Ваттметр в цепи. Ваттметры: виды, принцип работы, применение для измерения электрической мощности

Что такое ваттметр и для чего он нужен. Как устроены и работают разные типы ваттметров. Как правильно подключать ваттметр в электрическую цепь. Какие параметры можно измерить с помощью современных цифровых ваттметров.

Что такое ваттметр и для чего он используется

Ваттметр — это измерительный прибор, предназначенный для определения активной мощности в электрических цепях постоянного и переменного тока. Основное назначение ваттметра — измерять мощность, потребляемую различными электрическими устройствами и системами.

Ваттметры применяются в следующих областях:

• Измерение мощности электрооборудования на производстве
• Контроль энергопотребления бытовых приборов
• Диагностика и настройка электронных устройств
• Учет расхода электроэнергии
• Проведение испытаний и тестирование электрических цепей

Современные цифровые ваттметры позволяют измерять не только мощность, но и другие электрические параметры — напряжение, силу тока, коэффициент мощности и др.

Виды ваттметров и их особенности

По принципу действия и конструкции выделяют следующие основные виды ваттметров:

Электродинамические ваттметры

Это аналоговые приборы высокой точности, работающие на основе взаимодействия магнитных полей двух катушек. Применяются для точных измерений на постоянном и переменном токе до 5000 Гц.

Ферродинамические ваттметры

Аналоговые приборы со стрелочным индикатором. Используются в основном для измерений на переменном токе промышленной частоты. Менее точны, чем электродинамические.

Цифровые ваттметры

Современные многофункциональные измерительные приборы. Позволяют определять активную и реактивную мощность, напряжение, ток и другие параметры. Имеют цифровой дисплей и возможность подключения к компьютеру.

Термоэлектрические и электронные ваттметры

Применяются для измерений на высоких частотах. Принцип действия основан на преобразовании мощности в постоянный ток с помощью термопар или электронных схем.

Принцип работы электродинамического ваттметра

Рассмотрим принцип действия классического электродинамического ваттметра как наиболее распространенного типа:

1. Ваттметр содержит две катушки — неподвижную (токовую) и подвижную (напряжения)
2. Токовая катушка включается последовательно с нагрузкой и по ней протекает измеряемый ток
3. Катушка напряжения с добавочным резистором подключается параллельно нагрузке
4. При протекании тока в катушках возникают магнитные поля
5. Взаимодействие полей создает вращающий момент, отклоняющий подвижную катушку со стрелкой
6. Угол отклонения стрелки пропорционален измеряемой мощности

Таким образом, ваттметр напрямую измеряет активную мощность как произведение тока и напряжения с учетом коэффициента мощности.

Как правильно подключить ваттметр в электрическую цепь

Для корректного измерения мощности важно правильно включить ваттметр в исследуемую цепь. Рассмотрим основные схемы подключения:

Схема включения ваттметра в цепь постоянного тока:

1. Токовую обмотку включают последовательно с нагрузкой
2. Обмотку напряжения подключают параллельно нагрузке
3. Клемму начала обмотки напряжения соединяют с клеммой начала токовой обмотки

Включение ваттметра в однофазную цепь переменного тока:

1. Токовую обмотку включают в разрыв фазного провода последовательно с нагрузкой
2. Обмотку напряжения подключают между фазным и нулевым проводом
3. Начало обмотки напряжения соединяют с началом токовой обмотки

Подключение ваттметра через трансформаторы тока и напряжения:

При больших значениях тока и напряжения ваттметр подключают через измерительные трансформаторы:

• Трансформатор тока включают последовательно в силовую цепь
• Трансформатор напряжения — параллельно нагрузке
• Вторичные обмотки трансформаторов подключают к соответствующим зажимам ваттметра

При использовании трансформаторов необходимо учитывать их коэффициенты трансформации при расчете реальной мощности.

Какие параметры можно измерить современным цифровым ваттметром

Современные цифровые ваттметры являются многофункциональными измерительными приборами. С их помощью можно определить следующие электрические параметры:

• Активная мощность (Вт)
• Реактивная мощность (ВАр)
• Полная мощность (ВА)
• Напряжение (В)
• Сила тока (А)
• Частота сети (Гц)
• Коэффициент мощности (cos φ)
• Потребленная электроэнергия (кВт*ч)

Некоторые модели также позволяют:

• Рассчитывать стоимость потребленной энергии
• Измерять гармонические составляющие тока и напряжения
• Определять максимальные и минимальные значения параметров
• Передавать данные на компьютер для дальнейшего анализа

Преимущества и недостатки различных типов ваттметров

Рассмотрим основные плюсы и минусы разных видов ваттметров:

Электродинамические ваттметры:

Преимущества:

• Высокая точность измерений
• Возможность работы на постоянном и переменном токе
• Широкий диапазон частот (до 5000 Гц)

Недостатки:

• Чувствительность к внешним магнитным полям
• Относительно большое собственное энергопотребление

Ферродинамические ваттметры:

Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Высокая перегрузочная способность

Недостатки:

• Невысокая точность
• Работа в основном только на переменном токе
• Влияние гистерезиса на показания

Цифровые ваттметры:

Преимущества:

• Многофункциональность
• Высокая точность измерений
• Возможность сохранения и анализа данных
• Удобство считывания показаний

Недостатки:

• Более высокая стоимость
• Необходимость питания от сети или батарей
• Чувствительность к электромагнитным помехам

Практические советы по использованию ваттметров

Чтобы получить точные результаты при измерении мощности, следуйте этим рекомендациям:

1. Выбирайте ваттметр с подходящим диапазоном измерений для вашей задачи
2. Строго соблюдайте схему подключения, указанную в инструкции к прибору
3. При измерении малых мощностей учитывайте собственное потребление ваттметра
4. Для повышения точности используйте метод амперметра и вольтметра при измерении на постоянном токе
5. В цепях с высоким напряжением и большими токами применяйте измерительные трансформаторы
6. Учитывайте влияние температуры на показания аналоговых приборов
7. Регулярно проводите поверку и калибровку измерительных приборов

Следуя этим советам, вы сможете корректно измерять мощность в различных электрических цепях и получать достоверные результаты.

Заключение

Ваттметры являются незаменимыми приборами для измерения мощности в электрических цепях. Они широко применяются как в промышленности, так и в бытовых условиях. Современные цифровые ваттметры предоставляют пользователю широкие возможности для анализа энергопотребления и диагностики электрооборудования.

При выборе ваттметра необходимо учитывать особенности конкретной задачи — требуемую точность, диапазон измерений, условия эксплуатации. Правильное использование ваттметров позволяет эффективно контролировать энергопотребление, выявлять неисправности и оптимизировать работу электрических систем.

Измерение электрической мощности

Довольно часто возникает необходимость измерять мощность, потребляемую из сети, или же генерируемую в сеть. Это необходимо для учета потребляемой или генерируемой энергии, а также для обеспечения нормальной работы энергосистемы (избежание перегрузок). Измерять мощность можно несколькими способами – прямым и косвенным. При прямом измерении применяют ваттметр, а при косвенном амперметр и вольтметр.

Измерение мощности в цепи постоянного тока

Из-за отсутствия реактивной и активной составляющей в цепях постоянного тока для измерения мощности ваттметр применяют очень редко. Как правило, величину потребляемой или отдаваемой энергии измеряют косвенным методом, с помощью последовательно включенного амперметра измеряют ток I в цепи, а с помощью параллельно подключенного вольтметра измеряют напряжение U нагрузки. После чего применив простую формулу P=UI и получают значение мощности.

