Tasavirtatehon lausekkeesta voidaan nähdä, että se voidaan mitata ampeerimittarilla ja volttimittarilla epäsuoralla menetelmällä. Tässä tapauksessa on kuitenkin tarpeen suorittaa samanaikaisesti kahden laitteen lukemat ja laskelmat, jotka monimutkaistavat mittauksia ja vähentävät niiden tarkkuutta.

Tehon mittaamiseen tasavirta- ja yksivaihepiireissä vaihtovirta käyttävät wattimittareita, joihin he käyttävät sähködynaamisia ja ferrodynaamisia mittausmekanismeja.

Elektrodynaamiset wattimittarit valmistetaan kannettavien instrumenttien muodossa, joiden tarkkuusluokissa on korkea (0,1 - 0,5), ja niitä käytetään tasa- ja vaihtovirtatehon tarkkoihin mittauksiin teollisuus- ja korotetuilla taajuuksilla (5000 Hz asti). Ferrodynaamiset wattimittarit löytyvät useimmiten paneeliinstrumenteista, joiden tarkkuusluokka on suhteellisen alhainen (1,5 - 2,5).

Tällaisia ​​wattimittareita käytetään pääasiassa teollisen taajuuden vaihtovirralla. Tasavirralla niissä on merkittävä virhe johtuen ytimien hystereesistä.

Tehonmittaus päälle korkeat taajuudet käytetään termosähköisiä ja elektronisia wattimittareita, jotka ovat aktiiviteho-dc-muuntimella varustettu magnetosähköinen mittausmekanismi. Tehonmuuntimessa suoritetaan kertolasku ja saadaan ulostulosignaali, joka riippuu tuotteen käyttöliittymästä eli tehosta.

Jos emme ota huomioon käämien virtojen ja jännitteiden välisiä vaihesiirtoja ja katsomme kuorman H puhtaasti aktiiviseksi, virheet ja wattimittarin käämien tehonkulutuksesta johtuen virtapiireille (kuva 8.3):

missä ja ovat vastaavasti wattimittarin sarja- ja rinnakkaispiirien kuluttamat tehot.

Kaavoista voidaan nähdä, että virheillä voi olla havaittavia arvoja vain mitattaessa tehoa pienitehoisissa piireissä, eli kun ja ovat oikeassa suhteessa .

Jos muutat vain yhden virroista etumerkkiä, wattimittarin liikkuvan osan poikkeaman suunta muuttuu.

Wattimittarissa on kaksi paria puristimia (sarja- ja rinnakkaiset piirit), ja riippuen niiden sisällyttämisestä piiriin, osoittimen poikkeaman suunta voi olla erilainen. Wattimittarin käynnistämiseksi oikein yksi kustakin liitinparista on merkitty "*":lla (tähdellä) ja sitä kutsutaan "generaattoriliittimeksi".

Tehon mittaus Hall-efektillä

Virta- ja potentiaalieroarvojen kertominen tehoa mitattaessa voidaan saada Hall-puolijohdemuuntimilla.

Jos erityinen puolijohdelevy, jonka läpi virtaa I kulkee (kuva 8.4), virittyy sähkökenttä voimakkuus E, sijoitetaan magneettikenttään, jonka voimakkuus on H (induktio B), sitten sen pisteiden väliin, jotka sijaitsevat suoralla linjalla, joka on kohtisuorassa virtaavan virran I ja magneettikentän suuntiin nähden, syntyy potentiaaliero (Hall-ilmiö), joka määritellään

missä k on suhteellisuuskerroin.

Umov-Poynting-lauseen mukaan mikroaaltovärähtelyjen lähetetyn tehon vuotiheys tietyssä kentän pisteessä määräytyy tämän kentän sähköisten ja magneettisten vahvuuksien vektoritulolla:

Näin ollen, jos virta I on funktio sähköinen jännitys E, sitten käyttämällä Hall-anturia, saat seuraavan jännitteen riippuvuuden lähetetystä tehosta:

missä g on näytettä kuvaava vakiokerroin. Tällaisen tehon mittaamiseksi puolijohdekiekko (Hall plate - HRP) asetetaan aaltoputkeen kuvan mukaisesti (kuva 8.5).

Tarkastetulla tehomittarilla on seuraavat edut:

1. voi työskennellä millä tahansa kuormituksella, ei vain sopivalla;
2. wattimittarin suuri nopeus mahdollistaa sen käytön pulssitehon mittaamiseen.

Hall-tehowattimittareiden käytännön toteutus on kuitenkin monien tekijöiden vuoksi melko vaikea tehtävä. On kuitenkin olemassa wattimittareita, jotka mittaavat lähetetyn pulssitehon 100 kW:iin asti virheellä, joka on enintään 10%.

Menetelmät tehon mittaamiseksi korkeilla ja mikroaaltouunitaajuuksilla

Valta yleensä on fyysinen määrä, joka määräytyy aikayksikköä kohti tuotetun työn perusteella. Tehon yksikkö - watti (W) - vastaa tehoa, jolla suoritetaan yksi joule (J) työtä yhdessä sekunnissa.

Tasavirralla ja pientaajuisella vaihtovirralla suoratehon mittaus korvataan usein mittaamalla sähköjännitteen tehollinen arvo kuormalla U, kuorman I läpi kulkevan virran tehollinen arvo sekä virran ja jännitteen välinen vaihekulma. Tässä tapauksessa teho määräytyy lausekkeella:

Mikroaaltoalueella jännitteen ja virran mittaaminen tulee vaikeaksi. Mittauslaitteiden tulopiirien mittojen yhteensopivuus aallonpituuden kanssa on yksi syy jännitteen ja virran mittaustuloksen epäselvyyteen.

Mittauksiin liittyy merkittäviä taajuusvirheitä. On lisättävä, että joidenkin aaltotyyppien jännitteen ja virran mittaus aaltoputkireiteillä menettää käytännöllisen merkityksensä, koska johtimessa ei ole pitkittäiskomponenttia ja minkä tahansa aaltoputkiosan halkaisijan päiden välinen potentiaaliero on nolla. Siksi taajuuksilla, jotka alkavat kymmenistä megahertseistä, suora tehomittaus on parempi ja tarkempi, ja yli 1000 MHz:n taajuuksilla tämä on ainoa mittaustyyppi, joka luonnehtii yksiselitteisesti intensiteettiä sähkömagneettiset värähtelyt.

