, že teplota trysky 3 se mění stejným způsobem, když jsou rozptýleny stejné hodnoty mikrovlnného výkonu a stejnosměrného proudu. Statické kalorimetry umožňují měřit výkon několika miliwattů s chybou menší než .

Jednou z vlastností, která charakterizuje stav elektrického obvodu, je výkon. Tato vlastnost odráží hodnotu práce vykonané elektrickým proudem pro určitý čas. Výkon zařízení zahrnutého v elektrickém obvodu by neměl překročit výkon sítě. V opačném případě může dojít k poruše zařízení, zkratu nebo požáru.

Měření výkonu elektrický proud vyrábí speciální zařízení - wattmetry. V případě stejnosměrného proudu se výkon vypočítá vynásobením napětí proudem (potřebujete ampérmetr a voltmetr). V obvodu střídavého proudu se všechno děje jinak, budete potřebovat měřící nástroje. Wattmetr slouží k měření provozního režimu elektrického zařízení, k záznamu spotřeby elektrické energie.

Rozsah použití

Hlavní oblastí použití wattmetrů jsou průmyslová odvětví v elektroenergetice, strojírenství a opravách elektrických zařízení. Wattmetry se také často používají v každodenním životě. Kupují je specialisté na elektroniku, výpočetní techniku, radioamatéři - pro výpočet úspor ve spotřebě elektrické energie.

Wattmetry se používají pro:

Výpočty výkonu zařízení.
Provádění testů elektrické obvody, některé jejich sekce.
Provádění zkoušek elektroinstalací, jako indikátorů.
Kontrola provozu elektrických zařízení.
Účtování spotřeby elektřiny.

Odrůdy

Nejprve se změří napětí, poté proud a na základě těchto údajů se změří výkon. Podle způsobu měření, převodu parametrů a vydání výsledku se wattmetry dělí na digitální a analogové typy.

Digitální měří wattmetry. Na obrazovce se také zobrazuje napětí, proud, spotřeba elektřiny za určité časové období. Parametry měření se zobrazují na počítači.

analogový verze s wattmetrem se dělí na samozáznamová a indikační zařízení. Určují činný výkon části obvodu. Obrazovka wattmetru je vybavena stupnicí a šipkou. Váha je kalibrována pro dílky a hodnoty výkonu ve wattech.

Konstrukční vlastnosti a princip činnosti

Analogové typy wattmetrů jsou rozšířené, přesné měření a jsou zařízeními elektrodynamického systému.

Princip jejich činnosti je založen na interakci mezi dvěma cívkami. Jedna cívka je pevná, se silným drátem vinutí, malým počtem závitů a malým odporem. Je zapojen do série se spotřebitelem. Druhá cívka se pohybuje. Jeho vinutí se skládá z tenkého vodiče s významným počtem závitů, jeho odpor je vysoký. Je připojen paralelně ke spotřebiči a je vybaven dodatečným odporem, aby se zabránilo zkrat vinutí.

Když je zařízení připojeno k síti, ve vinutí jsou magnetické pole, jehož interakce tvoří moment otáčení, který vychyluje pohybující se vinutí s připojenou šipkou do vypočteného úhlu. Hodnota úhlu závisí na součinu napětí a proudu v určitém časovém okamžiku.

Hlavním principem činnosti digitálního wattmetru je předběžné měření napětí a proudu. Pro tyto účely jsou připojeny: v sériovém obvodu ke spotřebiči zátěže - snímač proudu, v paralelním obvodu snímač napětí. Tyto snímače jsou obvykle vyrobeny z termistorů, termočlánků, měřicích transformátorů.

Okamžité parametry měřeného napětí a proudu jsou přes převodník přiváděny do vnitřního mikroprocesoru. Počítá výkon. Výsledek informací se zobrazí na obrazovce a také se přenese na externí zařízení.

Zařízení elektrodynamického typu, která mají široké uplatnění, vhodné pro AC i DC. Wattmetry indukčního typu se používají pouze pro střídavý proud.

Zvažte některé možnosti pro zařízení (wattmetry) různých verzí a různých výrobců.