Чтоб уменьшить погрешность измерений из-за влияний внутренних сопротивлений устройств, приборы могут подключать по различным схемам, а именно при относительно малом сопротивлении нагрузки R применяют такую схему включения:

А при большом значении R такую схему:

Измерение мощности в однофазных цепях переменного тока

Главным отличием цепей переменного тока от сетей постоянного тока, пожалуй, заключается в том, что в переменном напряжении существует несколько мощностей – полная, активная и реактивная. Полную измеряют зачастую тем же косвенным методом с помощью амперметра и вольтметра и значение ее равно S=UI.

Замер же активной P=UIcosφ и реактивной  Q=UIsinφ производится прямым методом, с помощью ваттметра. Для измерения ваттметр в цепь подключают по следующей схеме:

Где токовую обмотку необходимо подключить последовательно с нагрузкой R_н, и, соответственно, обмотку напряжения параллельно нагрузке.

Замер реактивной мощности в однофазных сетях не производится. Такие опыты зачастую ставятся только в лабораториях, где ваттметры включают по специальным схемам.

Измерение мощности в трехфазных цепях переменного тока

Как и в однофазных сетях, так же и в трехфазных полную энергию сети можно измерять косвенным методом, то есть с помощью вольтметра и амперметра по схемам показанным выше. Если нагрузка трехфазной цепи будет симметричной, то можно применить такую формулу:

U_л – напряжение линейное, I- фазный ток.

Если же фазная нагрузка не симметрична, то производят суммирование мощностей каждой из фаз:

При измерении активной энергии в четырехпроводной цепи при использовании трех ваттметров, как показано ниже:

Общей энергией потребляемой из сети будет сумма показаний ваттметров:

Не меньшее распространение получил и метод измерения двумя ваттметрами (применим только для трехпроводных цепей):

Сумму их показаний можно выразить следующим выражением:

При симметричной нагрузке применима такая же формула как и для полной энергии:

Где φ – сдвиг между током и напряжением (угол фазового сдвига).

Измерение реактивной составляющей производят по той же схеме (смотри рисунок в)) и в этом случае она будет равна разности алгебраической между показателями приборов:

Если сеть не симметрична, то для измерения реактивной составляющей применяют два или три ваттметра, которые подключают по различным схемам.

Процесс измерения активной и реактивной мощности

Счетчиками индукционными или электронными производят измерения активной мощности цепи переменного напряжения. Они подключаются по тем же схемам что и ваттметры. Учет реактивной энергии в однофазных потребителей в нашей стране не ведется. Ее учет производят в трехфазных цепях крупных промышленных предприятий, потребляющих большие объемы электроэнергии. Счетчики активной энергии имеют маркировку СА, реактивной СР. Также широкое применение получают электронные счетчики электроэнергии.

 

Как измерить мощность в цепи трехфазного переменного тока

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.

 

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а — по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б — по схеме треугольника с помощью одного ваттметра

Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

 

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения — на две другие фазы (рис. 3). Полнаяреактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).

 

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

 

где Р1 и Р2 — показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.

Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

 

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а — токовые обмотки включены в фазы А и С; б — в фазы А и В; в — в фазы В и С

Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле

 

где РA, РB, РC — показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

 

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами

 

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а — при наличии нулевого провода; б — с искусственной нулевой точкой

На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.

Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

 

Рис. 7. Схемы измерения реактивной мощности тремя ваттметрами

 

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

 

Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар. Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.

Сфера использования

Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.

Ваттметры используют для:

• Вычисления мощности устройств.
• Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
• Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
• Проверка действия электрооборудования.
• Учет потребления электроэнергии.

Разновидности

Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.

Цифровые ваттметры производят измерение активной и реактивной мощности. На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.

Аналоговые ваттметры разделены на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.

Конструктивные особенности и принцип работы

Аналоговые ваттметры имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.

Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем. Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое. Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.

При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.

Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.

Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.

Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.

Некоторые варианты приборов (ваттметров).

Бытовые приборы китайского производства

В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.

По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.

В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк.

На корпусе указаны характеристики прибора:

• Рабочее напряжение 230 вольт.
• Частота 50 герц.
• Максимальный ток 16 ампер.
• Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.

Работа прибора.

Вставляем его в розетку.

Включим в него настольную светодиодную лампу.

На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.

У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.

В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.

На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.

Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.

В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.

Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать затраты, рассчитав мощность потребления устройств.

Цифровой прибор многофункциональный СМ 3010

Ваттметр служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:

• Постоянного от 1 до 1000 вольт.
• Переменного от 1 до 700 вольт.
• Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.

Погрешность измерения:

• Тока, напряжения, мощности постоянного тока +0,1%.
• Тока, напряжения, мощности переменного тока +0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
• Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +0,003%.

Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.

Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.

Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.

Технические данные

• Коэффициент мощности – 1.
• Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.
• Высота цифр на дисплее 20 мм.
• Наибольший интервал показаний 9999.
• Степень точности: 0,5.
• Время проведения преобразования: менее 0,5 с.
• Температура работы: от +5 до + 40 градусов.
• Класс защиты корпуса и панели: IР 40.
• Мощность потребления: 5 ватт.
• Вес менее 1,2 кг.

Похожие темы:

Схема включения ваттметра в электрическую цепь. Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

Если ток нагрузки больше допустимого тока ваттметра, то токовую катушку ваттметра включают через измерительный трансформатор тока (рис. 1, а).

Рис. 1. Схемы включения ваттметра в цепь переменного тока с большим током (а) и в высоковольтную сеть (б).

При выборе трансформатора тока необходимо следить за тем, чтобы номинальный первичный ток трансформатора I 1и был равен измеряемому току в сети или больше него.

Например, если значение тока в нагрузке достигает 20 А, то можно брать трансформатор тока, рассчитанный на первичный номинальный ток 20 А с номинальным коэффициентом трансформации по току Kн1 = I 1и / I 2и = 20/5 = 4.

Если при этом в измерительной цепи напряжение меньше допустимого ваттметром, то катушку напряжения включают непосредственно на напряжение нагрузки. Начало катушки напряжения при помощи перемычки / подключают к началу токовой катушки. Так же обязательно устанавливают перемычку 2 (начало катушки подключают к сети). Конец катушки напряжения подключают к другому зажиму сети.

Для определения действительной мощности в измеряемой цепи необходимо показание ваттметра умножить на номинальный коэффициент трансформации трансформатора тока: P = Pw х Kн 1 = Pw х 4

Если ток в сети может превышать 20 А, то следует выбрать трансформатор тока с первичным номинальным током 50 А, при этом Kн 1 = 50/5 = 10.

В этом случае для определения значения мощности показания ваттметра надо умножать на 10.

Из выражения для мощности на постоянном токе Р = IU видно, что ее можно измерить с помощью амперметра и вольтметра косвенным методом. Однако в этом случае необходимо производить одновременный отсчет по двум приборам и вычисления, усложняющие измерения и снижающие его точность.

Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока применяют приборы, называемые ваттметрами, для которых используют электродинамические и ферродинамические измерительные механизмы.

Электродинамические ваттметры выпускают в виде переносных приборов высоких классов точности (0,1 — 0,5) и используют для точных измерений мощности постоянного и переменного тока на промышленной и повышенной частоте (до 5000 Гц). Ферродинамические ваттметры чаще всего встречаются в виде щитовых приборов относительно низкого класса точности (1,5 — 2,5).