Mikroaaltotehon suorassa mittauksessa käytetään fysikaalisiin peruslakeihin perustuvia menetelmiä, mukaan lukien perussuureiden suora mittausmenetelmä: massa, pituus ja aika.

Huolimatta erilaisista mikroaaltotehon mittausmenetelmistä, ne kaikki liittyvät sähkömagneettisten mikroaaltovärähtelyjen energian muuntamiseen toisen tyyppiseksi mittaukseen käytettävissä olevaksi energiaksi: termiseksi, mekaaniseksi jne. Mikroaaltotehon mittauslaitteista lämpömenetelmiin perustuvat wattimittarit ovat laajimmin käytössä. Käytetään myös useita muita menetelmiä - ponderomotive, anturi ja muut.

Suurimman osan mikroaaltotehomittareista, joita kutsutaan wattimittariksi, toimintaperiaate perustuu lämpötilan tai elementtien vastuksen muutosten mittaamiseen, joissa tutkittujen sähkömagneettisten värähtelyjen energia hajoaa. Tähän ilmiöön perustuvia laitteita ovat kalorimetriset ja termistoritehomittarit. Ponderomotiivisia ilmiöitä (sähkömekaanisia voimia) käyttävät wattimittarit ja Hall-ilmiöllä toimivat wattimittarit ovat yleistyneet. Ensimmäisen erikoisuutena on absoluuttisen tehon mittausten mahdollisuus ja toisen tehon mittaus riippumatta RF-polun sovituksesta.

Lähetysreitille sisällyttämistä koskevan menetelmän mukaan erotetaan kulkevan tyypin ja absorboivan tyypin wattimetrit. Läpivirtauswattimittari on nelipääteverkko, jossa vain pieni osa kokonaistehosta imeytyy. Siirtojohdon päähän on kytketty absorboiva wattimittari, joka on kaksinapainen verkko, ja ihannetapauksessa kaikki tulevan aallon teho imeytyy siihen. Passing-tyyppinen wattimittari perustuu usein absorboivaan tyyppiseen mittariin, joka on liitetty reittiin suuntakytkimen kautta.

Kalorimetriset tehonmittausmenetelmät perustuvat sähkömagneettisen energian muuntamiseen lämpöenergiaksi kuormitusvastuksessa, joka on olennainen osa mittaria. Vapautuvan lämmön määrä määritetään kuorman tai ympäristön, jossa lämpöä siirretään, lämpötilamuutostiedoista. On olemassa staattisia (adiabaattisia) ja virtauskalorimetrejä (ei-adiabaattisia). Ensimmäisessä mikroaaltoteho häviää lämpöeristetyssä kuormassa, ja toisessa aikaansaadaan jatkuva kalorimetrisen nesteen virtaus. Kalorimetristen mittarien avulla voit mitata tehoa milliwateista satoihin kilowatteihin. Staattiset kalorimetrit mittaavat pieniä ja keskitasot teho ja virtaus - keskisuuret ja suuret tehoarvot

Lämpötasapainotila kalorimetrisessä kuormassa on muotoa:

jossa P on kuormaan haihtunut mikroaaltoteho; T ja T 0 - kuormituslämpötila ja ympäristöön vastaavasti; c , m – kalorimetrisen kappaleen ominaislämpö ja massa; k on lämpöhäviökerroin. Yhtälön ratkaisu esitetään muodossa

missä on lämpöaikavakio.

Staattisen kalorimetrin tapauksessa mittausaika on paljon pienempi kuin vakio ja mikroaaltoteho on:

Staattisten kalorimetrien pääelementit ovat lämpöeristetty kuorma ja lämpötilan mittauslaite. Mitatusta lämpötilan nousunopeudesta ja tunnetusta kuorman lämpökapasiteetista on helppo laskea absorboitunut mikroaaltoteho.

Laitteissa käytetään erilaisia ​​suurtaajuisia päätteitä kiinteässä tai nestemäisessä eristemateriaalissa, jossa on häviöitä, sekä suuren resistanssin levyn tai kalvon muodossa. Lämpöpareja ja erilaisia ​​lämpömittareita käytetään lämpötilan muutosten määrittämiseen.

Tarkastellaan staattista kalorimetriä, jossa lämmöneristysvaatimukset ovat pienemmät ja kalorimetrisen tiivisteen lämpökapasiteettia ei tarvitse määrittää (kuva 8.6). Tämä menetelmä käyttää korvausmenetelmää. Se käyttää tunnettua tehoa tasavirta tai matalataajuista virtaa, joka syötetään varteen 2. Oletetaan, että suuttimen 3 lämpötila muuttuu samalla tavalla, kun mikroaaltotehon ja tasavirran yhtä suuret arvot hajoavat. Staattiset kalorimetrit mahdollistavat useiden milliwattien tehon mittaamisen alle .

Yksi sähköpiirin tilaa kuvaavista ominaisuuksista on teho. Tämä ominaisuus heijastaa sähkövirran tekemän työn arvoa tietty aika. Sähköpiiriin kuuluvien laitteiden teho ei saa ylittää verkon tehoa. Muuten laite saattaa epäonnistua, oikosulku tai tulipalo voi tapahtua.

Tehomittaukset sähkövirta tuotetaan erityisillä laitteilla - wattimittarilla. Tasavirran tapauksessa teho lasketaan kertomalla jännite virralla (tarvitset ampeerimittarin ja volttimittarin). Vaihtovirtapiirissä kaikki tapahtuu eri tavalla, tarvitset mittauslaitteet. Wattimittaria käytetään sähkölaitteiden toimintatilan mittaamiseen, sähkönkulutuksen kirjaamiseen.

