Reaktyviosios galios ir energijos matavimas. Galios ir energijos matavimas. Elektros energijos kiekio matavimas

9. ELEKTROS GALIOS MATAVIMAS

Galios matavimas praktinėje radijo inžinerijoje naudojamas visame dažnių diapazone – nuo nuolatinė srovė iki milimetro ir trumpesnio bangos ilgio.Būtina matuoti galios lygius labai plačiame diapazone nuo 10-18 iki 108 vatų.

AT pastaraisiais metais matavimuose kartu su absoliučiais (vatais, milivatais ir kt.) plačiai naudojami santykiniai (logaritminiai) galios vienetai (decibelai) Atkreipkite dėmesį, kad santykiniai matavimo vienetai turi nemažai reikšmingų pranašumų ir naudojami radijo galiai įvertinti. signalų šaltiniai, jų stiprinimo ar slopinimo laipsnis, priėmimo prietaisų jautrumas, matavimo paklaidos ir kt.

Pasiekimai fizikos, mikroelektronikos ir ypač skaitmeninių technologijų srityse atvėrė naujas galimybes sprendžiant galios matavimo problemas, kurios leido automatizuoti matavimo procedūrą ir ją atlikti interaktyviai.

9.1. Bendra informacija

Kaip fizinis kiekis, elektros galią lemia elektros šaltinio atliktas darbas magnetinis laukas per laiko vienetą. Matmenys elektros energija rašoma taip: džaulis/sek = vatas.

Galios matavimas skirtinguose dažnių diapazonuose turi tam tikrų savybių Pramoniniai dažnio elektros energijos skaitikliai kartu su energijos skaitikliais yra srovės suvartojimo apskaitos sistemos pagrindas. elektros energijašalies ūkyje Galios matavimas įjungtas nuolatinė srovė ir taip pat garso ir aukštų dažnių diapazone yra ribotos reikšmės, nes dažniais iki kelių dešimčių megahercų dažnai patogiau matuoti įtampas, sroves ir fazių poslinkius, o galią nustatyti skaičiuojant. Esant dažniams, viršijantiems 300 MHz, dėl procesų banginio pobūdžio įtampos ir srovės reikšmės praranda vienareikšmiškumą, o matavimo rezultatai pradeda priklausyti nuo įrenginio prijungimo vietos. Tuo pačiu metu galios srautas per bet kurį perdavimo linijos skerspjūvį visada išlieka nepakitęs. Dėl šios priežasties galia tampa pagrindiniu parametru, apibūdinančiu mikrobangų įrenginio veikimo režimą.

Aktyvioji (sugeriama elektros grandinės) vienfazės galia kintamoji srovė apibrėžtas kaip

P = UIcosφ , (9.1)

Kur U, I - įtampos ir srovės vidutinės kvadratinės vertės; φ yra fazės poslinkis tarp momentinių įtampos ir srovės verčių.

Jei apkrova Rn in elektros grandinė grynai aktyvus (φ = 0), tada kintamoji galia

P = UI = I2 Rн = U2 / Rн, (9.2)

Savavališko bangos formos signalo su periodine struktūra elektros galia gali būti įvertinta naudojant Furjė seriją:

P = U0 I0 + U1 I1cosφ1 + U2 I2cosφ2 + … + Un Incosφn , (9.3)

kur U0, I0 yra pastovūs komponentai; Un,In yra įtampos ir srovės harmonikų vidutinės kvadratinės vertės; φn yra fazės poslinkis tarp įtampos Un ir srovės In harmonikų.

Kintamosios srovės elektros galią galima išmatuoti tiesiogiai specialių prietaisų – vatmetrų pagalba, arba netiesiogiai – matuojant į minėtus santykius įtrauktus kiekius. Vatmetrų veikimo principas pagrįstas daugybos operacijos įgyvendinimu. Naudojami tiesioginiai ir netiesioginiai daugybos įrenginiai. Tiesioginio dauginimo prietaisų pavyzdžiai yra elektrodinaminės sistemos vatmetrų matavimo mechanizmai. Tiesioginį įtampos ir srovės padauginimą galima pasiekti naudojant Hall keitiklius arba specialias lauko tranzistorių grandines ir kt.