Применяют такие ваттметры главным образом на переменном токе промышленной частоты. На постоянном токе они имеют значительную погрешность, обусловленную гистерезисом сердечников.

Для измерения мощности на высоких частотах применяют термоэлектрические и электронные ваттметры, представляющие собой магнитоэлектрический измерительный механизм, снабженный преобразователем активной мощности в постоянный ток. В преобразователе мощности осуществляется операция умножения ui = р и получение сигнала на выходе, зависящего от произведения ui, т. е. от мощности.

На рис. 2, а показана возможность использования электродинамического измерительного механизма для построения ваттметра и измерения мощности.

Рис. 2. Схема включения ваттметра (а) и векторная диаграмма (б)

Неподвижная катушка 1, включаемая в цепь нагрузки последовательно, называется последовательной цепью ваттметра, подвижная катушка 2 (с добавочным резистором), включаемая параллельно нагрузке — параллельной цепью.

Для ваттметра, работающего на постоянном токе:

Рассмотрим работу электродинамического ваттметра на переменном токе. Векторная диаграмма рис. 2, б построена для индуктивного характера нагрузки. Вектор тока Iuпараллельной цепи отстает от вектора U на угол γ вследствие некоторой индуктивности подвижной катушки.

Из этого выражения следует, что ваттметр правильно измеряет мощность лишь в двух случаях: при γ = 0 и γ = φ.

Условие γ = 0 может быть достигнуто созданием резонанса напряжений в параллельной цепи, например включением конденсатора С соответствующей емкости, как это показано штриховой линией на рис. 1, а. Однако резонанс напряжений будет лишь при некоторой определенной частоте. С изменением частоты условие γ = 0 нарушается. При γ не равном 0 ваттметр измеряет мощность с погрешностью βy, которая носит название угловой погрешности.

При малом значении угла γ (γ обычно составляет не более 40 — 50″), относительная погрешность

При углах φ, близких к 90°, угловая погрешность может достигать больших значений.

Второй, специфической, погрешностью ваттметров является погрешность, обусловленная потреблением мощности его катушками.

При измерении мощности, потребляемой нагрузкой, возможны две схемы включения ваттметра, отличающиеся включением его параллельной цепи (рис. 3).

Рис. 3. Схемы включения параллельной обмотки ваттметра

Если не учитывать фазовых сдвигов между токами и напряжениями в катушках и считать нагрузку Н чисто активной, погрешности β(а) и β(б), обусловленные потреблением мощности катушками ваттметра, для схем рис. 3, а и б:

Бытовой ваттметр

Данное устройство измеряет все необходимые параметры потребления электроэнергии — напряжение, ток, мощность, коэффициент мощности, а также может рассчитывать стоимость потребленной электроэнергии.

Характеристики

Напряжение: 230В (переменное)
Частота: 50Гц
Разброс напряжений: 230В — 250В
Рабочий ток: <16А
Диапазон отображаемого времени: 0 сек — 9999 дней
Диапазон отображаемой мощности (Ватт): 0Вт — 9999Вт
Диапазон отображаемого тока потребления (Ампер): 0.000А — 16.000А
Диапазон отображаемой частоты: 0Гц — 9999Гц
Диапазон отображаемой минимальной мощности: 0.0Вт — 9999Вт
Диапазон отображаемой максимальной мощности: 0.0Вт — 9999Вт
Диапазон отображаемой стоимости электроэнергии: 0.00€/кВт — 99.99€/кВт
Диапазон отображаемой потребленной мощности и денежные затраты: 0.000кВт — 9999кВт, 0.00€ — 9999€
После распаковки оказалось, что устройство довольно громоздкое. Хорошо, что большую часть этой громадины занимает дисплей.




К сожалению, производитель решил выводить на него минимум информации. Индикатор без подсветки, в верхней части экрана отображается время измерения, а ниже — собственно значение измерения.

Прибор имеет 4 управляющих кнопки:
Function — выбор режима работы,
Cost — стоимость киловатта электроэнергии,
Up — увеличить на 1 показатель стоимости,
Down — уменьшить на 1 показатель стоимости.
Посередине утоплена кнопка сброса (Reset).
В итоге у устройства оказалось 7 режимов отображения информации, и для поиска каждого нужно проматывать в среднем половину из них. Подсветки нет, контрастность не настраивается. Учитывая то, что для использования прибора нужно постоянно тыкать по кнопкам, плохая читаемость экрана издалека при активном использовании не является недостатком.
Далее опишу режимы дисплея. Устройство измеряет все параметры непрерывно, режимы переключают только отображаемую информацию. Листаются они кнопкой Function. Оригинальная инструкция написана для какого-то схожего устройства, это видно хотя бы по тому, что в начале просят вставить батарею, тогда как аккумулятор здесь уже встроен.

ИНСТРУКЦИЯ

Режим 1. Текущая мощность и стоимость
Мощность показывается в ваттах с точностью до десятых до 1000 Вт и до единицы после 1000. Стоимость показывается, если заранее установлена стоимость кВт*ч. Для заявленной точности 3% такая точность отображения избыточна.

Режим 2. Суммарная мощность (кВт*ч)
Функция электросчетчика. Может быть удобно воткнуть устройство на недельку между интересующим устройством и розеткой, после чего сделать примерные расчеты в деньгах.

Режим 3. Напряжение и частота
Также здесь отображается частота сети. Для теста подключился к выходу ИБП, отключил его от сети и получил те же 50 Гц ровно.

Режим 4. Ток и коэффициент мощности
Измеритель переменного тока, амперметр. Прибор не показывает значения выше ~16 ампер.

Режим 5. Минимальная мощность
Минимальное значение мощности за период измерения.

Режим 6. Максимальная мощность
Максимальное значение мощности за период измерения.

Режим 7. Цена
Установка стоимости электроэнергии
Для установки стоимости нужно удерживать кнопку Cost на 3 секунды. Потом нажать кнопку Function, чтобы отредактировать значение. Цена сбрасывается в ноль при сбросе устройства, что очень неудобно. Установка значений производится кнопками Up и Down, и это единственное их предназначение, ни в каких других режимах они не работают, разве что могут включить устройство после автоматического отключения.

Замерил потребление энергии от утюга мощностью 1200 вт. получил следующие результаты:

Накопительный водонагреватель Oasis:

Разборка устройства

ВЫВОД

Простой и удобный в обращении прибор для измерения мощности электросети.
В минусы запишу плохие углы обзора дисплея и отсутствие подсветки.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

§102. Измерение мощности и электрической энергии

Измерение мощности. В цепях постоянного тока мощность измеряют электро- или ферродинамическим ваттметром. Мощность может быть также подсчитана перемножением значений тока и напряжения, измеренных амперметром и вольтметром.

В цепях однофазного тока измерение мощности может быть осуществлено электродинамическим, ферродинамическим или индукционным ваттметром. Ваттметр 4 (рис. 336) имеет две катушки: токовую 2, которая включается в цепь последовательно, и напряжения 3, которая включается в цепь параллельно.

Ваттметр является прибором, требующим при включении соблюдения правильной полярности, поэтому его генераторные зажимы (зажимы, к которым присоединяют проводники, идущие со стороны источника 1) обозначают звездочками.