Domácí spotřebiče vyrobené v Číně

Návod popisuje všechny režimy provozu tohoto zařízení, technické specifikace.

Ve skutečnosti se jedná o zařízení, které měří výkon různých elektrických spotřebičů. Jak pracuje? Vložte jej do zásuvky a zasuňte zástrčku spotřebiče, jehož výkon chcete měřit, do zásuvky tohoto zařízení. S tímto přístrojem budete měřit výkon spotřebiče po určitou dobu a následně si s ním můžete třeba i spočítat, kolik peněz vaše lednička nebo jiné zařízení utratí za elektřinu.

Zařízení má vestavěnou baterii. Je potřeba si zapamatovat výkon, který jste naměřili, a ten pak použijete pro výpočet ceny. Přední panel zařízení má pět tlačítek: přepínání režimů, ukazatel ceny, přepínač nahoru-dolů, tlačítko reset, pokud zařízení zachytilo nějakou závadu. Na zadní straně pouzdra jsou vlastnosti zařízení:

Provozní napětí 230 voltů.
Frekvence 50 hertzů.
Maximální proud 16 ampér.
Rozsah měřeného výkonu je 0-3600 wattů.

Zvažte provoz zařízení. Vložíme do zásuvky.

Rozsvítíme LED stolní lampu.

Na displeji se okamžitě spustí čas, během kterého se měří výkon spotřebiče, v tomto případě lampy. 0,4 wattu je výkon vypnuté lampy. Zapneme lampu, v provozním režimu spotřebuje 10,3 wattu. Cenu za kilowatt jsme neuvedli, takže jsou tam nuly.

Naše lampa může změnit sílu světla. Se zvyšujícím se světlem lampy se zvyšuje výkon. Při zapnutí druhého režimu se nahoře zobrazuje také provozní doba, ve druhém poli kilowatthodiny, protože zařízení ještě nepracovalo ani jednu hodinu, jsou zobrazeny nuly. Dole ukazuje počet dní, kdy byl tento spotřebitel měřen.

V dalším režimu druhé pole zobrazuje napětí sítě, spodní zobrazuje frekvenci proudu. Čas se ve všech režimech zobrazuje v horní části displeje. Při přepnutí do dalšího režimu je aktuální síla zobrazena uprostřed. Ve spodní části je zobrazen parametr určitého faktoru, o kterém zatím neexistují žádné údaje, protože výrobcem zařízení je Číňan.

Pátý režim ukazuje minimální výkon. V šestém režimu - maximální výkon.

Bude zajímavé sledovat hodnoty těchto režimů, když počítač běží. Například v režimu spánku, s běžnou otevřenou plochou nebo při spuštění výkonné hry.

V následujícím režimu nastavte náklady na elektřinu pomocí nastavovacích tlačítek, abyste vypočítali náklady na spotřebu energie. Můžete si tak změřit a vypočítat spotřebu jakéhokoli svého domácího spotřebiče a zařízení a budete vědět, která zařízení máte úsporná a která spotřebovávají příliš mnoho elektřiny.

Takové zařízení má nízkou cenu, asi 14 dolarů. To je malá cena, kterou musíte zaplatit za optimalizaci nákladů pomocí výpočtu spotřeby energie vašich zařízení.

Multifunkční digitální wattmetr SM 3010

Přístroj slouží k měření napětí, frekvence, výkonu, stejnosměrného a střídavého proudu s jednou fází. A také je navržen pro ovládání takových zařízení s menší přesností.

Rozsah měření proudu je 0,002 - 10 ampér.

Měření napětí:

Konstantní od 1 do 1000 voltů.
Variabilní od 1 do 700 voltů.
Frekvence se měří v rozsahu 40-5000 hertzů.

Chyba měření

Proud, napětí, DC výkon + 0,1%.
Proud, napětí, střídavé napájení + 0,1 % ve frekvenčním rozsahu 40-1500 hertzů.
Relativní chyba měření frekvence v rozsahu 40-5000 hertzů + 0,003%.

Rozměry těla přístroje 225 x 100 x 205 mm. Hmotnost 1 kg. Spotřeba energie méně než 5 wattů.

