Fra uttrykket for likestrømseffekt kan man se at den kan måles ved hjelp av et amperemeter og et voltmeter med en indirekte metode. Men i dette tilfellet er det nødvendig å utføre samtidige avlesninger på to instrumenter og beregninger som kompliserer målingene og reduserer nøyaktigheten.

For måling av effekt i like- og enfasekretser vekselstrøm bruke enheter kalt wattmålere, som de bruker elektrodynamiske og ferrodynamiske målemekanismer for.

Elektrodynamiske wattmålere produseres i form av bærbare instrumenter med høye nøyaktighetsklasser (0,1 - 0,5) og brukes til nøyaktige målinger av like- og vekselstrøm ved industrielle og forhøyede frekvenser (opptil 5000 Hz). Ferrodynamiske wattmålere finnes oftest i form av panelinstrumenter med relativt lav nøyaktighetsklasse (1,5 - 2,5).

Slike wattmålere brukes hovedsakelig på vekselstrøm av industriell frekvens. Ved likestrøm har de en betydelig feil på grunn av hysteresen til kjernene.

For effektmåling på høye frekvenser Det brukes termoelektriske og elektroniske wattmålere, som er en magnetoelektrisk målemekanisme utstyrt med en aktiv strøm-til-likstrøm-omformer. I effektomformeren utføres en multiplikasjonsoperasjon og det oppnås et utgangssignal som avhenger av produktets brukergrensesnitt, dvs. effekt.

Hvis vi ikke tar hensyn til faseskiftene mellom strømmer og spenninger i spolene og vurderer belastningen H rent aktiv, feilene og på grunn av strømforbruket til wattmeterspolene for kretsene (fig. 8.3):

hvor og er henholdsvis kraften som forbrukes av serie- og parallellkretsene til wattmåleren.

Det kan sees av formlene for og at feil kan ha merkbare verdier kun ved måling av effekt i laveffektkretser, dvs. når og er i samsvar med .

Hvis du endrer tegnet på bare en av strømmene, vil retningen på avviket til den bevegelige delen av wattmåleren endres.

Wattmåleren har to par klemmer (seriell og parallelle kretser), og avhengig av deres inkludering i kretsen, kan retningen for avviket til pekeren være forskjellig. For å slå på wattmåleren riktig, er en av hvert par terminaler merket med en "*" (stjerne) og kalles "generatorterminalen".

Effektmåling ved hjelp av Hall-effekten

Multiplikasjonen av strøm- og potensielle differanseverdier ved måling av effekt kan oppnås ved bruk av Hall-halvlederomformere.

Hvis en spesiell halvlederplate, gjennom hvilken strøm I strømmer (fig. 8.4), eksitert elektrisk felt styrke E, plassert i et magnetfelt med styrke H (induksjon B), så mellom dets punkter som ligger på en rett linje vinkelrett på retningene til den flytende strømmen I og magnetfeltet, oppstår det en potensialforskjell (Hall-effekt), definert som

hvor k er proporsjonalitetskoeffisienten.

I følge Umov-Poynting-teoremet bestemmes flukstettheten til den overførte kraften til mikrobølgeoscillasjoner på et visst punkt i feltet av vektorproduktet av de elektriske og magnetiske styrkene til dette feltet:

Derfor, hvis gjeldende I er en funksjon elektrisk spenning E, deretter ved å bruke Hall-sensoren, kan du få følgende avhengighet av spenningen på den overførte effekten:

hvor g er en konstant koeffisient som karakteriserer prøven. For å måle slik effekt plasseres en halvlederskive (Hall plate - HRP) i bølgelederen, som vist (fig. 8.5).

Den betraktede kraftmåleren har følgende fordeler:

1. kan jobbe med hvilken som helst belastning, og ikke bare på en matchet en;
2. den høye hastigheten til wattmåleren gjør det mulig å bruke det ved måling av pulseffekt.

Imidlertid er den praktiske implementeringen av Hall-effekt wattmålere en ganske vanskelig oppgave på grunn av mange faktorer. Det finnes imidlertid wattmålere som måler den overførte pulseffekten opp til 100 kW med en feil på ikke mer enn 10 %.

Metoder for å måle effekt ved høye og mikrobølgefrekvenser

Makt generelt er fysisk mengde, som bestemmes av arbeidet som produseres per tidsenhet. Enheten for effekt - watt (W) - tilsvarer effekten som en joule (J) arbeid utføres med på ett sekund.

På likestrøm og lavfrekvent vekselstrøm erstattes ofte direkte effektmåling ved å måle den effektive verdien av den elektriske spenningen ved lasten U, den effektive verdien av strømmen som går gjennom lasten I, og fasevinkelen mellom strøm og spenning. I dette tilfellet bestemmes kraften av uttrykket:

I mikrobølgeområdet blir det vanskelig å måle spenning og strøm. Kommensurabiliteten av dimensjonene til inngangskretsene til måleenheter med bølgelengden er en av grunnene til tvetydigheten ved måling av spenning og strøm.