Netiesioginio dauginimo įrenginiuose dydžių sandauga randama naudojant matematines operacijas, tokias kaip sudėjimas (atimtis), eksponencija, logaritmas, integravimas ir kt. Šiems tikslams naudojami analoginiai integraliniai daugikliai. Šiuolaikiniai vatmetrai, skirti 1 ... 10 MHz dažniams, yra pagaminti remiantis integruotais daugikliais, naudojant šiluminius keitiklius.

554 kb.25.11.2011 13:50

1.doc

Penzos valstijos universitetas

Metrologijos ir kokybės sistemų katedra
abstrakčiai

Tema: "Galios ir energijos matavimai"

Baigė: studentas gr.08-pts1

Astafieva D.O.
Priimta: Ph.D., docentas

Safronova K.V.
Penza 2010 m

Planuoti
1. Įvadas.

• 
  Vieno instrumento metodas

• 
  Dviejų instrumentų metodas

• 
  Trijų instrumentų metodas

• 
  Galios matavimas elektroniniu lygintuvo vatmetru

• 
  Galios matavimas termoelektriniu vatmetru

• 
  Galios matavimas su Hall keitikliu vatmetru

• 
  Galios matavimas osciloskopu

• 
  Matavimas skaitmeniniais vatmetrais

7. Literatūros sąrašas.

1. Įvadas.
Šiuo metu būtina išmatuoti nuolatinės srovės galią ir energiją, vienfazės ir trifazės kintamosios srovės aktyviąją galią ir energiją, trifazės kintamosios srovės reaktyviąją galią ir energiją, momentinę galios vertę, taip pat elektros kiekis labai plačiame diapazone. Taigi, nuolatinės ir vienfazės kintamosios srovės galia matuojama nuo 10–18 iki 10 10 W, o apatinė riba reiškia radijo inžinerijos prietaisų aukšto dažnio kintamos srovės galią. Reikalingas nuolatinės ir kintamosios srovės galios matavimo tikslumas skirtingiems dažnių diapazonams yra skirtingas. Tiesioginiam ir kintamajam vienfaziam ir trifazė srovė pramoninio dažnio paklaida turi būti ± (0,01-0,1) %; pasibaigus aukšti dažniai paklaida gali būti didesnė nei ± (1-5%).

Išmatavimas iš naujo aktyvioji galia turi praktinę reikšmę tik dideliems elektros vartotojams, kurie visada maitinami trifaze kintama srove. Apatinė matavimo riba reaktyvioji galia trifazė kintamoji srovė yra kelių varų lygyje, o viršutinė riba yra maždaug 10 6 var. Reaktyviosios galios matavimo paklaida turi būti ± (0,1–0,5) %.

Elektros energijos matavimo diapazonas nustatomas pagal vardinių (didžiausių) srovių ir įtampų diapazonus. Įvairių elektros prietaisų suvartojamai energijai apatinė srovės matavimo diapazono riba yra maždaug 10 - 9 A, o įtampa - 10 - 6 V. Tačiau nėra matavimo prietaisų, skirtų tiesiogiai matuoti tokias mažas energijas, o mažos energijos. vertės nustatomos netiesioginiais metodais (pavyzdžiui, nustatoma galia ir laikas). Viršutinė srovės matavimo diapazono riba siekia 10 4 A, o įtampa - 10 6 V. Energijos matavimo leistina paklaida turi būti ± (0,1 - 2,5)% ribose.

Matavimas reaktyvioji energija būtini tik pramoninėms trifazėms grandinėms. Todėl apatinė srovės matavimo diapazono riba šiuo atveju yra 1 A lygyje, o įtampa – 100 V. Tiesioginio energijos matavimo srovės matavimo diapazono viršutinė riba yra 50 A, o įtampa – 380 V. leistina reaktyviosios energijos matavimo paklaida turi būti ±(1-2,5)% .