CPU měřící přístroj 8506 – 120

Slouží k měření výkonu aktivní a reaktivní 3-fázové AC sítě, zobrazuje aktuální hodnotu parametru výkonu na indikátoru, převádí ji na analogový signál.

Provedená měření jsou zobrazena ve formě čísel na indikátorech v jednotkách hodnot, které vstupují do zařízení nebo na vstup proudového nebo napěťového transformátoru. V tomto případě se bere v úvahu transformační koeficient. Digitální displej je rozdělen na čtyři číslice.

Účel zařízení - pro měření činného a jalového výkonu v 3fázových sítích elektrického proudu s frekvencí 50 hertzů.

Technické údaje

Účiník - 1.
Rozměry pouzdra 120 x 120 x 150 mm.
Výška číslic na displeji je 20 mm.
Největší interval čtení je 9999.
Stupeň přesnosti: 0,5.
Doba převodu: méně než 0,5 s.
Pracovní teplota: od +5 do + 40 stupňů.
Třída ochrany krytu a panelu: IP 40.
Spotřeba energie: 5 wattů.
Hmotnost méně než 1,2 kg.

Přítomnost dvou cívek v elektrodynamickém zařízení a možnost jejich zapojení do dvou různých obvodů umožňuje použití těchto zařízení pro měření výkonu elektrického proudu, tedy jako wattmetry.

Z výrazu pro úhel natočení pohyblivého systému elektrodynamického zařízení (2.12) vyplývá, že pokud je pevná cívka zapojena do série se zátěží z (obr. 2-12), a je připojen přídavný odpor Yad v sérii s pohyblivou cívkou, takže tato cívka může být zapojena paralelně se zátěží, pak je proud v pohyblivé cívce

kde je odpor cívky; U - napětí na zátěži; - konstanta tohoto zařízení z hlediska výkonu; P je výkon spotřebovaný zátěží. Takové zařízení se nazývá wattmetr. Jeho měřítko je jednotné.

Pro měření elektrická energie ve střídavých obvodech se používají wattmetry činného a jalového výkonu.

Wattmetr aktivního výkonu. Pokud je v obvodu pohyblivé cívky zahrnut aktivní přídavný odpor, takže celkový odpor tohoto obvodu R je roven

pak při napětí a v síti a při proudu i v zátěži

proud v pohyblivé cívce je

Okamžitá hodnota točivého momentu je v tomto případě rovna

a průměrnou hodnotu tohoto okamžiku za období

Proto wattmetr s aktivním přídavným odporem v obvodu pohyblivé cívky měří činný výkon střídavého obvodu.

Výsledný závěr má jednoduché fyzikální vysvětlení. Pokud je totiž v obvodu s indukčností zahrnut ampérmetr, voltmetr a wattmetr (obr. 2-13), pak, protože se pohyblivý systém voltmetru otáčí působením pouze přiloženého napětí, bez ohledu na fázi tohoto napětí (přesněji pod vlivem proudu v cívce úměrného přivedenému napětí), a pohyblivá část ampérmetru se otáčí pod vlivem pouze proudu v cívce, bez ohledu na fázi tohoto proudu. Co se týče pohyblivé části (cívky) wattmetru, ta se otáčí pouze v případě, že proudy v obou cívkách nejsou rovné nule, jinak nedojde k interakci. Ale v uvažovaném obvodu je proud pohyblivé cívky maximální, když je proud v obvodu i nulový, a naopak. Zařízení neukáže nic. To se dalo očekávat, protože zátěž buď uchovává energii v magnetickém poli, nebo ji vrací do sítě.

Z grafu proudů tohoto obvodu s indukčností (obr. 2-14) vyplývá, že proudy se ve směru (na grafu - na jedné straně časové osy) shodují pouze během dvou (přes jednu) čtvrtinu periody. v období a v dalších dvou čtvrtletích jsou proudy v opačných směrech. To znamená, že směr točivého momentu se změní čtyřikrát za periodu. Pohyblivý systém wattmetru proto během periody zažije působení čtyř impulsů stejné hodnoty, ale opačného směru, a zařízení neukáže nic, protože točivý moment působící na pohybující se systém je určen jeho průměrnou hodnotou. za dané období.

