Ваттметр — это прибор для измерения электрической активной мощности (или средней скорости потока электрической энергии ) в ваттах любой данной цепи . Электромагнитные ваттметры используются для измерения мощности полезной частоты и звуковой частоты; другие типы необходимы для радиочастотных измерений.
Ваттметр считывает среднее значение произведения v(t)i(t) = p(t) , где v(t) — напряжение с положительной опорной полярностью на клемме ± по отношению к другой клемме потенциальной катушки, и i(t) — ток с опорным направлением, текущий в клемму ± токовой катушки. Ваттметр показывает P = (1/T) ∫ 0 T v(t)i(t) dt , что в установившемся синусоидальном режиме уменьшается до V rms I rms cos(φ), где T — период p(t) φ — угол, на который ток отстает от напряжения. [1]
Венгр Отто Блати запатентовал свой ваттметр переменного тока. [ нужна цитата ]
В 1974 году Магхар С. Чана, Рамон Л. Крейли, Эрик А. Гауптман Барри и М. Прессман запатентовали первый электронный ваттметр. Это устройство состоит из трансформаторов мощности, тока и напряжения, которые измеряют среднюю мощность. [2]
Традиционный аналоговый ваттметр представляет собой электродинамический прибор. Устройство состоит из пары неподвижных катушек , известных как токовые катушки , и подвижной катушки, известной как потенциальная катушка .
Катушки тока включены в цепь последовательно , а катушка потенциала — параллельно . Кроме того, в аналоговых ваттметрах на потенциальной катушке имеется стрелка, которая перемещается по шкале для индикации измерения. Ток, протекающий через токовую катушку, создает вокруг катушки электромагнитное поле . Сила этого поля пропорциональна току линии и находится в фазе с ним. Потенциальная катушка, как правило, имеет резистор высокого номинала , включенный последовательно с ней для уменьшения тока, протекающего через нее.
Результатом такого расположения является то, что в цепи постоянного тока (DC) отклонение иглы пропорционально как току ( I ) , так и напряжению ( V ), что соответствует уравнению P = VI .
Для сети переменного тока ток и напряжение могут не совпадать по фазе из-за задерживающего эффекта индуктивности или емкости цепи . В цепи переменного тока отклонение пропорционально среднему мгновенному произведению напряжения и тока, таким образом измеряя активную мощность P = VI cos φ . Здесь cos φ представляет собой коэффициент мощности , который показывает, что передаваемая мощность может быть меньше полной мощности, полученной путем умножения показаний вольтметра и амперметра в одной и той же цепи.
Электронные ваттметры используются для прямых измерений малой мощности или для измерения мощности на частотах, выходящих за пределы диапазона приборов типа электродинамометров.
Современный цифровой ваттметр измеряет напряжение и ток тысячи раз в секунду. Для каждого образца напряжение умножается на ток в тот же момент; среднее значение по крайней мере за один цикл является реальной мощностью. Реальная мощность, деленная на кажущийся вольт-ампер (ВА), представляет собой коэффициент мощности. Компьютерная схема использует выборочные значения для расчета среднеквадратического напряжения, среднеквадратичного тока, ВА, мощности (ватт), коэффициента мощности и киловатт-часов. Показания могут отображаться на устройстве, сохраняться для регистрации и расчета средних значений или передаваться на другое оборудование для дальнейшего использования. Ваттметры значительно различаются в правильном расчете энергопотребления, особенно когда реальная мощность намного ниже, чем ВА (высокореактивные нагрузки , например, электродвигатели ). Простые измерители можно калибровать с заданной точностью только для синусоидальных сигналов. Формы сигналов для импульсных источников питания , используемых во многих электронных устройствах, могут быть очень далеки от синусоидальных, что приводит к неизвестным и, возможно, большим ошибкам при любой мощности. Это может не быть указано в инструкции к счетчику.
Существуют ограничения на измерение мощности с помощью недорогих ваттметров или любых счетчиков, не предназначенных для измерений малой мощности. Особенно это касается низкой мощности (например, менее 10 Вт), используемой в режиме ожидания; Показания могут быть настолько неточными, что оказаться бесполезными (хотя они подтверждают, что мощность в режиме ожидания низкая, а не высокая). [3] Трудность во многом связана с трудностью точного измерения переменного тока, а не напряжения, а также с относительно небольшой потребностью в измерениях малой мощности. В спецификации счетчика должна быть указана погрешность показаний для различных ситуаций. Для типичного подключаемого счетчика погрешность мощности указывается как ±5% от измеренного значения ±10 Вт (например, измеренное значение 100 Вт может быть неправильным на 5% от 100 Вт плюс 10 Вт, т. е. ±15 Вт). или 85–115 Вт); а погрешность в кВтч указана как ±5% от измеренного значения ±0,1 кВтч. [4] Если портативный компьютер в спящем режиме потребляет 5 Вт, счетчик может показывать любое значение от 0 до 15,25 Вт, без учета ошибок из-за несинусоидальной формы сигнала. На практике точность можно повысить, подключив фиксированную нагрузку, например лампочку накаливания, добавив устройство в режим ожидания и используя разницу в энергопотреблении. [3] Это выводит измерения из проблемной зоны низкой мощности.
Приборы с подвижными катушками можно калибровать для постоянного тока или токов промышленной частоты до нескольких сотен герц. На радиочастотах (РЧ) распространенным методом является схема выпрямителя , приспособленная для реагирования на ток в линии передачи ; система калибруется по известному сопротивлению цепи. Диодные детекторы либо напрямую подключаются к источнику, либо используются с системой отбора проб, которая пропускает через детектор только часть радиочастотной мощности. Термисторы и термопары используются для измерения тепла, выделяемого радиочастотной мощностью, и могут калиброваться либо напрямую, либо путем сравнения с известным эталонным источником энергии. [5] Датчик мощности болометра преобразует падающую радиочастотную мощность в тепло. Постоянная температура сенсорного элемента поддерживается небольшим постоянным током. Уменьшение тока, необходимого для поддержания температуры, связано с падающей радиочастотной мощностью. Приборы этого типа используются во всем радиочастотном спектре и могут даже измерять мощность видимого света. Для измерений большой мощности калориметр напрямую измеряет тепло, выделяемое радиочастотной мощностью. [5]
Прибор, измеряющий электрическую энергию в ватт-часах, по существу представляет собой ваттметр, который интегрирует мощность с течением времени (по сути, умножает мощность на затраченное время). Цифровые электронные приборы измеряют множество параметров и могут использоваться там, где необходим ваттметр: вольты , ток в амперах , кажущаяся мгновенная мощность, фактическая мощность, коэффициент мощности, энергия в [к]Вт·ч за определенный период времени и стоимость электроэнергии. потребляется.
В эту статью включен текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : Чисхолм, Хью , изд. (1911). «Ваттметр». Британская энциклопедия . Том. 28 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета.