Plačiame diapazone taip pat būtina išmatuoti elektros kiekį: nuo elektros kiekio matavimo trumpalaikiais srovės impulsais (milikulono vienetais) iki ilgą laiką (iki 10 C) tekančios elektros kiekio matavimo. Elektros energijos kiekio matavimo leistina paklaida turi būti ± (0,1-5) %.

Galios, energijos, elektros kiekio matavimo diapazonai ir mažiausia paklaida, pasiekta naudojant šiuolaikinėmis priemonėmis vidaus pramonės pagaminti matavimai pateikti 1 lentelėje.

Lentelė 1

Išmatuota vertė	Vienetas	Matavimo diapazonas	pasiekiamas Mažiausiai klaida, %
Galia: nuolatinė srovė	antradienis	0,9 – 2,4 * 10	±0,02
vienfazis kintamoji srovė	B*A	2 * 10 - 8 * 10	±0,1
trifazė kintamoji srovė	B*A	40 – 3,5 * 10	±0,1
reaktyvioji trifazė srovė	var	40 – 8 * 10	±0,5
Energija: Nuolatinė srovė	kW*h	aš = 5÷1000 A U =6÷3000 V	±1,0
vienfazis kintamoji srovė	kW*h	I = 1÷1000 A U=110÷380 V	±2,0
trifazė srovė (trijų laidų grandinė)	kV*h	I = 1÷50 A U=100÷380V	±0,5
trifazė srovė (keturių laidų grandinė)	kW*h	I = 1÷50 A U=100÷380V	±1,0
reaktyvioji trifazė srovė	kvar*h	I = 1÷50 A U=100÷380V	±1,5

Pastaba. aš ir U- vardinė srovė ir įtampa.
2.Nuolatinės ir kintamosios srovės galios ir energijos matavimas vienfazė srovė.
Elektrodinaminiai ir ferodinaminiai vatmetrai naudojami galiai matuoti tiesioginės ir kintamos vienfazės srovės grandinėse.

Tiksliems nuolatinės ir kintamosios srovės galios matavimams pramonės ir padidėjęs dažnis(iki 5000 Hz) gamina elektrodinaminius vatmetrus nešiojamų prietaisų pavidalu, kurių tikslumo klasės yra 0,1-0,5.

Galios matavimams gamybos sąlygomis pramoninių ar aukštesnių fiksuotų dažnių (400, 500 Hz) kintamosios srovės grandinėse naudojami 1,5-2,5 tikslumo klasės ekraniniai ferodinaminiai vatmetrai.

Termoelektriniai ir elektroniniai vatmetrai naudojami galiai matuoti aukštais dažniais.

Matuojant mažas galias mikrobangų dažniais, galima naudoti elektrometrus.

Matuojant galią esant didelėms srovėms ir įtampai, vatmetrai paprastai jungiami per matavimo srovės ir įtampos transformatorius.

Taip pat naudojami netiesioginiai nuolatinės ir vienfazės kintamosios srovės galios matavimo metodai. Nuolatinės srovės galią galima nustatyti naudojant du prietaisus: ampermetrą ir voltmetrą, o vienfazės kintamos srovės galią galima nustatyti naudojant tris prietaisus: ampermetrą, voltmetrą ir fazės matuoklį (arba galios koeficiento matuoklį). Esant skirtingoms prietaisų įjungimo schemoms, galios matavimo metodinių paklaidų reikšmės skiriasi priklausomai nuo prietaisų varžų ir apkrovos santykio (panašiai kaip vatmetro paklaidos). Atliekant netiesioginį galios matavimą, vienu metu reikia nuskaityti du ar tris įrenginius. Be to, tai sumažina matavimo tikslumą dėl prietaisų instrumentinių paklaidų sumavimo. Pavyzdžiui, tiesioginiai vienfazės kintamos srovės galios matavimai gali būti atliekami su mažiausia ±0,1% paklaida (žr. 1 lentelę), o atliekant netiesioginius galios matavimus, tik galios koeficientas gali būti matuojamas su mažiausia paklaida. ±0,5%, todėl bendra paklaida viršys ±0,5%.