Målinger er ledsaget av betydelige frekvensfeil. Det skal legges til at måling av spenning og strøm i bølgelederbaner for noen typer bølger mister sin praktiske betydning, siden det ikke er noen langsgående komponent i lederen, og potensialforskjellen mellom endene av en hvilken som helst bølgelederseksjonsdiameter er null. Derfor, ved frekvenser som starter fra titalls megahertz, blir direkte effektmåling å foretrekke og mer nøyaktig, og ved frekvenser over 1000 MHz er dette den eneste typen måling som entydig karakteriserer intensiteten elektromagnetiske oscillasjoner.

For direkte måling av mikrobølgeeffekt brukes metoder basert på grunnleggende fysiske lover, inkludert metoden for direkte måling av de grunnleggende mengdene: masse, lengde og tid.

Til tross for mangfoldet av metoder for å måle mikrobølgeeffekt, går de alle ned på å konvertere energien til elektromagnetiske mikrobølgesvingninger til en annen type energi som er tilgjengelig for måling: termisk, mekanisk osv. Blant enhetene for å måle mikrobølgeeffekt, er wattmålere basert på termiske metoder er mest brukt. En rekke andre metoder brukes også - ponderomotive, sonde og andre.

Driftsprinsippet til det store flertallet av mikrobølgeeffektmålere, kalt wattmålere, er basert på måling av endringer i temperatur eller motstand til elementer der energien til de studerte elektromagnetiske oscillasjonene spres. Instrumenter basert på dette fenomenet inkluderer kalorimetriske og termistoreffektmålere. Wattmålere som bruker ponderomotive fenomener (elektromekaniske krefter) og wattmålere som opererer på Hall-effekten har blitt utbredt. Det særegne ved den første av dem er muligheten for absolutte effektmålinger, og den andre er effektmålingen uavhengig av RF-banens tilpasning.

I henhold til metoden for inkludering i overføringsveien, skilles wattmetere av den passerende typen og den absorberende typen. Den gjennomgående wattmåleren er et fireterminalnettverk der bare en liten del av den totale effekten absorberes. Et wattmeter av absorberende type, som er et to-terminalnettverk, er koblet til på enden av overføringslinjen, og i det ideelle tilfellet absorberes all kraften til den innfallende bølgen i den. Wattmåleren av passerende type er ofte basert på en absorberende typemåler koblet til banen gjennom en retningskobler.

Kalorimetriske effektmålingsmetoder er basert på konvertering av elektromagnetisk energi til termisk energi i belastningsmotstanden, som er en integrert del av måleren. Mengden varme som frigjøres bestemmes ut fra data om temperaturendringer i lasten eller i miljøet der varmen overføres. Det finnes statiske (adiabatiske) og flow (ikke-adiabatiske) kalorimetre. I den første spres mikrobølgeeffekten i en termisk isolert belastning, og i den andre tilveiebringes en kontinuerlig strøm av den kalorimetriske væsken. Kalorimetriske målere lar deg måle effekt fra milliwatt til hundrevis av kilowatt. Statiske kalorimetre måler små og mellomnivå kraft, og flyt - middels og høye effektverdier

Varmebalansetilstanden i den kalorimetriske belastningen har formen:

hvor P er mikrobølgeeffekten som forsvinner i lasten; T og T 0 - lasttemperatur og miljø henholdsvis; c , m - spesifikk varme og masse av den kalorimetriske kroppen; k er den termiske spredningskoeffisienten. Løsningen av ligningen er representert som

hvor er den termiske tidskonstanten.

Når det gjelder et statisk kalorimeter, er måletiden mye mindre enn konstanten, og mikrobølgeeffekten er:

Hovedelementene i statiske kalorimetre er en termisk isolert last og en temperaturmåleenhet. Det er enkelt å beregne den absorberte mikrobølgeeffekten fra den målte temperaturstigningshastigheten og den kjente varmekapasiteten til lasten.

Enhetene bruker en rekke høyfrekvente avslutninger i fast eller flytende dielektrisk materiale med tap, så vel som i form av en plate eller film med høy motstand. Termoelementer og ulike termometre brukes til å bestemme temperaturendringer.

Tenk på et statisk kalorimeter, der kravene til termisk isolasjon er redusert og det ikke er behov for å bestemme varmekapasiteten til den kalorimetriske pakningen (fig. 8.6). Denne ordningen bruker substitusjonsmetoden. Den bruker den kjente kraften likestrøm eller en lavfrekvent strøm tilført arm 2. Det antas at temperaturen på dyse 3 endres på samme måte når like verdier av mikrobølgeeffekt og likestrøm forsvinner. Statiske kalorimetre gjør det mulig å måle effekt på flere milliwatt med en feil på mindre enn .

En av egenskapene som kjennetegner tilstanden til en elektrisk krets er strøm. Denne egenskapen gjenspeiler verdien av arbeid utført av elektrisk strøm for Viss tid. Kraften til utstyret som er inkludert i den elektriske kretsen bør ikke overstige nettverkets kraft. Ellers kan utstyret svikte, kortslutning eller brann.

Effektmålinger elektrisk strøm produsert av spesielle enheter - wattmålere. Ved likestrøm beregnes effekten ved å multiplisere spenningen med strømmen (du trenger et amperemeter og et voltmeter). I en vekselstrømkrets skjer alt annerledes, du trenger måleinstrumenter. Et wattmeter brukes til å måle driftsmodusen til elektrisk utstyr, for å registrere strømforbruket.