Pokud je úhel posunu mezi proudy malý (obr. 2-15), pak během této periody kladné hodnoty točivého momentu výrazně převyšují záporné (v čase i v hodnotách) a pohyblivý systém wattmetru se bude otáčet pod působením průměru

hodnoty v závislosti na činném výkonu spotřebovaném danou zátěží.

Wattmetr tedy ukazuje činný výkon spotřebovaný ze sítě.

Wattmetr jalového výkonu. V tomto wattmetru je v sérii s pohyblivou cívkou speciálně zapnut indukční přídavný odpor (obr. 2-16), takže

Nechte v obvodu působit přiložené napětí a zátěž vytvoří proud

Pak je okamžitá hodnota točivého momentu

Po substituci a transformacích dostaneme:

Průměrná hodnota točivého momentu za období je

Z toho vyplývá, že wattmetr s indukční reaktance v obvodu pohyblivé cívky ukazuje jalový výkon střídavého obvodu. Tento závěr lze snadno vysvětlit: v případě, například, čistě indukční zátěž, kdy není energie nenávratně spotřebována ze sítě, takový obvod uměle posouvá fázi proudu v pohyblivé cívce, až se shoduje s fází proudu ve stacionární, takže wattmetr ukazuje hodnotu jalového výkonu.

Elektrodynamický wattmetr má tedy dvě cívky: jedna je proudová cívka zapojená do série se zátěží, druhá je napěťová cívka zapojená paralelně se zátěží, jejíž příkon musí být měřen.

Pro správné zapnutí zařízení (aby se šipka vychýlila správným směrem) je jedna ze svorek jeho vinutí označena hvězdičkou, tyto svorky wattmetru se nazývají svorky generátoru. Měly by být připojeny k zátěžové svorce, která je připojena ke generátoru (síť).

V současné době je nutné měřit výkon a energii stejnosměrného proudu, činný výkon a energii střídavého jednofázového a třífázový proud, jalový výkon a energie třífázového střídavého proudu, okamžitá hodnota výkonu, jakož i množství elektřiny ve velmi širokém rozmezí.

Elektrický výkon je určen prací vykonanou zdrojem elektromagnetického pole za jednotku času.

Aktivní (absorbovaný elektrickým obvodem) výkon

P A =UIcos >= já 2  R=U 2 /R,(1)

kde U, já - efektivní hodnoty napětí a proudu;  - úhel fázového posunu.

Reaktivní síla

R R = Ty hřích = já 2 X. (2)

Plná síla

P n = UI= PZ. Tyto tři typy moci spolu souvisí výrazem

P= (P A 2 + P 2 R ) (3)

Výkon se tedy měří v rozmezí 1 W ... 10 GW (ve stejnosměrných a jednofázových střídavých obvodech) s chybou ± (0,01 ... 0,1) % a s mikrovlnou - s chybou ± (1 . .. 5) %. Jalový výkon z jednotek var na Mvar se měří s chybou ±(0,1...0,5) %.

Rozsah měření elektrické energie je určen rozsahy měření jmenovité proudy(1 nA...10 kA) a napětí (1 µV...1 MB), chyba měření je ±(0,1...2,5)%.

Měření jalové energie je zajímavé pouze pro průmyslové třífázové obvody.

Měření výkonu ve stejnosměrných obvodech. Při nepřímém měření výkonu se používá metoda ampérmetru a voltmetru a metoda kompenzace.

Ampérmetrová a voltmetrová metoda. V tomto případě se zařízení zapínají podle dvou schémat (obr. 1).

Metoda je jednoduchá, spolehlivá, ekonomická, ale má řadu významných nevýhod: nutnost provádět měření na dvou

Rýže. .jeden. Schémata pro měření výkonu podle údajů voltmetru a ampérmetru na malém (a) a velkém (b) odolnost proti zatížení

spotřebiče; potřeba provádět výpočty; nízká přesnost kvůli součtu chyb přístroje.

Napájení R X , vypočítaný z odečtů přístroje (obr. 1a), má tvar

Je větší než skutečná hodnota příkonu spotřebovaného v zátěži R n, o hodnotu příkonu voltmetru R proti , tj. P n = R X - R proti .