Рис. 336. Схема для измерения мощности

Для расширения пределов измерения ваттметров их токовые катушки включают в цепь при помощи шунтов или измерительных трансформаторов тока, а катушки напряжения — через добавочные резисторы или измерительные трансформаторы напряжения.

Измерение электрической энергии. Способ измерения. Для учета электрической энергии, получаемой потребителями или отдаваемой источниками тока, применяют счетчики электрической энергии. Счетчик электрической энергии по принципу своего действия аналогичен ваттметру. Однако в отличие от ваттметров вместо спиральной пружины, создающей противодействующий момент, в счетчиках предусматривают устройство, подобное электромагнитному демпферу, создающее тормозящее усилие, пропорциональное частоте вращения подвижной системы. Поэтому при включении прибора в электрическую цепь возникающий вращающий момент будет вызывать не отклонение подвижной системы на некоторый угол, а вращение ее с определенной частотой.

Число оборотов подвижной части прибора будет пропорционально произведению мощности электрического тока на время, в течение которого он действует, т. е. количеству электрической энергии, проходящей через прибор. Число оборотов счетчика фиксируется счетным механизмом. Передаточное число этого механизма выбирают так, чтобы по показаниям счетчика можно было отсчитывать не обороты, а непосредственно электрическую энергию в киловатт-часах.

Наибольшее распространение получили ферродинамические и индукционные счетчики; первые применяют в цепях постоянного тока, вторые — в цепях переменного тока. Счетчики электрической энергии включают в электрические цепи постоянного и переменного тока так же, как и ваттметры.

Ферродинамический счетчик (рис. 337) устанавливают на э. п. с. постоянного тока. Он имеет две катушки: неподвижную 4 и подвижную 6. Неподвижная токовая катушка 4 разделена на две части, которые охватывают ферромагнитный сердечник 5 (обычно из пермаллоя). Последний позволяет создать в приборе сильное магнитное поле и значительный вращающий момент, обеспечивающий нормальную работу счетчика в условиях тряски и вибраций. Применение пермаллоя способствует уменьшению погрешности счетного механизма 2 от гистерезиса магнитной системы (он имеет весьма узкую петлю гистерезиса).

Чтобы уменьшить влияние внешних магнитных полей на показания счетчика, магнитные потоки отдельных частей токовой катушки имеют взаимно противоположное направление (астатическая система). При этом внешнее поле, ослабляя поток одной части, соответственно усиливает поток другой части и оказывает в целом небольшое влияние на результирующий вращающий момент, создаваемый прибором. Подвижная катушка 6 счетчика (катушка напряжения) расположена на якоре, выполненном в виде диска из изоляционного материала или в виде алюминиевой чаши. Катушка состоит из отдельных секций, соединенных с пластинами коллектора 7 (эти соединения на рис. 337 не показаны), по которому скользят щетки из тонких серебряных пластин.

Ферродинамический счетчик работает принципиально как двигатель постоянного тока, обмотка якоря которого подключена параллельно, а обмотка возбуждения — последовательно с потребителем электроэнергии. Якорь вращается в воздушном зазоре между полюсами сердечника. Тормозной момент создается в результате взаимодействия потока постоянного магнита 1 с вихревыми токами, возникающими в алюминиевом диске 3 при его вращении.

Для компенсации влияния момента трения и уменьшения благодаря этому погрешности прибора в ферродинамических счетчиках устанавливают компенсационную катушку или в магнитном поле неподвижной (токовой) катушки помещают лепесток из пермаллоя, который имеет высокую магнитную проницаемость при малой напряженности поля. При небольших нагрузках этот лепесток усиливает магнитный поток токовой катушки, что приводит к увеличению вращающего момента и компенсации трения. При увеличении нагрузки индукция магнитного поля катушки увеличивается, лепесток насыщается и его компенсирующее действие перестает возрастать.

При работе счетчика на э. п. с. возможны сильные толчки и удары, при которых щетки могут отскакивать от коллекторных пластин. При этом под щетками будет возникать искрение. Для его предотвращения между щетками включают конденсатор С и резистор R1. Компенсация температурной погрешности осуществляется с помощью термистора Rт (полупроводникового прибора, сопротивление которого зависит от температуры). Он включается совместно с добавочным резистором R2 параллельно подвижной катушке. Чтобы уменьшить влияние тряски и вибраций на работу счетчиков, их устанавливают на э. п. с. на резинометаллических амортизаторах.

Индукционный счетчик имеет два электромагнита (рис. 338,а), между которыми расположен алюминиевый диск 7. Вращающий момент в приборе создается в результате взаимодействия переменных магнитных потоков Ф1 и Ф2, созданных катушками электромагнитов, с вихревыми токами I_в1 и I_в2, индуцируемыми ими в алюминиевом диске (так же, как и в обычном индукционном измерительном механизме, см. § 99).

В индукционном счетчике вращающий момент М должен быть пропорционален мощности P=UIcos?. Для этого катушку 6 одного из электромагнитов (токовую) включают последовательно с нагрузкой 5, а катушку 2 другого (катушку напряжения) — параллельно нагрузке. В этом случае магнитный поток Ф1 будет пропорционален току I в цепи нагрузки, а поток Ф2 — напряжению U, приложенному к нагрузке. Для обеспечения требуемого угла сдвига фаз ? между потоками Ф1 и Ф2 (чтобы sin? = cos?) в электромагните катушки напряжения предусмотрен магнитный шунт 3, через который часть потока Ф2 замыкается

Рис. 337. Ферродинамический счетчик электрической энергии

Рис. 338. Индукционный счетчик электрической энергии

помимо диска 7. Угол сдвига фаз между потоками Ф1 и Ф2 точно регулируется изменением положения металлического экрана 1, расположенного на пути потока, ответвляющегося через магнитный шунт 3.

Тормозной момент создается так же, как в ферродинамическом счетчике. Компенсация момента трения осуществляется путем создания небольшой несимметрии в магнитной цепи одного из электромагнитов с помощью стального винта.

Для предотвращения вращения якоря при отсутствии нагрузки под действием усилия, созданного устройством, компенсирующим трение, на оси счетчика укрепляется стальной тормозной крючок. Этот крючок притягивается к тормозному магниту 4, благодаря чему предотвращается возможность вращения подвижной системы без нагрузки.

При работе же счетчика под нагрузкой тормозной крючок практически не влияет на его показания.

Чтобы диск счетчика вращался в требуемом направлении, необходимо соблюдать определенный порядок подключения проводов к его зажимам. Нагрузочные зажимы прибора, к которым подключают провода, идущие от потребителя, обозначают буквами Я (рис. 338,б), генераторные зажимы, к которым подключают провода от источника тока или от сети переменного тока,— буквами Г.

Что такое ваттметр электродинамометра? — Определение, конструкция, работа, теория и ошибки

Определение: Прибор, работа которого зависит от реакции между магнитным полем движущейся и неподвижной катушек, известен как электродинамометр ваттметр. Он используется для измерения мощности как цепей переменного, так и постоянного тока.

Принцип работы ваттметра электродинамометра очень прост и удобен. Их работа зависит от теории, согласно которой проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает механическую силу .Эта механическая сила отклоняет стрелку, установленную на калиброванной шкале.

Конструкция электродинамического ваттметра

Ниже приведены важные части ваттметра электродинамометра.