Bruksomfang

Hovedområdet for bruk av wattmålere er industrien innen elkraftindustrien, maskinteknikk og reparasjon av elektriske apparater. Wattmålere brukes også ofte i hverdagen. De kjøpes av spesialister innen elektronikk, datautstyr, radioamatører - for å beregne besparelser i elektrisk energiforbruk.

Wattmålere brukes til:

Beregninger av enhetseffekt.
Gjennomføring av tester elektriske kretser, noen av deres seksjoner.
Gjennomføring av tester av elektriske installasjoner, som indikatorer.
Kontroll av driften av elektrisk utstyr.
Regnskap for strømforbruk.

Varianter

Først måles spenning, deretter strøm, og deretter måles effekt basert på disse dataene. I henhold til metoden for å måle, konvertere parametere og gi resultatet, er wattmålere delt inn i digitale og analoge typer.

Digital wattmålere måler. Skjermen viser også spenning, strøm, strømforbruk over en periode. Måleparametere vises på datamaskinen.

analog wattmeterversjonen er delt inn i selvregistrerende og indikerende enheter. De bestemmer den aktive kraften til kretsdelen. Wattmålerskjermen er utstyrt med en skala og en pil. Skalaen er kalibrert for divisjoner og effektverdier, i watt.

Designfunksjoner og operasjonsprinsipp

Analoge typer wattmålere er utbredte, nøyaktige målinger og er enheter i det elektrodynamiske systemet.

Prinsippet for deres operasjon er basert på samspillet mellom to spoler. En spole er fast, med en tykk viklingstråd, et lite antall omdreininger og liten motstand. Den er koblet i serie med forbrukeren. Den andre spolen beveger seg. Dens vikling består av en tynn leder med et betydelig antall svinger, motstanden er høy. Den er koblet parallelt med forbrukeren, utstyrt med ekstra motstand for å unngå kortslutning viklinger.

Når enheten er koblet til nettverket, er det i viklingene magnetiske felt, hvis interaksjon danner et rotasjonsmoment som avleder den bevegelige viklingen med en vedlagt pil til den beregnede vinkelen. Verdien av vinkelen avhenger av produktet av spenning og strøm på et bestemt tidspunkt.

Hovedprinsippet for drift av en digital type wattmeter er den foreløpige målingen av spenning og strøm. For disse formålene er de koblet: i en seriell krets til lastforbrukeren - en strømsensor, i en parallellkrets en spenningssensor. Disse sensorene er vanligvis laget av termistorer, termoelementer, måletransformatorer.

De øyeblikkelige parametrene til den målte spenningen og strømmen, gjennom omformeren, mates til den interne mikroprosessoren. Den beregner kraft. Resultatet av informasjonen vises på skjermen, og overføres også til eksterne enheter.

Enheter av elektrodynamisk type, som har bred applikasjon, egnet for AC og DC. Wattmålere av induktiv type brukes kun til vekselstrøm.

Vurder noen alternativer for enheter (wattmålere) av forskjellige versjoner og forskjellige produsenter.

Husholdningsapparater laget i Kina

Håndboken beskriver alle driftsmoduser for denne enheten, tekniske spesifikasjoner.

Faktisk er dette en enhet som måler kraften til ulike elektriske forbrukere. Hvordan jobber han? Sett den inn i stikkontakten, og sett støpselet til forbrukeren du ønsker å måle strøm på i stikkontakten på denne enheten. Med denne enheten vil du måle kraften til enhver forbruker i en viss tid, og med den kan du til og med beregne, for eksempel, hvor mye penger kjøleskapet ditt eller andre enheter bruker på strøm.

Enheten har et innebygd batteri. Det er nødvendig å huske kraften du målte, og deretter vil du bruke den til å beregne prisen. Frontpanelet på enheten har fem knapper: bytte modus, prispeker, opp-ned bryter, tilbakestillingsknapp hvis enheten har fanget noen feil. På baksiden av dekselet er egenskapene til enheten:

Driftsspenning 230 volt.
Frekvens 50 hertz.
Maks strøm 16 ampere.
Området for målt effekt er 0-3600 watt.

Vurder driften av enheten. Vi setter den inn i stikkontakten.

La oss slå på LED-bordlampen.

Tiden startet umiddelbart på displayet, hvor kraften til forbrukeren, i dette tilfellet lampen, måles. 0,4 watt er effekten til den avslåtte lampen. Vi slår på lampen, i driftsmodus bruker den 10,3 watt. Vi oppga ikke prisen per kilowatt, så det er nuller der.

Lampen vår kan endre lysets kraft. Når lampelyset øker, øker effektavlesningen. Når den andre modusen er slått på, vises også driftstiden øverst, i det andre feltet, kilowattimer, siden enheten ennå ikke har fungert på en time, vises nuller. Nederst viser antall dager denne forbrukeren ble målt.

I neste modus viser det andre feltet spenningen til strømnettet, bunnen viser frekvensen til strømmen. Tiden vises øverst på displayet i alle moduser. Når du bytter til neste modus, vises gjeldende styrke i midten. Nederst vises en parameter for en viss faktor, som det ikke er noen data om ennå, siden produsenten av enheten er kinesisk.

Den femte modusen viser minimumseffekten. I den sjette modusen - maksimal kraft.