Kartais naudojamas kintamosios srovės galiai matuoti. elektroninis osciloskopas, visų pirma, siekiant nustatyti histerezės nuostolių galią feromagnetinėse medžiagose. Tokiu atveju histerezės kilpos plotas yra proporcingas nuostolių galiai.

Nuolatinės srovės energijos matavimas atliekamas naudojant nuolatinės srovės skaitiklius.

Vienfazės kintamos srovės energija matuojama indukciniais elektros energijos skaitikliais.

Elektros energija taip pat gali būti matuojama naudojant elektroninius elektros energijos skaitiklius, kurie neturi judančių dalių. Tokie skaitikliai turi geresnes metrologines charakteristikas ir didesnį patikimumą bei yra perspektyvios elektros energijos matavimo priemonės.

Vienfazėse kintamosios srovės grandinėse reaktyviosios galios ir energijos matavimas dažniausiai atliekamas tik laboratorinių tyrimų metu. Šiuo atveju reaktyvioji galia suprantama kaip

. Reaktyvioji galia vienfazė grandinė gali būti matuojamas tiek naudojant tris prietaisus (netiesioginis metodas), tiek su specialiu vatmetru, kuris turi sudėtingą lygiagrečią grandinę, kad būtų pasiektas fazės poslinkis tarp šios grandinės srovės ir įtampos vektorių, lygus 90 °.

3. Aktyviosios galios ir energijos matavimas trifazės grandinės.
Trifazėje sistemoje, neatsižvelgiant į apkrovos prijungimo schemą (trikampio ar žvaigždės), momentinė galios vertė R sistema yra lygi atskirų fazių momentinės galios verčių sumai:

p = p p R

Aktyvioji galia R ir energija W per laiko intervalą t yra atitinkamai apibrėžti posakiais:

P=

, (1-1b)

Kur

, - fazinės įtampos ir srovės;

- fazių poslinkio kampo tarp srovės ir įtampos kosinusas apkrovos fazėse; T- kintamosios įtampos kitimo laikotarpis.

Simetriškoje trifazėje sistemoje, kurioje visos fazinės ir tiesinės įtampos, srovės ir fazių poslinkio kampai tarp įtampų ir srovių yra lygūs, šios lygtys bus tokios formos:

P=3; (1–2a)


, (1-26):

Kur , - tiesinės įtampos ir srovės;

- fazių poslinkio kampo tarp srovės ir įtampos kosinusas apkrovos fazėje. Kai apkrova sujungiama žvaigždute (1-1 pav., a), momentinė galia p=

, kur ir , ir , ir - momentinės fazių įtampų vertės; i BET , i AT , i NUO - momentinės fazių srovių vertės. Turint omenyje

,

,

,

, Trifazės sistemos momentinės galios vertės lygtis gali būti pavaizduota trimis formomis:

;

;

.

Ryžiai. 1-1. Aktyvios galios matavimo trifazėje grandinėje su vienu vatmetru schema, kai apkrova įjungiama žvaigždute a) ir trikampis (b)
Tokias pačias išvadas galima padaryti, kai apkrova įjungiama trikampiu. Pereidami nuo momentinių į vidutines vertes, gauname aktyviosios galios išraiškas:

Kur

,

ir tt ir taip pat aš BET , aš AT , aš NUO - efektyvios vertybės linijos įtampos ir srovės; ,ir taip toliau – fazių poslinkio kampai tarp atitinkamų srovių ir įtampų.

Iš (1-1) - (1-3) lygčių matyti, kad trifazės sistemos galiai, taigi ir energijai, gali būti matuojamas vienas įrenginys, du įrenginiai arba trys įrenginiai. Vieno įrenginio metodas pagrįstas išraiškų (1-2) vartojimu ir naudojamas simetriškose trifazėse sistemose. Asimetrinėje sistemoje, kurioje srovių, įtampų ir fazių poslinkio kampų reikšmės nėra vienodos, dviejų įrenginių metodas naudojamas naudojant išraiškas (1-3).

Galiausiai, bendriausiu atveju, įskaitant keturių laidų asimetrinę sistemą, remiantis išraiškomis (1-1), taikomas trijų įrenginių metodas.