1. Фиксированная катушка — Фиксированная катушка последовательно подключается к нагрузке. Он считается токовой катушкой, потому что через нее протекает ток нагрузки. Для облегчения конструкции неподвижная катушка разделена на две части. И эти два элемента параллельно соединены друг с другом.Неподвижная катушка создает однородное электрическое поле, необходимое для работы инструментов. Токовая катушка инструментов рассчитана на пропускание тока примерно 20 ампер для экономии энергии.
2. Подвижная катушка — Подвижная катушка рассматривается как катушка давления инструментов. Он подключается параллельно источнику питания. Ток, протекающий через них, прямо пропорционален напряжению питания. Указатель устанавливается на подвижную катушку.Движение указателя контролируется с помощью пружины. Ток, протекающий через катушку, увеличивает их температуру. Потоки токов управляются с помощью резистора, включенного последовательно с подвижной катушкой.
3. Управление — Система управления обеспечивает регулирующий крутящий момент для инструментов. Контроль силы тяжести и пружинный контроль — это два типа систем управления. Из двух ваттметров электродинамометра используется пружинная система управления.Пружинная система управления используется для перемещения указателя.
4. Демпфирование — Демпфирование — это эффект, который уменьшает движение стрелки. В этом ваттметре демпфирующий момент создается из-за трения воздуха. Другие типы демпфирования в системе не используются, поскольку они разрушают полезный магнитный поток.
5. Весы и указатели — В приборах используется линейная шкала, потому что их подвижная катушка движется линейно.Устройство использует указатель на острие ножа для устранения ошибки параллакса, которая возникает из-за недосмотра.

Работа электродинамометра Ваттметр

Ваттметр электродинамометра имеет два типа катушек; фиксированная и подвижная катушка. Неподвижная катушка подключается последовательно к цепи, потребляемую мощность которой необходимо измерить. Напряжение питания подается на подвижную катушку. Резистор контролирует ток через движущуюся катушку, и он подключен к ней последовательно.

Указатель закреплен на подвижной катушке, которая находится между неподвижными катушками. Ток и напряжение неподвижной и подвижной катушек создают два магнитных поля. И взаимодействие этих двух магнитных полей отклоняет стрелку инструмента. Прогиб стрелки прямо пропорционален силе, протекающей через него.

Теория электродинамометра Ваттметр

Принципиальная схема ваттметра электродинамометра представлена ​​на рисунке ниже.

Мгновенный крутящий момент действует на стрелку ваттметра и определяется уравнением

Где, i _p — ток катушки давления
i _c — ток катушки тока
дм / dθ — скорость изменения отклонения стрелки относительно угла θ

Напряжение на катушке давления цепи равно

.

Если катушка давления чисто резистивная, то их ток синфазен с напряжением. А значение тока дается уравнением.

Если токовая катушка отстает на напряжение по фазовому углу Φ, ток через токовую катушку определяется как

i _p = √2Isin (ωt-∅)

Значение тока в катушке давления очень мало. Следовательно, ток, протекающий через катушку давления, считается полным током нагрузки. Крутящий момент, действующий на катушки, становится

.

Средний крутящий момент отклонения получается путем интегрирования крутящего момента от 0 до предела T. Средний отклоняющий момент катушки равен

.

Управляющий крутящий момент, действующий на пружину, равен

.

Ошибки ваттметра электродинамометра

Ниже приведены ошибки ваттметра электродинамометра

.

1. Индуктивность катушки давления — Катушка давления электродинамометра имеет некоторую индуктивность.Из-за индуктивности ток катушек давления отстает от напряжения. Таким образом, коэффициент мощности ваттметра становится запаздывающим, и счетчик показывает высокие показания.
2. Емкость катушки давления — Катушка давления имеет емкости вместе с индуктивностью. Эта емкость увеличивает коэффициент мощности прибора. Отсюда возникает ошибка при чтении.
3. Ошибка из-за эффекта взаимной индуктивности — Взаимная индуктивность между катушкой давления и тока вызывает ошибку.
4. Ошибка вихревых токов — Вихревой ток, наведенный в катушке, создает собственное магнитное поле. Это поле влияет на основной ток, протекающий через катушку. Таким образом, возникает ошибка при чтении.
5. Рассеянное магнитное поле — Рассеянное магнитное поле нарушает основное магнитное поле электродинамического ваттметра. Таким образом влияют на их чтение.
6. Ошибка температуры — Изменение температуры изменит сопротивление катушки давления.На движение пружины, обеспечивающей регулирующий крутящий момент, также влияет изменение температуры. Тем самым возникает ошибка при чтении.

Калибровка ваттметра электродинамометра одинакова как для измерения переменного, так и постоянного тока.

Метод двух ваттметров — условие сбалансированной нагрузки

Объясняется метод двух ваттметров на примере сбалансированной нагрузки. При этом мы должны доказать, что мощность, измеренная двумя ваттметрами i.е. сумма двух показаний ваттметра равна троекратному корню фазного напряжения и линейного напряжения (√3V _L I _L Cosϕ), что является фактической мощностью, потребляемой в трехфазной сбалансированной нагрузке.

Схема подключения 3-фазной сбалансированной нагрузки, подключенной по схеме «звезда», показана ниже:

В комплекте:

Нагрузка считается индуктивной, поэтому векторная диаграмма индуктивной нагрузки приведена ниже:

Три напряжения V _RN , V _YN и V _BN электрически смещены на угол 120 градусов, как показано на векторной диаграмме.Фазный ток отстает от соответствующих фазных напряжений на угол ϕ.

Теперь ток, протекающий через токовую катушку ваттметра, W ₁ будет иметь вид:

Разность потенциалов на катушке давления или потенциала ваттметра, Вт ₁ , составит:

Чтобы получить значение V _YB , переверните вектор V _BN и добавьте его к вектору V _YN , как показано на векторной диаграмме выше.

Разность фаз между V _RB и I _R составляет (30⁰ — ϕ)

Следовательно, мощность, измеренная ваттметром, Вт ₁ составляет:

Ток через токовую катушку ваттметра, Вт ₂ определяется как:

Разность потенциалов на ваттметре, Вт ₂ составляет

Разность фаз V _YB и I _Y составляет (30⁰ + ϕ) .

Таким образом, мощность, измеренная ваттметром, W ₂ определяется уравнением, показанным ниже:

Так как нагрузка находится в сбалансированном состоянии, следовательно,

Следовательно, показания ваттметра будут:

Теперь сумма двух показаний ваттметра будет представлена ​​как:

Вышеприведенное уравнение (1) дает полную мощность, потребляемую 3-фазной сбалансированной нагрузкой.

Таким образом, сумма показаний двух ваттметров равна мощности, потребляемой в трехфазной сбалансированной нагрузке.

Определение коэффициента мощности по показаниям ваттметра

Как известно,

Сейчас,

Разделив уравнение (3) на уравнение (2), получим,

Коэффициент мощности нагрузки равен

.

Определение реактивной мощности методом двух ваттметров

Чтобы получить реактивную мощность, умножьте уравнение (3) на √3.

Следовательно, реактивная мощность определяется уравнением, показанным ниже:

Для измерения трехфазной мощности вы также можете обратиться к двум темам, указанным ниже:

См. Также: Измерение трехфазной мощности: метод трех ваттметров

См. Также: Метод измерения мощности двумя ваттметрами.

Учебное пособие по подключению

ваттметров — DIY Electrical Projects

Как подключить ваттметр к цепи?