Det vil være interessant å se avlesningene til disse modusene når datamaskinen kjører. For eksempel i hvilemodus, med et normalt åpent skrivebord, eller når du starter et kraftig spill.

I følgende modus, still inn strømkostnaden med innstillingsknappene for å beregne kostnaden for energiforbruk. Så du kan måle og beregne forbruket til alle dine husholdningsapparater og enheter, og du vil vite hvilke enheter du har som er økonomiske og som bruker for mye strøm.

En slik enhet har en lav kostnad, omtrent 14 dollar. Dette er en liten pris å betale for å optimalisere kostnadene dine ved å beregne strømforbruket til enhetene dine.

Multifunksjonelt digitalt wattmåler CM 3010

Enheten brukes til å måle spenning, frekvens, effekt, like- og vekselstrøm med én fase. Og også, den er designet for å kontrollere slike enheter med mindre nøyaktighet.

Gjeldende måleområde er 0,002 - 10 ampere.

Spenningsmålinger:

Konstant fra 1 til 1000 volt.
Variabel fra 1 til 700 volt.
Frekvensen måles i området 40-5000 hertz.

Målefeil

Strøm, spenning, likestrøm + 0,1%.
Strøm, spenning, vekselstrøm + 0,1 % i frekvensområdet 40-1500 hertz.
Relativ frekvensmålefeil i området 40-5000 hertz + 0,003%.

Dimensjoner på enhetens kropp 225 x 100 x 205 mm. Vekt 1 kg. Strømforbruk mindre enn 5 watt.

CPU-måleenhet 8506 – 120

Tjener til å måle kraften til et aktivt og reaktivt 3-faset AC-nettverk, viser gjeldende verdi av strømparameteren på indikatoren, konverterer den til et analogt signal.

Målingene som er tatt, vises i form av tall på indikatorene i verdienheter som kommer inn i enheten, eller inngangen til strøm- eller spenningstransformatoren. I dette tilfellet tas transformasjonskoeffisienten i betraktning. Det digitale displayet er delt inn i fire sifre.

Formål med enheten - for måling av aktiv og reaktiv effekt i 3-fase elektrisk strømnett med en frekvens på 50 hertz.

Tekniske data

Effektfaktor - 1.
Koffertmål 120 x 120 x 150 mm.
Høyden på sifrene på displayet er 20 mm.
Det største leseintervallet er 9999.
Grad av nøyaktighet: 0,5.
Konverteringstid: mindre enn 0,5 s.
Arbeidstemperatur: fra +5 til +40 grader.
Kapslings- og panelbeskyttelsesklasse: IP 40.
Strømforbruk: 5 watt.
Vekt mindre enn 1,2 kg.

Tilstedeværelsen av to spoler i en elektrodynamisk enhet og muligheten for å inkludere dem i to forskjellige kretser gjør det mulig å bruke disse enhetene til å måle kraften til en elektrisk strøm, dvs. som wattmålere.

Fra uttrykket for rotasjonsvinkelen til det bevegelige systemet til den elektrodynamiske enheten (2.12), følger det at hvis den faste spolen er koblet i serie med lasten z (fig. 2-12), og den ekstra motstanden Yad er koblet til i serie med den bevegelige spolen slik at denne spolen kan kobles parallelt med lasten, da er strømmen i den bevegelige spolen

hvor er motstanden til spolen; U - spenning på lasten; - konstanten til denne enheten når det gjelder kraft; P er kraften som forbrukes av lasten. En slik enhet kalles en wattmeter. Skalaen hans er ensartet.

For å måle elektrisk strøm i AC-kretser brukes aktiv og reaktiv effekt wattmeter.

Aktiv effekt wattmåler. Hvis en aktiv tilleggsmotstand er inkludert i den bevegelige spolekretsen slik at den totale motstanden til denne kretsen R er lik

da ved spenning og i nettet og ved strøm i i lasten

strømmen i den bevegelige spolen er

Den øyeblikkelige verdien av dreiemomentet i dette tilfellet er lik

og gjennomsnittsverdien av dette øyeblikket for perioden

Derfor måler et wattmåler med en aktiv tilleggsmotstand i den bevegelige spolekretsen den aktive effekten til AC-kretsen.

Den resulterende konklusjonen har en enkel fysisk forklaring. Faktisk, hvis et amperemeter, voltmeter og wattmeter er inkludert i kretsen med induktans (fig. 2-13), så, siden det bevegelige systemet til voltmeteret svinger under påvirkning av bare den påførte spenningen, uavhengig av fasen til denne spenningen (mer presist, under påvirkning av strømmen i spolen proporsjonal med den påførte spenningen), og den bevegelige delen av amperemeteret svinger under påvirkning av bare strømmen i spolen, uavhengig av fasen til denne strømmen. Når det gjelder den bevegelige delen (spolen) av wattmeteret, snur den bare hvis strømmene i begge spolene ikke er lik null, ellers vil det ikke være noen interaksjon. Men i den aktuelle kretsen er strømmen til den bevegelige spolen maksimal når strømmen i krets i er null, og omvendt. Enheten vil ikke vise noe. Dette var å forvente, siden lasten enten lagrer energi i magnetfeltet, eller returnerer den til nettverket.