Apsvarstykite galios matavimo metodus, kurie taip pat suteikia idėją apie energijos matavimo metodus.
^ Vieno įrenginio metodas.

Jei trifazė sistema yra simetriška, o apkrovos fazės yra sujungtos žvaigždute su pasiekiamu nuliniu tašku, tada vienfazis vatmetras įjungiamas pagal pav. 1-1, a ir išmatuoti vienos fazės galią. Norint gauti visos sistemos galią, vatmetro rodmenys patrigubinami. Taip pat galite matuoti galią, kai apkrovos fazės yra sujungtos trikampiu, tačiau su sąlyga, kad vatmetro nuoseklioji apvija gali būti įtraukta į vieną iš apkrovos fazių (1-1 pav., b).

Ryžiai. 1-2. Aktyvios galios matavimo trifazėje grandinėje schema su dirbtiniu nuliniu tašku (a) ir vektorine diagrama b)
Jei apkrova yra sujungta trikampiu arba žvaigždute su neprieinamu nuliniu tašku, tada naudojamas vatmetras su dirbtiniu nuliniu tašku (1-2 pav., a), kuris sukuriamas naudojant du papildomus rezistorius su aktyvus pasipriešinimas ir . Šiuo atveju būtina, kad = = ( yra lygiagrečios vatmetro grandinės varža). Ant pav. 1-2, b parodyta vektorinė diagrama, atitinkanti fig. 1-2, a.Įtampa

,

ir

ant lygiagrečios apvijos ir rezistoriai, kurie sudaro dirbtinį nulinį tašką, yra lygūs fazinėms įtampoms. Kampai tarp fazinių įtampų ir apkrovos fazinių srovių žymimi . Kadangi kampai tarp vektorių aš AB iraš BET , taip pat tarp vektorių ir U AB yra 30°, tada kampas tarp įtampos vektoriaus, taikomo lygiagrečiai vatmetro grandinei, ir srovės vektoriaus aš BET = aš AB aš BET Su nuoseklioje apvijoje taip pat lygi . Todėl vatmetro rodmuo

Nes

ir

, tada

, ty vatmetras rodo vienos fazės galią. Norint gauti visos sistemos galią, vatmetro rodmenis reikia tris kartus padidinti. Tas pats atsitiks ir prijungus apkrovą su žvaigždute.

Tokia grandinė nenaudojama energijai matuoti dėl didelio skaitiklio lygiagrečios grandinės induktyvumo.

Ryžiai. 1-3. Dviejų vatmetrų įjungimo aktyviajai galiai matuoti schemos trifazis tinklas

^ Dviejų instrumentų metodas .
Šis metodas naudojamas asimetrinėse trijų laidų trifazėse srovės grandinėse. Remdamiesi išraiškomis (1-3), turime tris dviejų įrenginių perjungimo grandinės parinktis (1-3 pav., a- in). Vatmetrų veikimo analizė pagal šias schemas rodo, kad, priklausomai nuo fazių apkrovos pobūdžio, kiekvieno vatmetro rodmenų ženklas gali keistis. Trifazės sistemos aktyvioji galia šiuo atveju turėtų būti nustatoma kaip abiejų vatmetrų rodmenų algebrinė suma.

^ Trijų įrenginių metodas.
Tuo atveju, kai asimetrinė apkrova įjungiama žvaigždute su neutraliu laidu, t.y. kai yra asimetrinė trifazė keturių laidų sistema, naudojami trys vatmetrai, sujungti pagal schemą pav. 15-11. Su šiuo įtraukimu kiekvienas vatmetras matuoja vienos fazės galią. Pilna jėga sistema apibrėžiama kaip vatmetro rodmenų aritmetinė suma.

Laboratorinėje praktikoje daugiausia naudojami vieno, dviejų ir trijų prietaisų metodai. Pramoninėmis sąlygomis naudojami dviejų ir trifaziai vatmetrai ir skaitikliai, kurie viename įrenginyje yra dviejų (dviejų elementų) arba trijų (trijų elementų) vienfazių matavimo mechanizmų derinys.