Chyba v určení výkonu v zátěži je tím menší, čím větší je vstupní odpor voltmetru a čím nižší je odpor zátěže.

Napájení R X , vypočítané podle údajů přístroje (obr. 1., b) máme formu

Je větší než skutečná hodnota příkonu zátěže o hodnotu příkonu ampérmetru R ALE . Metodická chyba je tím menší, čím nižší je vstupní odpor ampérmetru a tím větší je zátěžový odpor.

kompenzační metoda. Tato metoda se používá, když je vyžadována vysoká přesnost měření výkonu. Pomocí kompenzátoru se střídavě měří proud zátěže a úbytek napětí na zátěži. Naměřený výkon je určen vzorcem

P= U n já n . (4)

Při přímém měření je činný výkon měřen elektromechanickými (elektrodynamické a ferodynamické systémy), digitálními a elektronickými wattmetry.

Elektrodynamické wattmetry se používají jako přenosná zařízení pro přesná měření výkonu (třída 0,1 ... 2,5) ve stejnosměrných a střídavých obvodech s frekvencí až několik tisíc hertzů.

Ferodynamické stínící voltmetry se používají v obvodech střídavého proudu průmyslové frekvence (třída 1,5 ... 2,5).

V širokém frekvenčním rozsahu se používají digitální wattmetry, základ

tvoří různé výkonové měniče (například termoelektrické), UPT, mikroprocesor a DOC. Digitální wattmetry provádějí automatický výběr mezí měření, vlastní kalibraci a je k dispozici externí rozhraní.

Pro měření výkonu ve vysokofrekvenčních obvodech se používají také speciální a elektronické wattmetry.

Pro měření jalového výkonu na nízkých frekvencích se používají jalové wattmetry (varmetry), u kterých je pomocí speciálních obvodů výchylka pohyblivé části elektrodynamického IM úměrná jalovému výkonu.

Zařazení elektromechanických wattmetrů přímo do elektrického obvodu je přípustné při zatěžovacích proudech nepřesahujících 10 ... 20 A a napětích do 600 V. Měření výkonu při velkých zatěžovacích proudech a v obvodech vysokého napětí se provádí wattmetrem s měřicími transformátory proudu TA a stres televize(obr..2).

Měření činného výkonu v trojfázových proudových obvodech. Metoda jednoho wattmetru. Tato metoda se používá pouze v symetrickém systému s rovnoměrným fázovým zatížením, stejnými fázovými úhly mezi vektory já a U a s plnou symetrií napětí (obr..3).

Obr..3. Schémata pro připojení wattmetru k třífázovému třívodičovému obvodu s plnou symetrií připojení zátěže:

A- hvězda; b - trojúhelník; v ~- s umělým nulovým bodem

Obr.4. Schémata pro zahrnutí dvou wattmetrů do třífázového obvodu: A- v 1. a 3.; b- v 1. a 2.; v- ve 2. a 3

Na Obr. 0,3, A zátěž je zapojena do hvězdy a nulový bod je k dispozici. Na obr. 3 b zátěž je zapojena do trojúhelníku, wattmetr je ve fázi. Na Obr. 0,3, v zátěž je spojena delta s umělým nulovým bodem. Umělý nulový bod je vytvořen pomocí dvou rezistorů, z nichž každý je roven odporu obvodu napěťového vinutí wattmetru (obvykle specifikovaného v technický pas na wattmetru).

Hodnoty wattmetru budou odpovídat výkonu jedné fáze a výkonu celé třífázová síť ve všech třech případech zapnutí zařízení se bude rovnat výkonu jedné fáze vynásobenému třemi:

P =3 P w

Metoda dvou wattmetrů. Tato metoda se používá v třífázovém třívodičovém obvodu bez ohledu na schéma zapojení a povahu zátěže, a to jak se symetrií, tak asymetrií proudů a napětí. Asymetrie je systém, ve kterém jsou různé mocniny jednotlivých fází. Proudová vinutí wattmetrů jsou připojena na libovolné dvě fáze a napěťová vinutí jsou připojena k lineárním napětím (obr. 4).