В предыдущих постах мы обсуждали типы ваттметров, типичные ошибки при построении измерений и принцип работы. В этом посте мы обсудим подключения ваттметра.
Настоятельно рекомендуется прочитать следующие сообщения, прежде чем продолжить.

Как работает ваттметр?
Типы ваттметров
Погрешности показаний ваттметров

Ваттметр типа динамо-метр состоит из двух катушек, а именно: фиксированной катушки (катушка тока) и подвижной катушки (катушка давления).
Катушка тока подключена последовательно с нагрузкой, следовательно, по ней проходит ток цепи.
Катушка потенциала подключена к нагрузке, поэтому по ней проходит ток, пропорциональный напряжению.

Токовая катушка (CC):

• Катушка тока в ваттметре подключена по цепи для передачи тока нагрузки.
• Две клеммы катушек тока обозначены как M и L.
• M обозначает главную сторону, а L обозначает сторону нагрузки.
• При подключении токовой катушки в цепь эту последовательность необходимо строго соблюдать.

Катушка давления (ПК):

• Катушка давления — это катушка с высоким сопротивлением (добавлено внутреннее последовательное сопротивление).
• Он подключен к цепи нагрузки.
• Он пропускает ток, пропорциональный напряжению на его выводах.
• Клеммы катушки давления обозначены как ± и V. В некоторых метрах это обозначено как COM и V.
• Первый — это общий вывод, а второй — для указанного напряжения с маркировкой фактического напряжения как 115 В, 230 В или 440 В.
• Общий вывод катушки давления может быть подключен после или перед катушкой тока.
• На основе этого подключения существует два метода подключения ваттметров.
• Каждый метод подходит для одного конкретного случая. Эти два метода подключения ваттметра объясняются ниже;

Первый способ:

1. Катушка давления идет перед катушкой тока, движущейся со стороны питания.
2. При этом способе подключения катушка давления считывает падение напряжения на нагрузке, а также небольшое падение тока в катушке.
3. Таким образом, измеренная мощность будет включать потерянную мощность в сопротивлении катушки тока. Это ошибка.
4. Таким образом, этот метод подключения подходит для схемы с небольшими токами нагрузки, и в этом случае падение напряжения в токовой катушке будет пренебрежимо малым.
   

Второй метод:

1. В этом методе катушка давления подключается к цепи нагрузки после катушки тока.
2. Теперь катушка давления считывает правильное напряжение, но катушка тока будет пропускать небольшой дополнительный ток, который потребляется катушкой давления.Это ошибка.
3. Этот метод подходит для цепей с большим током нагрузки.
4. По сравнению с большим током нагрузки, ток, потребляемый катушкой давления, незначителен.
5. Когда принят второй метод, компенсационная катушка используется последовательно с катушкой давления.
6. Компенсирующая катушка — это просто еще одна токовая катушка, подключенная в обратной последовательности. то есть магнитные эффекты токовой катушки и компенсирующей катушки противоположны друг другу.Это сведет на нет ошибку из-за тока катушки давления.

Спасибо, что прочитали … Пожалуйста, подпишитесь, чтобы получать новые сообщения на свой почтовый идентификатор …

Подробнее:
Учебное пособие по проводникам воздушных линий передачи
Типы амперметров, вольтметров Электрические инструменты
Методы улучшения коэффициента мощности
Учебное пособие по недостаткам низкого коэффициента мощности

Ваттметр (простой измеритель мощности переменного тока)

Ваттметр (простой измеритель мощности переменного тока)

Введение: Ваттметр — важный измерительный прибор.Это позволяет измерить истинную электрическую мощность (мощность). Определить истинную мощность в цепях переменного тока нельзя, просто умножив действующее значение напряжения и тока, поскольку коэффициент мощности часто не равен 1. Вы должны использовать счетчик, который непрерывно измеряет мгновенный ток и напряжение, умножает их и выдает среднее значение. Это делают аналоговые электромеханические устройства. с использованием катушки тока (сплошной) и катушки напряжения (подвижной, с прикрепленной к ней иглой). Магнитная сила, действующая между катушками, равна произведению магнитных полей.Усреднение достигается за счет импульса системы. Традиционные ваттметры с аналоговой шкалой не очень точны и обычно имеют низкий полезный диапазон измерения.
Теория электронного ваттметра: Я решил сделать это твердотельным способом — построить электронный измеритель мощности с аналоговой обработкой и цифровым считыванием. Дисплей снабжен цифровым мультиметром, который теперь можно купить менее чем за 100 крон (примерно 4 доллара США), поэтому нет смысла создавать свой собственный. цифровой вольтметр.Также можно использовать панельный цифровой вольтметр или даже аналоговый измеритель. Непосредственное напряжение измеряется с помощью делителя напряжения. Ток измеряется шунтом. Затем напряжение и ток умножаются аналоговым умножителем AD633. Выход обеспечивает напряжение, пропорциональное мгновенной мощности. Для получения средней мощности необходимо отфильтровать сигнал с помощью RC-фильтра.
Самая большая проблема в этой конструкции — создание произведения двух аналоговых напряжений.Это не так просто может показаться. Есть возможность умножения с помощью операционных усилителей и переходов на дискретных диодах или транзисторах, имеющих экспоненциальную характеристику. Их принцип состоит в том, чтобы логарифмировать оба сигнала, складывать их и, наконец, делать логарифмы. Точность не слишком хорошая, есть проблемы с калибровкой, огромная температурная зависимость и различия между отдельными частями транзисторов или диодов. Поэтому я отказался от этого варианта. Другой вариант — с использованием широтно-импульсных умножителей, но это решение тоже весьма своеобразно.Еще больше сложностей возникает, когда надо работать с обеими полярностями тока и напряжения (4 квадранта). Поэтому я решил использовать специализированную интегральную схему AD633 (AD633JN в классическом корпусе THT DIP8) — четырехквадрантный аналоговый умножитель с дифференциальными входами и точностью 2%. Для получения дополнительной информации см. Техническое описание AD633. Обратите внимание, что версия SMD имеет другую распиновку! Выходное напряжение определяется формулой:
w = (x2-x1) * (y1-y2): 10V + z
Хотел попробовать микросхему MPY634 с точностью до 0.5%, но найти не удалось. Максимальный диапазон входного и выходного напряжения, при котором работает схема AD633, составляет +/- 10 В. Это должно соответствовать обоим входным напряжениям. Схема должна быть рассчитана на амплитуду тока и напряжения, а не только на эффективное значение. Для сети 230 В надо работать с пиком 325В, а не только 230В. Соотношение делителей 1:40 кажется лучшим. Это позволяет работать с пиковым напряжением до 400 В. Напряжение шунта ниже, чем напряжение делителя напряжения, поэтому подключается ко входу Y, который имеет лучшую точность.
Простая схема ваттметра: На рис. 1 показана простейшая конструкция измерителя мощности (ваттметра) с AD633 и одного диапазона. Ток измеряется шунтом. Если нам требуется преобразование выходного сигнала 1 мВ / 1 Вт, значение шунта должно быть 0R4 (0,4 Ом). Максимальный среднеквадратичный ток через измеритель определяется максимально допустимой рассеиваемой мощностью шунта. Для шунта 0,4 Ом 40 Вт максимальный непрерывный ток составляет 10 А. Максимальная измеренная мощность составляет 2300 Вт для идеальной резистивной нагрузки, для разных нагрузок она должна быть ниже.Еще одно ограничение — максимальное входное напряжение умножителя (10 В), поэтому максимальный пиковый ток должен быть ниже 25 А. Калибровка выполняется путем установки P1 в соответствии с известной нагрузкой. Сумма значений P1 и R1 будет около 390k, а коэффициент деления будет 1:40. Если вы не можете установить правильное значение с помощью P1, измените значение R1. Входы умножителя защищены от перенапряжения стабилитронами 12 В. Напряжение питания (+/- 15 В) получается с помощью емкостного капельницы и двух стабилитронов на 15 В.В сочетании с мультиметром с разрешением 0,1 мВ вы получите ваттметр с разрешением 0,1 Вт. Мы будем использовать Диапазоны 200 мВ, 2 В и, возможно, 20 В, где мощность отображается непосредственно в ваттах (1 мВ = 1 Вт) или киловаттах (1 В = 1 кВт).