Käyttöalue

Wattimittareiden pääasiallinen käyttöalue on sähkövoimateollisuus, konepajateollisuus ja sähkölaitteiden korjaus. Wattimittareita käytetään usein myös jokapäiväisessä elämässä. Ne ostavat elektroniikan, tietokonelaitteiden, radioamatöörien asiantuntijat - sähköenergian kulutuksen säästöjen laskemiseksi.

Wattimittareita käytetään:

Laitteen teholaskelmat.
Testien suorittaminen sähköpiirit, jotkin niiden osioista.
Sähköasennusten testien suorittaminen indikaattoreina.
Sähkölaitteiden toiminnan tarkastus.
Sähkönkulutuksen laskenta.

Lajikkeet

Ensin mitataan jännite, sitten virta ja sitten teho mitataan näiden tietojen perusteella. Mittaus-, parametrien muunnos- ja tuloksen antamismenetelmän mukaan wattimittarit jaetaan digitaalisiin ja analogisiin tyyppeihin.

Digitaalinen wattimittarit mittaavat. Näytöllä näkyy myös jännite, virta ja sähkönkulutus tietyn ajanjakson aikana. Mittausparametrit näkyvät tietokoneella.

analoginen wattimittariversio on jaettu itsetallennus- ja näyttölaitteisiin. Ne määrittävät piiriosan aktiivisen tehon. Wattimittarin näyttö on varustettu asteikolla ja nuolella. Asteikko on kalibroitu jako- ja tehoarvoille watteina.

Suunnitteluominaisuudet ja toimintaperiaate

Analogiset wattimittarit ovat laajalle levinneitä, tarkkoja mittauksia ja ovat sähködynaamisen järjestelmän laitteita.

Niiden toimintaperiaate perustuu kahden kelan väliseen vuorovaikutukseen. Yksi kela on kiinteä, paksulla käämilangalla, pienellä määrällä kierroksia ja vähän vastusta. Se on kytketty sarjaan kuluttajan kanssa. Toinen kela liikkuu. Sen käämitys koostuu ohuesta johtimesta, jossa on huomattava määrä kierroksia, sen vastus on korkea. Se on kytketty rinnakkain kuluttajan kanssa, varustettu lisävastuksella välttämiseksi oikosulku käämit.

Kun laite on kytketty verkkoon, käämeissä on magneettikentät, jonka vuorovaikutus muodostaa pyörimismomentin, joka taittaa liikkuvan käämin liitetyllä nuolella laskettuun kulmaan. Kulman arvo riippuu jännitteen ja virran tulosta tietyllä ajanhetkellä.

Digitaalisen wattimittarin pääasiallinen toimintaperiaate on jännitteen ja virran alustava mittaus. Näitä tarkoituksia varten ne on kytketty: sarjapiirissä kuorman kuluttajaan - virta-anturi, rinnakkaispiirissä jänniteanturi. Nämä anturit valmistetaan yleensä termistoreista, termopareista ja mittausmuuntajista.

Mitatun jännitteen ja virran hetkelliset parametrit syötetään muuntimen kautta sisäiseen mikroprosessoriin. Se laskee tehon. Tietojen tulos näytetään näytöllä ja välitetään myös ulkoisille laitteille.

Sähködynaamisia laitteita, joissa on laaja sovellus, sopii AC ja DC. Induktiivisia wattimittareita käytetään vain vaihtovirralle.

Harkitse joitain vaihtoehtoja eri versioiden ja eri valmistajien laitteille (wattimittareita).

Kiinassa valmistetut kodinkoneet

Oppaassa kuvataan kaikki tämän laitteen toimintatavat ja tekniset tiedot.

Itse asiassa tämä on laite, joka mittaa erilaisten sähkönkuluttajien tehoa. Miten hän toimii? Työnnä se pistorasiaan ja aseta sen kuluttajan pistoke, jonka tehoa haluat mitata, tämän laitteen pistorasiaan. Tällä laitteella mittaat kuluttajan tehoa tietyn ajan ja sen jälkeen voit jopa laskea esimerkiksi kuinka paljon jääkaapisi tai jokin muu laite kuluttaa sähköön.

Laitteessa on sisäänrakennettu akku. On muistettava mittaamasi teho, jonka avulla voit laskea hinnan. Laitteen etupaneelissa on viisi painiketta: tilojen vaihto, hintaosoitin, ylös-alas-kytkin, nollauspainike, jos laite on havainnut vikoja. Kotelon takana on laitteen ominaisuudet:

Käyttöjännite 230 volttia.
Taajuus 50 hertsiä.
Maksimivirta 16 ampeeria.
Mittaustehoalue on 0-3600 wattia.

Harkitse laitteen toimintaa. Asetamme sen pistorasiaan.

Laitetaan LED-pöytälamppu päälle.

Näytöllä heti alkava aika, jonka aikana mitataan kuluttajan, tässä tapauksessa lampun, tehoa. 0,4 wattia on sammutetun lampun teho. Kytkemme lampun päälle, käyttötilassa se kuluttaa 10,3 wattia. Emme ilmoittaneet kilowattihintaa, joten siellä on nollia.

Lamppumme voi muuttaa valon voimaa. Lampun valon kasvaessa teholukema kasvaa. Kun toinen tila kytketään päälle, myös käyttöaika näkyy ylhäällä, toisessa kentässä kilowattitunnit, koska laite ei ole vielä toiminut edes tuntia, näytetään nollia. Alaosassa näkyy päivien lukumäärä, joina tämä kuluttaja mitattiin.

Seuraavassa tilassa toinen kenttä näyttää verkkojännitteen, pohja näyttää virran taajuuden. Kellonaika näkyy näytön yläosassa kaikissa tiloissa. Kun vaihdat seuraavaan tilaan, virran voimakkuus näkyy keskellä. Alareunassa näkyy tietyn tekijän parametri, josta ei ole vielä tietoa, koska laitteen valmistaja on kiinalainen.

Viides tila näyttää minimitehon. Kuudennessa tilassa - suurin teho.

On mielenkiintoista nähdä näiden tilojen lukemat tietokoneen ollessa käynnissä. Esimerkiksi lepotilassa, tavallisella avoimella työpöydällä tai kun käynnistät tehokkaan pelin.