Fra grafen over strømmene til denne kretsen med induktans (fig. 2-14) følger det at strømmene faller sammen i retning (på grafen - på den ene siden av tidsaksen) kun i løpet av to (til en) fjerdedeler av perioden for perioden, og i de to andre kvartalene, går strømmene i motsatte retninger. Dette betyr at retningen på dreiemomentet endres fire ganger per periode. Derfor vil det bevegelige systemet til wattmåleren i løpet av perioden oppleve virkningen av fire impulser med samme verdi, men motsatt i retning, og enheten vil ikke vise noe, siden dreiemomentet som virker på det bevegelige systemet bestemmes av gjennomsnittsverdien. over perioden.

Hvis skiftvinkelen mellom strømmene er liten (fig. 2-15), vil de positive verdiene til dreiemomentet i løpet av perioden i stor grad overstige de negative (i tid og i verdier), og det bevegelige systemet til wattmåleren vil snu under påvirkning av gjennomsnittet

verdier som svar på den aktive effekten som forbrukes av den gitte lasten.

Så wattmåleren viser den aktive effekten som forbrukes fra nettverket.

Reaktiv effekt wattmeter. I dette wattmåleren, i serie med den bevegelige spolen, er en induktiv tilleggsmotstand spesielt slått på (fig. 2-16) slik at

La den påførte spenningen virke i kretsen og lasten skaper en strøm

Da er momentanverdien av dreiemomentet

Etter substitusjon og transformasjoner får vi:

Gjennomsnittsverdien av dreiemomentet for perioden er

Av dette følger at wattmåleren med induktiv reaktans i den bevegelige spolekretsen viser den reaktive effekten til AC-kretsen. Denne konklusjonen kan lett forklares: i tilfelle, for eksempel, rent induktiv belastning når energi ikke forbrukes ugjenkallelig fra nettverket, skifter en slik krets kunstig fasen til strømmen i den bevegelige spolen til å falle sammen med fasen til strømmen i den stasjonære, slik at wattmeteret viser verdien av reaktiv effekt.

Så et elektrodynamisk wattmeter har to spoler: den ene er en strømspole koblet i serie med belastningen, den andre er en spenningsspole koblet parallelt med belastningen, hvis strømforbruk må måles.

For å slå på enheten riktig (slik at pilen avviker i riktig retning), er en av terminalene på viklingen merket med en stjerne; disse terminalene på wattmeteret kalles generatorterminaler. De skal kobles til lastterminalen som er koblet til generatoren (nettet).

For tiden er det nødvendig å måle kraften og energien til likestrøm, aktiv effekt og energi til vekslende enfase og trefase strøm, reaktiv effekt og energi av trefaset vekselstrøm, øyeblikkelig verdi av kraft, samt mengden elektrisitet i et veldig bredt område.

Elektrisk kraft bestemmes av arbeidet utført av kilden til det elektromagnetiske feltet per tidsenhet.

Aktiv (absorbert av den elektriske kretsen) kraft

P en =UIcos >= jeg 2  R=U 2 /R,(1)

hvor U, Jeg - effektive verdier for spenning og strøm;  - faseforskyvningsvinkel.

Reaktiv effekt

R R = U synd = Jeg 2 X. (2)

Full kraft

P n = UI= PZ. Disse tre typene makt er knyttet til uttrykket

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

Så kraften måles innenfor 1 W ... 10 GW (i DC og enfase AC-kretser) med en feil på ± (0,01 ... 0,1)%, og med en mikrobølgeovn - med en feil på ± (1 . .. fem) %. Reaktiv effekt fra enheter av var til Mvar måles med en feil på ±(0,1...0,5)%.

Måleområdet for elektrisk energi bestemmes av måleområdene nominelle strømmer(1 nA...10 kA) og spenninger (1 µV...1 MB), er målefeilen ±(0,1...2,5)%.

Måling av reaktiv energi er kun av interesse for industrielle trefasekretser.

Måling av effekt i likestrømskretser. Ved indirekte effektmåling brukes amperemeter- og voltmetermetoden og kompensasjonsmetoden.

Amperemeter og voltmetermetode. I dette tilfellet slås enhetene på i henhold til to skjemaer (fig. 1).

Metoden er enkel, pålitelig, økonomisk, men har en rekke betydelige ulemper: behovet for å ta avlesninger på to

Ris. .1. Opplegg for å måle effekt i henhold til avlesningene til et voltmeter og et amperemeter ved liten (a) og stor (b) belastningsmotstand

apparater; behovet for å gjøre beregninger; lav nøyaktighet på grunn av summering av instrumentfeil.

Makt R X , beregnet fra instrumentavlesningene (fig. 1a), har formen

Den er større enn den faktiske verdien av strømmen som forbrukes i belastningen R n, med verdien av strømforbruket til voltmeteret R v , dvs. P n = R X - R v .

Feilen ved å bestemme kraften i lasten er jo mindre, jo større er inngangsmotstanden til voltmeteret og jo lavere er lastmotstanden.