Предупреждение! Вся цепь, включая выход мультиметра (вольтметра), электрически подключена к сетевому напряжению, что смертельно опасно.С этим следует обращаться соответственно. Для снижения риска возгорания следует использовать предохранитель или автоматический выключатель. Вы все делаете на свой страх и риск. Я не несу ответственности за причиненный вам вред.

Рис.1 — Схема простого ваттметра

AD633JN в корпусе DIP8.

Первые эксперименты с ваттметром

Прототип ваттметра в макете.

Ваттметр на печатной плате.

Видео — тестирование ваттметра

Добавлен: 7. 3. 2011
дом

Калибровка амперметра, вольтметра и ваттметра с помощью потенциометра

Мы знаем, что напряжение, ток и мощность измеряются в вольтах, амперах, а для измерения этих параметров используются ваттметры, амперметры и ваттметры. Хотя эти измерительные приборы изготовлены с особой тщательностью, они все же могут давать показания ошибок на стороне клиента.Таким образом, эти инструменты откалиброваны, чтобы минимизировать ошибку. В этой статье мы объясним , как откалибровать вольтметр, амперметр и ваттметр с помощью потенциометра .

Прежде чем вдаваться в подробности, давайте сначала обсудим важную концепцию, используемую в этой статье.

Если у нас есть два источника напряжения с одинаковым значением, подключенные параллельно, как показано ниже, то между ними не будет тока. Это связано с тем, что потенциальные значения обоих источников одинаковы, и ни один из источников не может подтолкнуть заряд к другому.Так что в схеме гальванометр не показывает никаких отклонений.

Мы будем использовать то же явление уравновешивания двух источников напряжения в процессе калибровки.

Калибровка потенциометра

На рисунке выше показана принципиальная схема для калибровки потенциометра.

На рисунке используется стандартный элемент с напряжением 1,50 В, который при нагрузке не вызывает колебаний напряжения даже в милливольтах. Такой стабильный источник необходим для безошибочной калибровки потенциометра.

Токопроводящая шкала точно масштабирована, чтобы избежать ошибок при измерении. Электропроводящая шкала также имеет гладкую поверхность с четко очерченными размерами для равномерного распределения сопротивления по всей ее длине.

Реостат предназначен для регулировки потока тока в контуре цепи, и, таким образом, мы можем регулировать падение напряжения на единицу длины по проводящей шкале. Сюда также подключается гальванометр для визуализации неисправности, которая возникает в случае протекания тока между стандартной петлей ячейки и проводящей петлей шкалы.Неизвестная ЭДС здесь подключена к гальванометру для измерения после калибровки потенциометра.

Рабочий:

Сначала включите питание и отрегулируйте реостат, чтобы позволить току в несколько сотен миллиампер течь по контуру основной цепи. Поскольку проводящая шкала также находится в основном контуре, через нее протекает тот же ток, что и вызывает падение напряжения. Хотя падение напряжения появляется на металлической шкале, она будет равномерно распределена по всему ее телу.

После появления падения напряжения по проводящей шкале, если взять скользящий контакт и двигаться по металлической шкале от нуля, то ток течет из вторичной цепи в первичную из-за дисбаланса цепи. По мере того, как скользящий контакт перемещается дальше от нуля, величина этого тока уменьшается. Это связано с тем, что по мере увеличения площади контакта падение напряжения на масштабированной площади приближается к напряжению стандартной ячейки. Таким образом, в определенный момент падение напряжения на масштабируемой области будет равно напряжению стандартной ячейки, и в этот момент не будет протекания тока между двумя цепями.

Теперь, когда гальванометр подключен к вторичной цепи, он покажет отклонение на своем дисплее из-за протекания тока, и чем больше ток, тем больше отклонение. Исходя из этого, гальванометр не будет показывать отклонения только тогда, когда обе цепи сбалансированы, и это состояние, которого мы будем пытаться достичь при калибровке потенциометра.

Для лучшего понимания рассмотрим схему, показанную ниже, которая показывает состояние баланса.

Если принять сопротивление металлического контакта длиной от 0 до 100 см как «R», то падение напряжения на всем металлическом контакте длиной 100 см составит V = IR.Поскольку мы использовали симметричную схему , это падение напряжения «V» должно быть равно напряжению стандартной ячейки, и в показаниях гальванометра будет нулевое отклонение.

Теперь, измерив эту точную длину, на которой гальванометр показывает ноль, мы можем откалибровать шкалу потенциометра на основе стандартного значения напряжения ячейки.

Таким образом, длина шкалы составляет 1 см = 1,5 В / 100 см = 0,005 В = 5 мВ. 

Зная падение напряжения на сантиметр на шкале потенциометра, подключите неизвестное напряжение ко вторичной цепи и сдвиньте контакт, чтобы измерить длину, при которой у нас будет нулевое отклонение.Зная эту шкалу, на которой имеет место баланс, мы можем измерить значение неизвестной ЭДС как,

V = (длина контакта) x (5 мВ). 

Применение потенциометров

Помимо измерения неизвестного напряжения, потенциометр также может использоваться для измерения силы тока и мощности, для их измерения требуется всего лишь пара дополнительных компонентов.

Помимо измерения напряжения, тока и мощности, потенциометры в основном используются для калибровки вольтметров, амперметров и ваттметров .Кроме того, поскольку потенциометр является устройством постоянного тока, калибруемые инструменты должны быть типа подвижного железа постоянного тока или электродинамометра.

Калибровка вольтметра с помощью потенциометра

В схеме наиболее важным компонентом процесса калибровки является подходящий стабильный источник постоянного напряжения. Это потому, что любые колебания напряжения питания вызовут ошибку в калибровке вольтметра, что приведет к полному провалу эксперимента.Таким образом, стандартный элемент напряжения со стабильным конечным значением берется в качестве источника и подключается параллельно вольтметру, который необходимо откалибровать. Две потенциометры «RV1» и «RV2» используются для регулировки напряжения, которое должно появляться на вольтметре, как показано на рисунке.

Коробка соотношения напряжений также подключается параллельно вольтметру, чтобы разделить напряжение на вольтметре и получить соответствующее значение, подходящее для подключения потенциометра.

Со всей установкой мы готовы к проверке точности вольтметра .Итак, для начала просто подайте питание на схему, чтобы получить показания вольтметра и неизвестное напряжение на выходе коробки соотношения напряжений. Теперь мы будем использовать откалиброванный потенциометр для измерения этого неизвестного напряжения.