Aseta seuraavassa tilassa sähkön hinta asetuspainikkeilla energiankulutuksen kustannusten laskemiseksi. Voit siis mitata ja laskea minkä tahansa kodinkoneesi ja -laitteesi kulutuksen ja tiedät mitkä laitteesi ovat edullisia ja mitkä kuluttavat liikaa sähköä.

Tällaisella laitteella on alhainen hinta, noin 14 dollaria. Tämä on pieni hinta, joka on maksettava kustannusten optimoimiseksi laskemalla laitteidesi virrankulutus.

Monitoiminen digitaalinen wattimittari CM 3010

Laitetta käytetään jännitteen, taajuuden, tehon, tasa- ja vaihtovirran mittaamiseen yhdellä vaiheella. Ja myös se on suunniteltu ohjaamaan tällaisia ​​laitteita pienemmällä tarkkuudella.

Virran mittausalue on 0,002 - 10 ampeeria.

Jännitteen mittaukset:

Vakio 1 - 1000 volttia.
Vaihtelee 1 - 700 volttia.
Taajuus mitataan alueella 40-5000 hertsiä.

Mittausvirhe

Virta, jännite, tasavirta + 0,1%.
Virta, jännite, vaihtovirta + 0,1 % taajuusalueella 40-1500 hertsiä.
Suhteellinen taajuuden mittausvirhe alueella 40-5000 hertsiä + 0,003%.

Laitteen rungon mitat 225 x 100 x 205 mm. Paino 1 kg. Virrankulutus alle 5 wattia.

Prosessorimittauslaite 8506 – 120

Toimii aktiivisen ja loistehon 3-vaiheisen vaihtovirtaverkon tehon mittaamiseen, näyttää tehoparametrin nykyisen arvon indikaattorissa, muuntaa sen analogiseksi signaaliksi.

Tehdyt mittaukset näytetään numeroiden muodossa osoittimissa arvoyksiköissä, jotka tulevat laitteeseen tai virta- tai jännitemuuntajan tuloon. Tässä tapauksessa muunnoskerroin otetaan huomioon. Digitaalinen näyttö on jaettu neljään numeroon.

Laitteen käyttötarkoitus - pätö- ja loistehon mittaamiseen 3-vaiheisissa sähköverkoissa taajuudella 50 hertsiä.

Tekniset yksityiskohdat

Tehokerroin - 1.
Kotelon mitat 120 x 120 x 150 mm.
Näytön numeroiden korkeus on 20 mm.
Suurin lukuväli on 9999.
Tarkkuusaste: 0,5.
Muunnosaika: alle 0,5 s.
Käyttölämpötila: +5 - +40 astetta.
Kotelon ja paneelin suojausluokka: IP40.
Virrankulutus: 5 wattia.
Paino alle 1,2 kg.

Kahden kelan läsnäolo sähködynaamisessa laitteessa ja mahdollisuus sisällyttää ne kahteen eri piiriin mahdollistaa näiden laitteiden käytön sähkövirran tehon mittaamiseen eli wattimittareina.

Sähködynaamisen laitteen liikkuvan järjestelmän kiertokulman lausekkeesta (2.12) seuraa, että jos kiinteä kela kytketään sarjaan kuorman z kanssa (kuva 2-12), ja lisävastus Yad on kytketty sarjassa liikkuvan kelan kanssa niin, että tämä kela voidaan kytkeä rinnan kuorman kanssa, silloin liikkuvan kelan virta on

missä on kelan vastus; U - kuorman jännite; - tämän laitteen vakio tehona; P on kuorman kuluttama teho. Tällaista laitetta kutsutaan wattimittariksi. Hänen mittakaavansa on yhtenäinen.

Mittausta varten Sähkövoima AC-piireissä käytetään pätö- ja loistehowattimittareita.

Aktiivinen teho wattimittari. Jos liikkuvaan kelapiiriin sisältyy aktiivinen lisävastus niin, että tämän piirin kokonaisresistanssi R on yhtä suuri kuin

sitten jännitteellä ja verkossa ja virralla i kuormassa

liikkuvan kelan virta on

Vääntömomentin hetkellinen arvo on tässä tapauksessa yhtä suuri

ja tämän hetken keskiarvo ajanjaksolle

Siksi wattimittari, jossa on aktiivinen lisävastus liikkuvassa käämipiirissä, mittaa vaihtovirtapiirin aktiivista tehoa.

Tuloksena olevalla johtopäätöksellä on yksinkertainen fyysinen selitys. Itse asiassa, jos ampeerimittari, volttimittari ja wattimittari sisällytetään piiriin, jossa on induktanssi (kuva 2-13), niin, koska volttimittarin liikkuva järjestelmä kääntyy vain syötetyn jännitteen vaikutuksesta riippumatta tämän jännitteen vaiheesta (tarkemmin sanottuna kelassa olevan virran vaikutuksesta, joka on verrannollinen käytettyyn jännitteeseen), ja ampeerimittarin liikkuva osa kääntyy vain kelassa olevan virran vaikutuksesta riippumatta tämän virran vaiheesta. Mitä tulee wattimittarin liikkuvaan osaan (käämiin), se kääntyy vain, jos molempien kelojen virrat eivät ole yhtä suuret kuin nolla, muuten vuorovaikutusta ei tapahdu. Mutta tarkasteltavassa piirissä liikkuvan kelan virta on suurin, kun virta piirissä i on nolla ja päinvastoin. Laite ei näytä mitään. Tämä oli odotettavissa, koska kuorma joko varastoi energiaa magneettikenttään tai palauttaa sen verkkoon.