Makt R X , beregnet i henhold til instrumentavlesninger (fig. 1., b) vi har skjemaet

Det er større enn den faktiske verdien av strømforbruket til lasten med verdien av strømforbruket til amperemeteret R OG . Den metodiske feilen er jo mindre, jo lavere inngangsmotstand på amperemeteret og jo større belastningsmotstand.

kompensasjonsmetode. Denne metoden brukes når det kreves høy nøyaktighet av effektmåling. Ved hjelp av en kompensator måles vekselvis laststrømmen og spenningsfallet over lasten. Den målte effekten bestemmes av formelen

P= U n Jeg n . (4)

Ved direkte måling måles aktiv effekt av elektromekaniske (elektrodynamiske og ferrodynamiske systemer), digitale og elektroniske wattmålere.

Elektrodynamiske wattmålere brukes som bærbare enheter for nøyaktige effektmålinger (klasse 0,1 ... 2,5) i DC- og AC-kretser med en frekvens på opptil flere tusen hertz.

Ferrodynamiske skjermvoltmetre brukes i vekselstrømkretser med industriell frekvens (klasse 1,5 ... 2,5).

I et bredt frekvensområde brukes digitale wattmålere, grunnlaget

utgjør ulike strømomformere (for eksempel termoelektriske), UPT, mikroprosessor og DOC. Digitale wattmålere utfører automatisk valg av målegrenser, selvkalibrering og et eksternt grensesnitt leveres.

For å måle effekt i høyfrekvente kretser brukes også spesielle og elektroniske wattmålere.

For å måle reaktiv effekt ved lave frekvenser brukes reaktive wattmålere (varmetere), der ved bruk av spesielle kretser er avviket til den bevegelige delen av den elektrodynamiske IM proporsjonal med reaktiv effekt.

Inkludering av elektromekaniske wattmålere direkte i den elektriske kretsen er tillatt ved belastningsstrømmer som ikke overstiger 10 ... 20 A og spenninger opptil 600 V. Effektmåling ved høy belastningsstrøm og i høyspenningskretser utføres av et wattmåler med målestrømtransformatorer TA og stress TV(fig..2).

Måling av aktiv effekt i trefasestrømkretser. En wattmeter metode. Denne metoden brukes bare i et symmetrisk system med ensartet fasebelastning, de samme fasevinklene mellom vektorene Jeg og U og med full symmetri av spenninger (fig..3).

Fig..3. Opplegg for å koble et wattmeter til en trefaset trelederkrets med full symmetri av lasttilkoblingen:

en- en stjerne; b - triangel; i ~- med kunstig nullpunkt

Fig.4. Opplegg for å inkludere to wattmålere i en trefasekrets: en- i 1. og 3.; b- i 1. og 2.; i- i 2. og 3

På fig. .3, en lasten er stjernekoblet og nullpunktet er tilgjengelig. I fig. 3, b lasten er deltakoblet, wattmåleren er i fase. På fig. .3, i lasten er deltakoblet med et kunstig nullpunkt. Et kunstig nullpunkt lages ved hjelp av to motstander, som hver er lik motstanden til w(vanligvis indikert i teknisk pass på et wattmåler).

Wattmåleravlesningene vil tilsvare kraften til én fase, og kraften til hele trefaset nettverk i alle tre tilfeller av å slå på enheten vil være lik kraften til en fase multiplisert med tre:

P =3 P w

Metode med to wattmeter. Denne metoden brukes i en trefaset trelederkrets, uavhengig av tilkoblingsskjemaet og belastningens art, både med symmetri og asymmetri av strømmer og spenninger. Asymmetri er et system der kreftene til individuelle faser er forskjellige. Strømviklingene til wattmålere er koblet til hvilke som helst to faser, og spenningsviklingene er koblet til lineære spenninger (fig. 4).

Tilsynelatende effekt kan uttrykkes som summen av avlesningene til to wattmetere. Så for kretsen vist i fig..4, en,

hvor  1 - fasevinkel mellom strøm Jeg 1 og linjespenning U 12,  2 - fasevinkel mellom strøm Jeg 3 og linjespenning U 32 . I et spesielt tilfelle, med et symmetrisk spenningssystem og samme fasebelastning vil  1 , = 30° -  og  2 = 30° -  wattmeteravlesninger være:

Med en aktiv belastning (= 0), vil avlesningene til wattmålerne være de samme, siden P W ] = P W 2 IUcos30°.

Med en last med en skjærvinkel cp = 60°, er avlesningene til det andre wattmeteret lik null, siden P W 2 = IU cos(30° + ) = IU cos(30° + 60°) = 0, i så fall måles effekten til trefasekretsen med ett wattmeter.

Med en last med skjærvinkel  > 60° vil effekten målt av det andre wattmeteret være negativ, siden (30° +) er større enn 90°. I dette tilfellet vil den bevegelige delen av wattmålerne dreie i motsatt retning. For å lese er det nødvendig å endre strømmens fase i en av wattmeterkretsene med 180 °. I dette tilfellet er effekten til den trefasede strømkretsen lik forskjellen i avlesningene til wattmålerne

Tre wattmeter metode. For å måle kraften til en trefasekrets med en ubalansert belastning, slås tre wattmeter på, og den totale effekten i nærvær av en nøytral ledning vil være lik den aritmetiske summen av avlesningene til tre wattmetere. I dette tilfellet måler hvert wattmeter kraften til en fase, avlesningene til wattmåleren, uavhengig av belastningens art, vil være positive (den parallelle viklingen er koblet til fasespenningen, det vil si mellom den lineære ledningen og null ). Hvis nullpunktet ikke er tilgjengelig og det ikke er noen nøytral ledning, kan parallelle kretser av enheter danne et kunstig nullpunkt, forutsatt at motstandene til disse kretsene er lik hverandre.