После получения показаний потенциометра проверьте, совпадают ли показания потенциометра с показаниями вольтметра. Поскольку потенциометр измеряет истинное значение напряжения, если показание потенциометра не совпадает с показанием вольтметра, то отображается отрицательная или положительная ошибка.А для коррекции можно построить калибровочную кривую с помощью показаний вольтметра и потенциометра.

Также для точности измерений необходимо, насколько это возможно, измерять напряжения вблизи максимального диапазона потенциометра.

Калибровка амперметра с помощью потенциометра

Как упоминалось выше, мы будем использовать подходящее стабильное напряжение питания постоянного тока, чтобы избежать ошибок при калибровке, которые не вызывают колебаний напряжения в течение всего эксперимента.Реостат используется для регулировки величины тока, протекающего по всей цепи. Кроме того, стандартное сопротивление «R» подходящего значения с достаточной допустимой нагрузкой по току подключается последовательно с амперметром (который находится в процессе калибровки) для получения параметра напряжения, который относится к току, протекающему в цепи.

Теперь, после включения питания, ток «I» протекает через всю цепь, и с этим показанием тока будет генерироваться амперметр, присутствующий в контуре.Кроме того, из-за протекания тока на стандартном сопротивлении «R» произойдет падение напряжения.

Теперь мы воспользуемся потенциометром для измерения напряжения на стандартном резисторе, а затем воспользуемся законом Ом для расчета тока через стандартное сопротивление.

То есть ток I = V / R
где
V = напряжение на стандартном резисторе, измеренное потенциометром,
А R = сопротивление стандартного резистора. 

Поскольку мы используем стандартный резистор, сопротивление будет точно известно, а напряжение на стандартном резисторе измеряется потенциометром.Рассчитанное значение будет точным значением тока, протекающего через контур. Затем сравните это рассчитанное значение с показаниями амперметра, чтобы проверить точность амперметра. Если есть какие-либо ошибки, мы можем внести необходимые корректировки в амперметр, чтобы исправить ошибки.

Калибровка ваттметра с помощью потенциометра

Как упоминалось выше, для точного процесса калибровки мы будем использовать два подходящих источника постоянного напряжения постоянного тока в качестве источников.Обычно источник низкого напряжения подключается последовательно с катушкой тока ваттметра, а источник умеренного напряжения подключается к катушке потенциала ваттметра. Реостат в верхней цепи используется для регулировки величины тока, протекающего через токовую катушку, а регулировочный потенциометр в нижней цепи используется для регулировки напряжения на катушке потенциала.

Помните, что регулировочный потенциометр предпочтительнее для регулировки напряжения, а реостат предпочтительнее для регулировки тока в цепи.

Кроме того, стандартное сопротивление «R» подходящего значения и достаточной допустимой нагрузки по току подключается последовательно с токовой катушкой ваттметра. И это стандартное сопротивление будет вызывать падение напряжения на нем, когда ток течет в цепи катушки тока.

После включения питания мы получим два неизвестных значения напряжения, одно на выходе делителя напряжения, а другое на стандартном сопротивлении «R». Теперь, если для измерения напряжения на стандартном резисторе используется потенциометр, мы можем использовать закон Ома для расчета тока через стандартное сопротивление.Поскольку токовая катушка включена последовательно со стандартным сопротивлением, вычисленное значение также представляет ток, протекающий через токовую катушку. Аналогичным образом используйте потенциометр второй раз, чтобы измерить напряжение на катушке потенциала ваттметра.

Теперь, когда мы измерили ток через токовую катушку и напряжение на потенциальной катушке с помощью потенциометра, мы можем рассчитать мощность как

Мощность P = значение напряжения x текущее значение. 

После расчета мы можем сравнить это рассчитанное значение с показаниями ваттметра, чтобы проверить наличие ошибок.Как только ошибки будут обнаружены, произведите необходимые настройки ваттметра, чтобы скорректировать ошибки.

Вот как можно использовать потенциометр для калибровки вольтметра, амперметра и ваттметра для получения точных показаний.

Ваттметр линейного измерителя мощности

RF »Примечания по электронике

Линейные ваттметры или измерители мощности могут измерять ВЧ-мощность, передаваемую от источника к нагрузке, путем измерения мощности, протекающей в фидере.

---

Измеритель ВЧ и СВЧ мощности Включает:
Измеритель мощности ВЧ PEP, средняя и импульсная мощность Методы измерения мощности Встроенный измеритель мощности Измерители и датчики мощности поглощения

---

Встроенные измерители мощности или ваттметры RF подключаются к фидерной линии и могут измерять мощность, протекающую от источника к нагрузке, а также в обратном направлении.

Встроенные ваттметры или измерители мощности используют направленный ответвитель для передачи небольшого количества энергии из фидерной линии в сам датчик.

Большим преимуществом встроенных ваттметров RF является то, что они могут измерять мощность, пока она подается на нагрузку, то есть их можно использовать для тестирования работающей системы. Измерители абсорбционной мощности образуют нагрузку, и мощность не может быть передана другой нагрузке.

Одним из знаковых ваттметров RF является ваттметр Bird 43 Thruline ®, который используется уже много лет и до сих пор широко используется.

Знаменитый ваттметр Bird 43 Thuline®

Встроенный ваттметр

Встроенный радиочастотный ваттметр основан на использовании направленного ответвителя. Это элемент ВЧ-цепи, который передает небольшое количество энергии, протекающей по фидеру, во вторичную цепь, которая используется для измерения мощности в фидере. Количество мощности во вторичной цепи небольшое и не вызывает чрезмерных потерь.

Используя этот метод, можно по отдельности обнаруживать поток энергии в любом направлении, т.е.е. прямая мощность и обратная мощность, которые были отражены от нагрузки из-за несоответствия и т. д. Таким образом, встроенный ваттметр может использоваться для измерения КСВН, коэффициента стоячей волны напряжения в фидере.

Простая схема направленного ответвителя, которую можно использовать для измерения мощности в сети.

Схема представляет собой очень простую форму направленного ответвителя и иллюстрирует основную концепцию. В точных встроенных измерителях мощности используется больше компонентов, что позволяет получать более точные результаты в более широком диапазоне частот.

В схеме передатчик и нагрузка соединены фидером, который соединен с двумя дополнительными короткими линиями внутри встроенного ВЧ измерителя мощности. На каждой из этих связанных линий есть резистор, используемый для согласования импеданса, и диод — их положение относительно направления потока мощности определяет, измеряется ли прямая или отраженная мощность.

Диод выпрямляет связанную мощность, так что она может быть непосредственно считана измерителем, а конденсатор удаляет остаточную радиочастоту.

Во многих встроенных ВЧ-ваттметрах используется только одна соединенная линия, и компоненты переключаются для выбора прямого и обратного измерения мощности.

Преимущество встроенного измерителя мощности означает, что измеритель мощности может оставаться в цепи, пока нагрузка активна. Это может быть особенно полезно, если нагрузка должна оставаться активной во время измерения мощности — этого нельзя достичь с помощью абсорбционного ваттметра.

Другие темы тестирования:
Анализатор сети передачи данных Цифровой мультиметр Частотомер Осциллограф Генераторы сигналов Анализатор спектра Измеритель LCR Дип-метр, ГДО Логический анализатор Измеритель мощности RF Генератор радиочастотных сигналов Логический зонд Тестирование и тестеры PAT Рефлектометр во временной области Векторный анализатор цепей PXI GPIB Граничное сканирование / JTAG
Вернуться в тестовое меню.