Tämän induktanssin piirin virtojen kaaviosta (kuva 2-14) seuraa, että virrat ovat suunnassa yhteneväisiä (kaaviossa - aika-akselin toisella puolella) vain kahden (yhden) jakson neljänneksen aikana kaudella ja kahdella muulla vuosineljänneksellä virtaukset ovat vastakkaisiin suuntiin. Tämä tarkoittaa, että vääntömomentin suunta muuttuu neljä kertaa jaksossa. Siksi wattimittarin liikkuva järjestelmä kokee ajanjakson aikana neljän samanarvoisen, mutta vastakkaisen impulssin vaikutuksen, eikä laite näytä mitään, koska liikkuvaan järjestelmään vaikuttava vääntömomentti määräytyy sen keskiarvon perusteella tietyn ajan kuluessa.

Jos virtojen välinen siirtokulma on pieni (kuvat 2-15), niin jakson aikana vääntömomentin positiiviset arvot ylittävät suuresti negatiiviset (ajassa ja arvoissa) ja wattimittarin liikkuva järjestelmä kääntyy. keskiarvon alaisena

arvot vasteena tietyn kuorman kuluttamaan pätötehoon.

Joten wattimittari näyttää verkosta kulutetun pätötehon.

Loisteho wattimittari. Tässä wattimittarissa, sarjassa liikkuvan kelan kanssa, kytketään erityisesti päälle induktiivinen lisävastus (kuva 2-16) siten, että

Anna syötetyn jännitteen vaikuttaa piirissä ja kuorma muodostaa virran

Silloin vääntömomentin hetkellinen arvo on

Korvauksen ja muunnosten jälkeen saamme:

Jakson vääntömomentin keskiarvo on

Tästä seuraa, että wattimittarin kanssa induktiivinen reaktanssi liikkuvassa käämipiirissä näyttää AC-piirin loistehoa. Tämä johtopäätös voidaan selittää helposti: esimerkiksi puhtaasti induktiivinen kuorma, kun energiaa ei kuluta peruuttamattomasti verkosta, tällainen piiri siirtää keinotekoisesti virran vaihetta liikkuvassa kelassa, kunnes se vastaa kiinteän virran vaihetta, joten wattimittari näyttää loistehon arvon.

Sähködynaamisessa wattimittarissa on siis kaksi käämiä: toinen on kuorman kanssa sarjaan kytketty virtakäämi, toinen kuorman kanssa rinnakkain kytketty jännitekäämi, jonka tehonkulutus on mitattava.

Laitteen käynnistämiseksi oikein (niin, että nuoli poikkeaa oikeaan suuntaan), yksi sen käämin navoista on merkitty tähdellä; näitä wattimittarin liittimiä kutsutaan generaattoriliittimiksi. Ne tulee kytkeä generaattoriin (verkkovirtaan) kytkettyyn kuormitusliittimeen.

Tällä hetkellä on tarpeen mitata tasavirran tehoa ja energiaa, pätötehoa ja vuorottelun yksivaiheisen ja energian kolmivaiheinen virta, loisteho ja kolmivaiheisen vaihtovirran energia, tehon hetkellinen arvo sekä sähkön määrä erittäin laajalla alueella.

Sähköteho määräytyy sähkömagneettisen kentän lähteen aikayksikköä kohti tekemän työn perusteella.

Aktiivinen (sähköpiirin absorboima) teho

P a =UIcos >= minä 2  R = U 2 /R,(1)

missä U, minä - jännitteen ja virran teholliset arvot;  - vaihesiirtokulma.

Loisteho

R R = Sinä syntiä = minä 2 X. (2)

Täysi voima

P n = UI= PZ. Nämä kolme voimatyyppiä liittyvät ilmaisuun

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

Teho mitataan siis alueella 1 W ... 10 GW (DC- ja yksivaiheisissa vaihtovirtapiireissä) ± (0,01 ... 0,1)% virheellä ja mikroaaltouunilla - virheellä ± (1 .. 5) %. Loisteho yksiköistä var arvoon Mvar mitataan virheellä ±(0,1...0,5) %.

Sähköenergian mittausalue määräytyy mittausalueiden mukaan nimellisvirrat(1 nA...10 kA) ja jännitteet (1 µV...1 MB), mittausvirhe on ±(0,1...2,5) %.

Loisenergian mittaus on kiinnostavaa vain teollisissa kolmivaiheisissa piireissä.

Tehon mittaus tasavirtapiireissä. Epäsuorassa tehomittauksessa käytetään ampeeri- ja volttimittarimenetelmää sekä kompensointimenetelmää.

Ampeerimittari ja volttimittari menetelmä. Tässä tapauksessa laitteet kytketään päälle kahden kaavion mukaan (kuva 1).

Menetelmä on yksinkertainen, luotettava, taloudellinen, mutta siinä on useita merkittäviä haittoja: tarve ottaa lukemat kahdelta

Riisi. .yksi. Kaaviot tehon mittaamiseksi volttimittarin ja ampeerimittarin lukemien mukaan pienellä (a) ja suurella (b) kuormituskestävyys

laitteet; tarve tehdä laskelmia; alhainen tarkkuus instrumenttivirheiden summauksen vuoksi.

Tehoa R X , laskettu instrumentin lukemista (kuva 1a), on muotoa

Se on suurempi kuin kuormassa Rn kulutetun tehon todellinen arvo volttimittarin tehonkulutuksen arvolla R v , eli P n = R X - R v .

Virhe kuorman tehon määrittämisessä on sitä pienempi, mitä suurempi on volttimittarin tuloresistanssi ja sitä pienempi kuormitusvastus.

Tehoa R X , laskettu laitteen lukemien mukaan (kuva 1., b) meillä on lomake

Se on suurempi kuin kuorman virrankulutuksen todellinen arvo ampeerimittarin tehonkulutuksen arvolla R MUTTA . Metodologinen virhe on mitä pienempi, sitä pienempi ampeerimittarin tuloresistanssi ja sitä suurempi kuormitusvastus.

korvausmenetelmä. Tätä menetelmää käytetään, kun vaaditaan suurta tehonmittaustarkkuutta. Kompensaattorin avulla mitataan vuorotellen kuormitusvirtaa ja jännitehäviötä kuorman yli. Mitattu teho määräytyy kaavan mukaan

P= U n minä n . (4)

Suoralla mittauksella pätötehoa mitataan sähkömekaanisilla (elektrodynaamisilla ja ferrodynaamisilla järjestelmillä), digitaalisilla ja elektronisilla wattimittareilla.