Zdánlivý výkon lze vyjádřit jako součet odečtů dvou wattmetrů. Takže pro obvod znázorněný na obr..4, A,

kde  1 - fázový úhel mezi proudem já 1 a síťové napětí U 12,  2 - fázový úhel mezi proudem já 3 a síťové napětí U 32 . V konkrétním případě se symetrickým napěťovým systémem a stejným fázovým zatížením  1 , = 30° -  a  2 = 30° -  budou hodnoty wattmetru:

Při aktivní zátěži (= 0) budou hodnoty wattmetrů stejné, protože P W ] = P W 2 IUcos30°.

Při zátěži s úhlem smyku cp = 60° se hodnoty druhého wattmetru rovnají nule, protože P W 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, v tomto případě se výkon třífázového obvodu měří jedním wattmetrem.

Při zátěži s úhlem smyku  > 60° bude výkon naměřený druhým wattmetrem záporný, protože (30° +) je větší než 90°. V tomto případě se pohyblivá část wattmetrů otočí opačným směrem. Pro čtení je nutné změnit fázi proudu v jednom z obvodů wattmetru o 180°. V tomto případě se výkon obvodu třífázového proudu rovná rozdílu v odečtech wattmetrů

Metoda tří wattmetrů. Pro měření výkonu třífázového obvodu s nevyváženou zátěží se zapnou tři wattmetry a celkový výkon v přítomnosti neutrálního vodiče se bude rovnat aritmetickému součtu odečtů tří wattmetrů. V tomto případě každý wattmetr měří výkon jedné fáze, odečty wattmetru, bez ohledu na povahu zátěže, budou kladné (paralelní vinutí je připojeno k fázovému napětí, to znamená mezi lineárním vodičem a nulou ). Pokud není k dispozici nulový bod a neexistuje nulový vodič, pak paralelní obvody zařízení mohou tvořit umělý nulový bod za předpokladu, že odpory těchto obvodů jsou navzájem stejné.

Měření jalového výkonu v jednofázových a třífázových obvodech. Přestože jalový výkon neurčuje vykonanou práci ani energii přenesenou za jednotku času, jeho měření je také důležité. Přítomnost jalového výkonu vede k dalším ztrátám elektrické energie v přenosových vedeních, transformátorech a generátorech. Jalový výkon se měří v jalových voltampérech (var) v jednofázových i třífázových tří- a čtyřvodičových střídavých obvodech s elektrodynamickými a ferodynamickými wattmetry nebo speciálně navržených pro měření jalového výkonu. Rozdíl mezi reaktivním wattmetrem a běžným wattmetrem je v tom, že má komplikovaný paralelní obvod pro dosažení fázového posunu 90°

mezi vektory proudu a napětí tohoto obvodu. Potom bude odchylka pohyblivé části úměrná jalovému výkonu R R = Ty hřích . Reaktivní wattmetry se používají především pro laboratorní měření a kalibraci reaktivních měřidel.

Jalový výkon v třífázovém symetrickém obvodu lze měřit také aktivním wattmetrem: k tomu je proudová cívka zapojena sériově do fáze A, napěťová cívka mezi fázemi B a C.

Měření výkonu ve vysokofrekvenčních obvodech. Pro tento účel lze použít jak přímá, tak nepřímá měření a v některých případech mohou být výhodnější nepřímá měření, protože je někdy jednodušší měřit proud a napětí na zátěži než přímo výkon. Přímé měření výkonu ve vysokofrekvenčních a vysokofrekvenčních obvodech se provádí termoelektrickými, elektronickými wattmetry s Hallovým efektem a digitálními wattmetry.

Nepřímá měření se provádějí oscilografickou metodou. Používá se zejména při napájení obvodu nesinusovým napětím, při vysokých frekvencích, zdroji nízkého napětí apod.

Měření energie v jednofázových a třífázových obvodech. Energie se měří elektromechanickými a elektronickými elektroměry. Elektronické elektroměry mají lepší metrologické vlastnosti, větší spolehlivost a jsou perspektivním prostředkem měření elektrické energie.