Måling av reaktiv effekt i enfase- og trefasekretser. Selv om reaktiv effekt verken bestemmer arbeidet som utføres eller energien som overføres per tidsenhet, er målingen også viktig. Tilstedeværelsen av reaktiv kraft fører til ytterligere tap av elektrisk energi i overføringslinjer, transformatorer og generatorer. Reaktiv effekt måles i reaktive volt-ampere (var) i både enfase og trefase tre- og fireleder AC-kretser med elektrodynamiske og ferrodynamiske wattmålere eller spesielt designet for måling av reaktiv effekt. Forskjellen mellom en reaktiv wattmeter og en konvensjonell en er at den har en komplisert parallellkrets for å oppnå en faseforskyvning på 90 °

mellom strøm- og spenningsvektorene til denne kretsen. Da vil avviket til den bevegelige delen være proporsjonalt med den reaktive effekten R R = U synd . Reaktive wattmålere brukes hovedsakelig til laboratoriemålinger og kalibrering av reaktive målere.

Reaktiv effekt i en trefaset symmetrisk krets kan også måles med et aktivt wattmeter: for dette er strømspolen koblet i serie til fase A, spenningsspolen mellom fase B og C.

Effektmåling i høyfrekvente kretser. Til dette formålet kan både direkte og indirekte målinger brukes, og i noen tilfeller kan indirekte målinger være å foretrekke, siden det noen ganger er lettere å måle strøm og spenning ved belastningen enn direkte effekt. Direkte måling av effekt i høy- og høyfrekvente kretser utføres av termoelektriske, elektroniske, Hall-effekt wattmålere og digitale wattmålere.

Indirekte målinger utføres ved den oscillografiske metoden. Den brukes hovedsakelig når kretsen drives av en ikke-sinusformet spenning, ved høye frekvenser, laveffektspenningskilder, etc.

Måling av energi i enfase- og trefasekretser. Energi måles med elektromekaniske og elektroniske strømmålere. Elektroniske strømmålere har bedre metrologiske egenskaper, større pålitelighet og er lovende midler for å måle elektrisk energi.

4. Fase- og frekvensmåling

Fase karakteriserer tilstanden til et harmonisk signal på et bestemt tidspunkt t. Fasevinkelen ved det innledende tidspunktet (tidsreferanse), dvs. på t = 0, kalt nullvym (initial) faseforskyvning. Faseforskjellen  måles vanligvis mellom strøm og spenning eller mellom to spenninger. I det første tilfellet er de oftere ikke interessert i selve fasevinkelen, men i verdien av cos eller kraftfaktor. Cos er cosinus til vinkelen som laststrømmen fører eller henger etter spenningen som påføres denne lasten. faseendring av to harmoniske signaler med samme frekvens kalles modulus for differansen av deres innledende fase  = | 1 -  2 |. Faseforskyvningen  er ikke avhengig av tid hvis de innledende fasene  1 og  2 forblir uendret. Faseforskjellen uttrykkes i radianer eller grader.

Metoder for å måle faseforskyvningsvinkelen. Disse metodene avhenger av frekvensområdet, nivået og formen til signalet, nødvendig nøyaktighet og tilgjengeligheten av måleinstrumenter. Det er indirekte og direkte endringer i fasevinkelen.

indirekte måling. En slik måling av fasevinkelen mellom spenningen U og nåværende Jeg i belastningen i enfasekretser

utføres ved hjelp av tre instrumenter - et voltmeter, et amperemeter og et wattmeter (fig. 5). Vinkelen  bestemmes ved beregning fra den funnet verdi cos:

Metoden brukes vanligvis ved en industriell frekvens og gir lav nøyaktighet på grunn av den metodiske feilen forårsaket av eget forbruk av enheter; den er ganske enkel, pålitelig og økonomisk.

I trefase symmetrisk krets verdien av cos kan bestemmes ved følgende målinger:

kraft, strøm og spenning i en fase;

måling av aktiv effekt ved metoden med to wattmeter;

måling av reaktiv effekt ved metoden med to wattmetere med et kunstig nøytralt punkt.

Blant de oscillografiske metodene for å måle fasen, er metodene lineært sveip og ellipse mest brukt. Den oscillografiske metoden, som gjør det mulig å observere og fikse signalet som studeres når som helst, brukes i et bredt frekvensområde i laveffektkretser for grove målinger (5 ... 10%). Den lineære sveipemetoden innebærer bruk av et tostråleoscilloskop, på de horisontale platene som en lineær sveipespenning påføres, og på de vertikale platene - en spenning, mellom hvilken faseforskyvningen måles. For sinusformede kurver på skjermen får vi et bilde av to spenninger (fig. 6, en) og i henhold til de målte segmentene AB og AC, beregnes forskyvningsvinkelen mellom dem

hvor AB er segmentet mellom de korresponderende punktene i kurvene når de går gjennom null langs aksen X; AC - segment tilsvarende perioden.

Målefeil  X avhenger av lesefeilen og fasefeilen til oscilloskopet.