Sähködynaamisia wattimittareita käytetään kannettavina laitteina tarkkoihin tehomittauksiin (luokka 0,1 ... 2,5) DC- ja AC-piireissä useiden tuhansien hertsien taajuudella.

Ferrodynaamisia suojavolttimittareita käytetään teollisuustaajuuden vaihtovirtapiireissä (luokka 1,5 ... 2,5).

Laajalla taajuusalueella käytetään perustana digitaalisia wattimittareita

muodostavat erilaisia ​​tehomuuntimia (esimerkiksi lämpösähköisiä), UPT:tä, mikroprosessoria ja DOC:ta. Digitaaliset wattimittarit suorittavat automaattisen mittausrajojen valinnan, itsekalibroinnin ja ulkoisen liitännän.

Tehon mittaamiseen suurtaajuuspiireissä käytetään myös erityisiä ja elektronisia wattimittareita.

Loistehon mittaamiseen matalilla taajuuksilla käytetään loiswattimittareita (varmeters), joissa sähködynaamisen IM:n liikkuvan osan poikkeama on erikoispiirejä käyttäen verrannollinen loistehoon.

Sähkömekaanisten wattimittareiden liittäminen suoraan sähköpiiriin on sallittua kuormitusvirroilla, jotka ovat enintään 10 ... 20 A ja jännitteillä enintään 600 V. Tehonmittaus suurilla kuormitusvirroilla ja suurjännitepiireissä suoritetaan wattimittarilla, jossa on mittausvirta. muuntajat TA ja stressiä TV(kuva..2).

Aktiivitehon mittaus kolmivaiheisissa virtapiireissä. Yhden wattimetrin menetelmä. Tätä menetelmää käytetään vain symmetrisessä järjestelmässä, jossa on tasainen vaihekuorma, samat vaihekulmat vektorien välillä minä ja U ja täydellä jännityssymmetrialla (kuva..3).

Kuva..3. Kaaviot wattimittarin kytkemiseksi kolmivaiheiseen kolmijohtimiseen piiriin kuormitusliitännän täydellä symmetrialla:

a- tähti; b - kolmio; ~- keinotekoisella nollapisteellä

Kuva 4. Kaaviot kahden wattimittarin sisällyttämiseksi kolmivaiheiseen piiriin: a- 1. ja 3.; b- 1. ja 2.; sisään- 2. ja 3

Kuvassa .3, a kuorma on kytketty tähtiin ja nollapiste on käytettävissä. Kuvassa 3 b kuorma on kolmiokytketty, wattimittari on vaiheessa. Kuvassa .3, sisään kuorma on delta-kytketty keinotekoiseen nollapisteeseen. Keinotekoinen nollapiste luodaan käyttämällä kahta vastusta, joista jokainen on yhtä suuri kuin wattimittarin jännitekäämityspiirin vastus (yleensä merkitty tekninen passi wattimittarilla).

Wattimittarin lukemat vastaavat yhden vaiheen tehoa ja koko tehoa kolmivaiheinen verkko kaikissa kolmessa laitteen päällekytkentätapauksessa on yhden vaiheen teho kerrottuna kolmella:

P =3 P w

Kahden wattimetrin menetelmä. Tätä menetelmää käytetään kolmivaiheisessa kolmijohdinpiirissä kytkentäkaaviosta ja kuorman luonteesta riippumatta, sekä virtojen ja jännitteiden symmetrian että epäsymmetrian kanssa. Epäsymmetria on järjestelmä, jossa yksittäisten vaiheiden tehot ovat erilaisia. Wattimittareiden virtakäämit on kytketty mihin tahansa kahteen vaiheeseen ja jännitekäämit on kytketty lineaarisiin jännitteisiin (kuva 4).

Näennäisteho voidaan ilmaista kahden wattimetrin lukemien summana. Joten kuvassa..4 esitetylle piirille, a,

missä  1 - virran välinen vaihekulma minä 1 ja verkkojännite U 12,  2 - virran välinen vaihekulma minä 3 ja verkkojännite U 32 . Tietyssä tapauksessa symmetrisellä jännitejärjestelmällä ja samalla vaihekuormalla  1 , = 30° -  ja  2 = 30° -  wattimittarin lukemat ovat:

Aktiivisella kuormalla (= 0) wattimittareiden lukemat ovat samat, koska P W ] = P W 2 IUcos30°.

Kuormalla, jonka leikkauskulma cp = 60°, toisen wattimittarin lukemat ovat nolla, koska P W 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, jolloin kolmivaihepiirin teho mitataan yhdellä wattimittarilla.

Kuormalla, jonka leikkauskulma  > 60°, toisella wattimetrillä mitattu teho on negatiivinen, koska (30° +) on suurempi kuin 90°. Tässä tapauksessa wattimittareiden liikkuva osa kääntyy vastakkaiseen suuntaan. Lukemiseksi on tarpeen muuttaa virran vaihetta yhdessä wattimittarin piirissä 180 °. Tässä tapauksessa kolmivaiheisen virtapiirin teho on yhtä suuri kuin wattimittareiden lukemien ero

Kolmen wattimetrin menetelmä. Kolmivaiheisen piirin tehon mittaamiseksi epätasapainoisella kuormalla kytketään kolme wattimetriä päälle, ja kokonaisteho nollajohdon läsnä ollessa on yhtä suuri kuin kolmen wattimetrin lukemien aritmeettinen summa. Tässä tapauksessa jokainen wattimittari mittaa yhden vaiheen tehon, wattimittarin lukemat kuorman luonteesta riippumatta ovat positiivisia (rinnakkaiskäämitys on kytketty vaihejännitteeseen, eli lineaarilangan ja nollan väliin ). Jos nollapistettä ei ole saatavilla eikä nollajohtoa ole, laitteiden rinnakkaiset piirit voivat muodostaa keinotekoisen nollapisteen, mikäli näiden piirien resistanssit ovat keskenään yhtä suuret.