4. Měření fáze a frekvence

Fáze charakterizuje stav harmonického signálu v určitém časovém okamžiku t. Fázový úhel v počátečním časovém okamžiku (časová reference), tzn. v t = 0, volala nulavym (počáteční) fázový posun. Fázový rozdíl  se obvykle měří mezi proudem a napětím nebo mezi dvěma napětími. V prvním případě je častěji nezajímá samotný fázový úhel, ale hodnota cos neboli účiník. Cos je kosinus úhlu, o který proud zátěže předbíhá nebo zaostává za napětím aplikovaným na tuto zátěž. fázový posun dvou harmonických signálů stejné frekvence se nazývá modul rozdílu jejich počátečních fází  = | 1 -  2 |. Fázový posun  nezávisí na čase, pokud počáteční fáze  1 a  2 zůstanou nezměněny. Fázový rozdíl se vyjadřuje v radiánech nebo stupních.

Metody měření úhlu fázového posunu. Tyto metody závisí na frekvenčním rozsahu, úrovni a tvaru signálu, požadované přesnosti a dostupnosti měřicích přístrojů. Dochází k nepřímým a přímým změnám fázového úhlu.

nepřímé měření. Takové měření fázového úhlu mezi napětím U a aktuální já v zátěži v jednofázových obvodech

se provádí pomocí tří přístrojů - voltmetru, ampérmetru a wattmetru (obr. 5). Úhel  se určí výpočtem ze zjištěné hodnoty cos:

Metoda se obvykle používá v průmyslové frekvenci a poskytuje nízkou přesnost z důvodu metodické chyby způsobené vlastní spotřebou zařízení, je poměrně jednoduchá, spolehlivá a ekonomická.

V třífázovém symetrický obvod hodnotu cos lze určit pomocí následujících měření:

výkon, proud a napětí jedné fáze;

měření činného výkonu metodou dvou wattmetrů;

měření jalového výkonu metodou dvou wattmetrů s umělým neutrálním bodem.

Z oscilografických metod měření fáze se nejvíce používají metody lineárního rozmítání a elipsy. Oscilografická metoda, která umožňuje kdykoli pozorovat a fixovat zkoumaný signál, se používá v širokém frekvenčním rozsahu v obvodech s nízkým výkonem pro hrubá měření (5 ... 10 %). Metoda lineárního rozmítání zahrnuje použití dvoupaprskového osciloskopu, na jehož vodorovné desky je aplikováno lineární rozmítavé napětí a na vertikálních deskách napětí, mezi nimiž se měří fázový posun. Pro sinusové křivky na obrazovce získáme obraz dvou napětí (obr. 6, A) a podle naměřených segmentů AB a AC se vypočítá úhel posunu mezi nimi

kde AB je segment mezi odpovídajícími body křivek, když procházejí nulou podél osy X; AC - segment odpovídající období.

Chyba měření  X závisí na chybě čtení a fázové chybě osciloskopu.

Pokud se místo lineárního rozmítání použije sinusové rozmítané napětí, pak Lissajousovy hodnoty získané na obrazovce při stejných frekvencích dávají na obrazovce osciloskopu tvar elipsy (obr. 6b). Úhel smyku  x =arcsin(AB/VG).

Tato metoda umožňuje měřit  x v rozmezí 0 90 o bez určení znaménka fázového úhlu.

Chyba měření  x je také určena chybou čtení

Obr..6. Křivky získané na obrazovce dvoupaprskového osciloskopu: s lineárním (A) a sinusový (b) průběh

a rozdíly ve fázových posunech kanálů X a Y osciloskop.

Použití střídavého kompenzátoru s kalibrovaným fázovým posunovačem a elektronického osciloskopu jako indikátoru fázové rovnosti umožňuje poměrně přesné měření fázového úhlu. Chyba měření je v tomto případě určena především chybou použitého fázového posuvníku.

Přímé měření. Přímé měření úhlu fázového posunu se provádí pomocí elektrodynamických, ferodynamických, elektromagnetických, elektronických a digitálních fázových měřičů. Nejčastěji používanými elektromechanickými fázoměry jsou elektrodynamické a elektromagnetické poměrové fázoměry. Měřítko těchto zařízení je lineární. Používá se ve frekvenčním rozsahu od 50 Hz do 6 ... 8 kHz. Třídy přesnosti - 0,2; 0,5. Vyznačují se velkým příkonem 1 (5 ... 10 W).