Hvis det i stedet for et lineært sveip brukes en sinusformet sveipespenning, så gir Lissajous-tallene oppnådd på skjermen ved like frekvenser en ellipseform på oscilloskopskjermen (fig. 6b). Skjærvinkel  x =arcsin(AB/VG).

Denne metoden lar deg måle  x innenfor 0 90 o uten å bestemme tegnet på fasevinkelen.

Målefeilen  x bestemmes også av lesefeilen

Fig..6. Kurver oppnådd på skjermen til et to-stråle oscilloskop: med en lineær (en) og sinusformet (b) sveip

og forskjeller i faseskiftene til kanalene X og Y oscilloskop.

Bruken av en AC-kompensator med en kalibrert faseskifter og et elektronisk oscilloskop som en indikator på faselikhet tillater en ganske nøyaktig måling av fasevinkelen. Målefeilen i dette tilfellet bestemmes hovedsakelig av feilen til faseskifteren som brukes.

Direkte måling. Direkte måling av faseforskyvningsvinkelen utføres ved hjelp av elektrodynamiske, ferrodynamiske, elektromagnetiske, elektroniske og digitale fasemålere. De mest brukte elektromekaniske fasemålerne er elektrodynamiske og elektromagnetiske forholdsmessige fasemålere. Skalaen til disse enhetene er lineær. Brukes i frekvensområdet fra 50 Hz til 6 ... 8 kHz. Nøyaktighetsklasser - 0,2; 0,5. De er preget av et stort strømforbruk 1 (5 ... 10 W).

I en trefase symmetrisk krets utføres målingen av faseforskyvningsvinkelen  eller cos av enfase- eller trefasefasemålere.

Digitale fasemålere brukes i laveffektkretser i frekvensområdet fra enheter på Hz til 150 MHz, nøyaktighetsklasser - 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,5; 1.0. Ved elektronisk telling av digitale fasemålere konverteres faseforskyvningen mellom to spenninger til et tidsintervall fylt med pulser med stabil frekvens med en viss periode, som telles av en elektronisk pulsteller. Komponentene til feilene til disse enhetene er: diskrete feil, feil i den stabile frekvensgeneratoren, feil avhengig av nøyaktigheten til dannelsen og overføringen av tidsintervallet.

Frekvensmålingsmetoder. Frekvens er en av de viktigste egenskapene til en batchprosess. Det bestemmes av antall komplette sykluser (perioder) med signalendring per tidsenhet. Utvalget av frekvenser som brukes i teknologi er svært stort og varierer fra brøkdeler av en hertz til tiere. Hele frekvensspekteret er delt inn i to områder - lav og høy.

Lave frekvenser: infralyd - under 20 Hz; lyd - 20...20000 Hz; ultralyd - 20...200 kHz.

Høye frekvenser: høy - fra 200 kHz til 30 MHz; ultrahøy - 30...300 MHz.

Derfor avhenger valget av frekvensmålemetode av rekkevidden av målte frekvenser, den nødvendige målenøyaktigheten, størrelsen og formen på spenningen til den målte frekvensen, kraften til det målte signalet, tilgjengeligheten av måleinstrumenter, etc.

Direkte måling. Metoden er basert på bruk av elektromekaniske, elektroniske og digitale frekvensmålere.

Elektromekaniske frekvensmålere bruker målemekanismen til elektromagnetiske, elektrodynamiske og ferrodynamiske systemer med en direkte avlesning av frekvensen på skalaen til en ratiometrisk måler. De er enkle å designe og betjene, pålitelige og har en ganske høy nøyaktighet. De brukes i frekvensområdet fra 20 til 2500 Hz. Nøyaktighetsklasser - 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2.5.

Elektroniske frekvensmålere brukes til målinger i frekvensområdet fra 10 Hz til flere megahertz, med inngangssignalnivåer på 0,5 ... 200 V. De har stor inngangsimpedans, som sikrer lavt strømforbruk. Nøyaktighetsklasser - 0,5; 1.0 og lavere.

Digitale frekvenstellere brukes til svært presise målinger i området 0,01 Hz...17 GHz. Feilkilder er feilen fra diskretiteten og ustabiliteten til kvartsoscillatoren.

Brometode. Denne metoden for frekvensmåling er basert på bruk av frekvensavhengige AC-broer som forsynes med spenningen til den målte frekvensen. Den vanligste brokretsen for måling av frekvens er den kapasitive broen. Brofrekvensmålemetoden brukes til å måle lave frekvenser innenfor 20 Hz ... 20 kHz, målefeilen er 0,5 ... 1%.

indirekte måling. Metoden utføres ved hjelp av oscilloskop: ved interferensmønstre (Lissajous-figurer) og et sirkulært sveip. Metodene er enkle, praktiske og ganske nøyaktige. De brukes i et bredt frekvensområde på 10 Hz ... 20 MHz. Ulempen med Lissajous-metoden er vanskeligheten med å dechiffrere tallene når forholdet mellom tallene er mer enn 10, og derfor øker målefeilen på grunn av etableringen av det sanne frekvensforholdet. Med den sirkulære sveipemetoden bestemmes målefeilen hovedsakelig av kvantiseringsfeilen til grunnfrekvensen.

METODER OG VERKTØY FOR MÅLING AV PARAMETRE TIL MÅLEKRETS