Loistehon mittaus yksivaiheisissa ja kolmivaiheisissa piireissä. Vaikka loisteho ei määritä tehtyä työtä eikä aikayksikköä kohti siirrettyä energiaa, sen mittaaminen on myös tärkeää. Loistehon läsnäolo johtaa sähköenergian lisähävikkiin siirtolinjoissa, muuntajissa ja generaattoreissa. Loisteho mitataan loisvolttiampeereina (var) sekä yksivaiheisissa että kolmivaiheisissa kolmi- ja nelijohtimissa vaihtovirtapiireissä sähködynaamisilla ja ferrodynaamisilla wattimittareilla tai erityisesti loistehon mittaamiseen suunnitelluilla. Ero reaktiivisen wattimittarin ja tavanomaisen wattimittarin välillä on se, että siinä on monimutkainen rinnakkaispiiri 90° vaihesiirron saamiseksi

tämän piirin virta- ja jännitevektorien välillä. Tällöin liikkuvan osan poikkeama on verrannollinen loistehoon R R = Sinä syntiä . Reaktiivisia wattimittareita käytetään pääasiassa laboratoriomittauksiin ja reaktiivisten mittareiden kalibrointiin.

Kolmivaiheisen symmetrisen piirin loistehoa voidaan mitata myös aktiiviwattimittarilla: tätä varten virtakäämi kytketään sarjaan vaiheeseen A, jännitekela vaiheiden B ja C väliin.

Tehonmittaus suurtaajuuspiireissä. Tätä tarkoitusta varten voidaan käyttää sekä suoria että epäsuoria mittauksia, ja joissain tapauksissa epäsuorat mittaukset voivat olla parempia, koska joskus on helpompi mitata virtaa ja jännitettä kuormalla kuin suoraan tehoa. Tehon suora mittaus suur- ja suurtaajuuspiireissä suoritetaan termosähköisillä, elektronisilla, Hall-tehomittareilla ja digitaalisilla wattimittareilla.

Epäsuorat mittaukset suoritetaan oskillografisella menetelmällä. Sitä käytetään pääasiassa, kun piiri saa virtansa ei-sinimäisestä jännitteestä, korkeilla taajuuksilla, pienitehoisilla jännitelähteillä jne.

Energian mittaus yksivaiheisissa ja kolmivaiheisissa piireissä. Energiaa mitataan sähkömekaanisilla ja elektronisilla sähkömittareilla. Elektronisilla sähkömittareilla on paremmat metrologiset ominaisuudet, parempi luotettavuus ja ne ovat lupaavia sähköenergian mittauskeinoja.

4. Vaiheen ja taajuuden mittaus

Vaihe kuvaa harmonisen signaalin tilaa tietyllä hetkellä t. Vaihekulma alkuajan hetkellä (aikareferenssi), ts. klo t = 0, nimeltään nollavym (alkuvaiheen muutos). Vaihe-ero  mitataan yleensä virran ja jännitteen tai kahden jännitteen välillä. Ensimmäisessä tapauksessa heitä kiinnostaa useammin ei itse vaihekulma, vaan cos:n tai tehokertoimen arvo. Cos on kulman kosini, jolla kuormitusvirta johtaa tai jäljessä tähän kuormaan kohdistetusta jännitteestä. vaihesiirto Kahden samalla taajuudella harmonisen signaalin :tä kutsutaan niiden alkuvaiheiden eron moduuliksi  = | 1 -  2 |. Vaihesiirto  ei riipu ajasta, jos alkuvaiheet  1 ja  2 pysyvät muuttumattomina. Vaihe-ero ilmaistaan ​​radiaaneina tai asteina.

Menetelmät vaihesiirtokulman mittaamiseksi. Nämä menetelmät riippuvat signaalin taajuusalueesta, tasosta ja muodosta, vaaditusta tarkkuudesta ja mittauslaitteiden saatavuudesta. Vaihekulmassa on epäsuoria ja suoria muutoksia.

epäsuora mittaus. Tällainen jännitteen välisen vaihekulman mittaus U ja nykyinen minä kuormassa yksivaiheisissa piireissä

suoritetaan kolmella instrumentilla - volttimittarilla, ampeerimittarilla ja wattimittarilla (kuva 5). Kulma  määritetään laskemalla löydetystä arvosta cos:

Menetelmää käytetään yleensä teollisella taajuudella ja sen tarkkuus on alhainen laitteiden oman kulutuksen aiheuttaman metodologisen virheen vuoksi, se on melko yksinkertainen, luotettava ja taloudellinen.

Kolmivaiheisessa symmetrinen piiri cos:n arvo voidaan määrittää seuraavilla mittauksilla:

yhden vaiheen teho, virta ja jännite;

aktiivisen tehon mittaus kahden wattimetrin menetelmällä;

loistehon mittaus kahdella wattimittarilla keinotekoisella nollapisteellä.

Oskillografisista vaiheen mittausmenetelmistä käytetään laajimmin lineaarista pyyhkäisyä ja ellipsiä. Oskillografista menetelmää, joka mahdollistaa tutkittavan signaalin tarkkailun ja kiinnittämisen milloin tahansa, käytetään laajalla taajuusalueella pienitehoisissa piireissä karkeisiin mittauksiin (5 ... 10 %). Lineaarinen pyyhkäisymenetelmä sisältää kaksisäteisen oskilloskoopin käytön, jonka vaakasuuntaisille levyille syötetään lineaarinen pyyhkäisyjännite ja pystylevyillä - jännite, jonka välillä mitataan vaihesiirto. Näytön sinimuotoisille käyrälle saamme kuvan kahdesta jännitteestä (kuva 6, a) ja mitattujen segmenttien AB ja AC mukaan lasketaan niiden välinen siirtymäkulma

missä AB on jana käyrien vastaavien pisteiden välillä, kun ne kulkevat nollan läpi akselia pitkin X; AC - jaksoa vastaava segmentti.

Mittausvirhe  X riippuu oskilloskoopin lukuvirheestä ja vaihevirheestä.