V třífázovém symetrickém obvodu se měření úhlu fázového posunu  nebo cos provádí jednofázovými nebo třífázovými fázovými elektroměry.

Digitální fázové měřiče se používají v obvodech s nízkým výkonem ve frekvenčním rozsahu od jednotek Hz do 150 MHz, třídy přesnosti - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1,0. U elektronicky počítajících digitálních fázových měřičů se fázový posun mezi dvěma napětími převádí na časový interval vyplněný impulsy stabilní frekvence s určitou periodou, které počítá elektronický čítač impulsů. Složkami chyb těchto zařízení jsou: chyba diskretizace, chyba generátoru stabilní frekvence, chyba v závislosti na přesnosti vytvoření a přenosu časového intervalu.

Metody měření frekvence. Frekvence je jednou z nejdůležitějších charakteristik dávkového procesu. Je určeno počtem úplných cyklů (period) změny signálu za jednotku času. Rozsah frekvencí používaných v technologii je velmi velký a pohybuje se od zlomků hertzů až po desítky. Celé frekvenční spektrum je rozděleno do dvou rozsahů – nízký a vysoký.

Nízké frekvence: infrazvuk - pod 20 Hz; zvuk - 20...20000 Hz; ultrazvukové - 20...200 kHz.

Vysoké frekvence: vysoké - od 200 kHz do 30 MHz; ultravysoké - 30...300 MHz.

Volba metody měření kmitočtu proto závisí na rozsahu měřených kmitočtů, požadované přesnosti měření, velikosti a tvaru napětí měřeného kmitočtu, výkonu měřeného signálu, dostupnosti měřicích přístrojů atp.

Přímé měření. Metoda je založena na použití elektromechanických, elektronických a digitálních měřičů frekvence.

Elektromechanické měřiče frekvence využívají měřicí mechanismus elektromagnetických, elektrodynamických a ferodynamických systémů s přímým odečítáním frekvence na stupnici poměrového měřidla. Snadno se navrhují a ovládají, jsou spolehlivé a mají poměrně vysokou přesnost. Používají se ve frekvenčním rozsahu od 20 do 2500 Hz. Třídy přesnosti - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2.5.

Elektronické frekvenční měřiče se používají pro měření ve frekvenčním rozsahu od 10 Hz do několika megahertzů s úrovní vstupního signálu 0,5 ... 200 V. Mají velkou vstupní impedanci, která zajišťuje nízkou spotřebu energie. Třídy přesnosti - 0,5; 1.0 a nižší.

Digitální frekvenční čítače se používají pro velmi přesná měření v rozsahu 0,01 Hz...17 GHz. Zdroje chyb jsou chyby z diskrétnosti a nestability křemenného oscilátoru.

Mostová metoda. Tato metoda měření frekvence je založena na použití frekvenčně závislých střídavých můstků napájených napětím měřené frekvence. Nejběžnějším můstkovým obvodem pro měření frekvence je kapacitní můstek. Metoda měření frekvence můstku se používá k měření nízkých frekvencí v rozsahu 20 Hz ... 20 kHz, chyba měření je 0,5 ... 1 %.

nepřímé měření. Metoda se provádí pomocí osciloskopů: interferenčními obrazci (Lissajousovy obrazce) a kruhovým rozmítáním. Metody jsou jednoduché, pohodlné a poměrně přesné. Používají se v širokém frekvenčním rozsahu 10 Hz ... 20 MHz. Nevýhodou Lissajousovy metody je obtížnost dešifrování číslic, když je poměr číslic větší než 10, a proto se chyba měření zvyšuje v důsledku stanovení skutečného frekvenčního poměru. U metody kruhového rozmítání je chyba měření určena především kvantizační chybou základní frekvence.

METODY A NÁSTROJE PRO MĚŘENÍ PARAMETRŮ MĚŘICÍCH OBVODŮ