Jos lineaarisen pyyhkäisyn sijasta käytetään sinimuotoista pyyhkäisyjännitettä, niin näytölle yhtäläisillä taajuuksilla saadut Lissajous-luvut antavat oskilloskoopin näytöllä ellipsin muodon (kuva 6b). Leikkauskulma  x =archin(AB/VG).

Tällä menetelmällä voit mitata  x 0 90 o:n sisällä vaihekulman etumerkkiä määrittämättä.

Mittausvirhe  x määräytyy myös lukuvirheen perusteella

Kuva..6. Kaksisäteisen oskilloskoopin näytöltä saadut käyrät: lineaarisella (a) ja sinimuotoinen (b) pyyhkäisy

ja erot kanavien vaihesiirroissa X ja Y oskilloskooppi.

Kalibroidulla vaiheensiirtimellä varustetun AC-kompensaattorin ja elektronisen oskilloskoopin käyttö vaiheiden tasa-arvon indikaattorina mahdollistaa vaihekulman melko tarkan mittauksen. Mittausvirhe tässä tapauksessa määräytyy pääasiassa käytetyn vaiheensiirtimen virheen perusteella.

Suora mittaus. Vaihesiirtokulman suora mittaus suoritetaan käyttämällä sähködynaamisia, ferrodynaamisia, sähkömagneettisia, elektronisia ja digitaalisia vaihemittareita. Yleisimmin käytetyt sähkömekaaniset vaihemittarit ovat sähködynaamiset ja sähkömagneettiset ratiometriset vaihemittarit. Näiden laitteiden mittakaava on lineaarinen. Käytetään taajuusalueella 50 Hz - 6 ... 8 kHz. Tarkkuusluokat - 0,2; 0.5. Niille on ominaista suuri virrankulutus 1 (5 ... 10 W).

Kolmivaiheisessa symmetrisessä piirissä vaihesiirtokulman  tai cos mittaus suoritetaan yksi- tai kolmivaiheisilla vaihemittareilla.

Digitaalisia vaihemittareita käytetään pienitehoisissa piireissä taajuusalueella Hz - 150 MHz, tarkkuusluokat - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. Elektronisesti laskevissa digitaalisissa vaihemittareissa kahden jännitteen välinen vaihesiirto muunnetaan aikaväliksi, joka on täytetty tietyn ajanjakson stabiilin taajuuden pulsseilla, jotka lasketaan elektronisella pulssilaskimella. Näiden laitteiden virheiden komponentit ovat: diskreettivirhe, stabiilin taajuusgeneraattorin virhe, aikavälin muodostuksen ja lähetyksen tarkkuudesta riippuva virhe.

Taajuusmittausmenetelmät. Taajuus on eräsprosessin yksi tärkeimmistä ominaisuuksista. Se määräytyy signaalin muutosten täydellisten jaksojen (jaksojen) lukumäärän perusteella aikayksikköä kohti. Tekniikassa käytetty taajuusalue on erittäin laaja ja vaihtelee hertsin murto-osista kymmeniin. Koko taajuusspektri on jaettu kahteen alueeseen - matalaan ja korkeaan.

Matalat taajuudet: infraääni - alle 20 Hz; ääni - 20...20000 Hz; ultraääni - 20...200 kHz.

Korkeat taajuudet: korkea - 200 kHz - 30 MHz; erittäin korkea - 30...300 MHz.

Siksi taajuuden mittausmenetelmän valinta riippuu mitattavien taajuuksien alueesta, vaaditusta mittaustarkkuudesta, mitatun taajuuden jännitteen suuruudesta ja muodosta, mitatun signaalin tehosta, mittauslaitteiden saatavuudesta jne.

Suora mittaus. Menetelmä perustuu sähkömekaanisten, elektronisten ja digitaalisten taajuusmittareiden käyttöön.

Sähkömekaaniset taajuusmittarit käyttävät sähkömagneettisten, sähködynaamisten ja ferrodynaamisten järjestelmien mittausmekanismia taajuuden suoralla lukemalla ratiometrisen mittarin asteikolla. Ne ovat helppoja suunnitella ja käyttää, luotettavia ja niillä on melko korkea tarkkuus. Niitä käytetään taajuusalueella 20 - 2500 Hz. Tarkkuusluokat - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2.5.

Sähköisiä taajuusmittareita käytetään mittauksiin taajuusalueella 10 Hz - useita megahertsejä, tulosignaalitasoilla 0,5 ... 200 V. Niissä on suuri tuloimpedanssi, mikä varmistaa alhaisen virrankulutuksen. Tarkkuusluokat - 0,5; 1.0 ja alle.

Digitaalisia taajuuslaskureita käytetään erittäin tarkkoihin mittauksiin alueella 0,01 Hz...17 GHz. Virhelähteitä ovat kvartsioskillaattorin diskreettisyydestä ja epävakaudesta johtuva virhe.

Siltamenetelmä. Tämä taajuuden mittausmenetelmä perustuu taajuusriippuvaisten AC-siltojen käyttöön, jotka syötetään mitatun taajuuden jännitteellä. Yleisin siltapiiri taajuuden mittaamiseen on kapasitiivinen silta. Siltataajuuden mittausmenetelmää käytetään matalien taajuuksien mittaamiseen välillä 20 Hz ... 20 kHz, mittausvirhe on 0,5 ... 1 %.

epäsuora mittaus. Menetelmä suoritetaan oskilloskoopeilla: häiriökuvioilla (Lissajous-kuviot) ja ympyräpyyhkäisyllä. Menetelmät ovat yksinkertaisia, käteviä ja melko tarkkoja. Niitä käytetään laajalla taajuusalueella 10 Hz ... 20 MHz. Lissajous-menetelmän haittana on lukujen tulkinnan vaikeus, kun lukujen suhde on suurempi kuin 10 ja siksi mittausvirhe kasvaa todellisen taajuussuhteen määrittämisen vuoksi. Ympyräpyyhkäisymenetelmässä mittausvirheen määrää pääasiassa perustaajuuden kvantisointivirhe.

MENETELMÄT JA VÄLINEET MITTAUSPIIRIEN PARAMETRIEN MITTAAMISEEN