Bendra judanti dalis, kurią veikia bendras visų elementų sukimo momentas.

Ryžiai. 1-4. Aktyvios galios matavimo trimis vatmetrais schema

4. Reaktyviosios galios ir energijos matavimas trifazėje grandinėje.
Trifazio tinklo reaktyvioji galia gali būti pavaizduota kaip atskirų fazių reaktyviųjų galių suma, t.y.

Q=

Su visiška sistemos simetrija, reaktyvioji galia

Trifazio tinklo reaktyviąją galią (energiją) galite išmatuoti įvairiais būdais: naudojant įprastinius vatmetrus (skaitiklius), įjungtus pagal specialias schemas, ir naudojant reaktyviuosius vatmetrus (skaitiklius).

1-5 pav. Vatmetro (a) reaktyviajai galiai matuoti simetrinėje trifazėje grandinėje įjungimo schema ir vektorinė diagrama (b)
Esant visiškam trifazio tinklo simetrijai, reaktyviąją galią galima išmatuoti vienu vatmetru, prijungtu pagal schemą Fig. 1-5, a. Vatmetro rodmenys (atsižvelgiant į vektorinę diagramą 1-5 pav., b)

Norint nustatyti visos sistemos reaktyviąją galią, vatmetro rodmenys dauginami iš

. Grandinė su vienu vatmetru, net ir esant nedidelei sistemos asimetrijai, suteikia didelių klaidų. Geriausi rezultatai gaunami matuojant reaktyviąją galią dviem vatmetrais (1-6 pav.), o kartu ir vatmetrų rodmenų sumą.

Ryžiai. 1-6. Dviejų vatmetrų įjungimo schema matuojant reaktyviąją galią asimetriškoje trifazėje grandinėje

Grandinės veikimo esant asimetrinei apkrovai analizė yra gana sudėtinga, todėl apsiribojame ypatingu atveju, kai

ir sistema yra simetriška. Tokiu atveju

. Norint gauti trifazės sistemos galią, vatmetro rodmenų suma padauginama iš .

Kai apkrova įjungiama pagal trikampio schemą, prietaisai (vatmetrai arba skaitikliai) įjungiami taip pat, kaip parodyta pav. 1-5, a ir 1-6.

Esant netolygiai fazių apkrovai, bet simetriškai įtampos sistemai (dalinei asimetrijai), trifazio tinklo reaktyviąją galią galima išmatuoti dviem identiškais aktyviosios galios vatmetrais su dirbtiniu nuliniu tašku (1-7 pav., a). . Dirbtiniam nuliniam taškui N sukurti naudojamas rezistorius R, kurio varža lygi lygiagrečios vatmetro grandinės varžai. Konkrečiu vienodos fazės apkrovos atveju, kai f = f 2 = fz = f vatmetrų rodmenų suma

=

=

=

.

Norint gauti trifazio tinklo reaktyviąją galią, vatmetro rodmenų suma padauginama iš.

Ryžiai. 1-7. Dviejų vatmetrų įjungimo schema (a) reaktyviajai galiai matuoti trifaziame tinkle su daline asimetrija ir vektorine diagrama.
Išsami grandinės analizė pav. 1-7, o netolygus fazių apkrovimas su simetriška įtampos sistema lemia tą patį rezultatą.

Matuojant reaktyviąją galią ir energiją trijų ir keturių laidų asimetriškuose tinkluose, galima naudoti vieną trijų elementų įrenginį arba tris prietaisus (vatmetrus arba skaitiklius) - pav. 1-8, a. Panagrinėkime matavimo galimybės konkrečiu atveju įrodymą. Prietaisų rodmenų suma, atsižvelgiant į fazių seką, kai įjungiamos lygiagrečios apvijos, kaip parodyta fig. 1-8, a .

1-8 pav. Trijų vatmetrų įjungimo schema (a), skirta reaktyviajai galiai matuoti trifaziame (keturių laidų) tinkle ir vektorinė diagrama (b)

Nuo vektorinė diagrama(1-8.6 pav.) randame

,

,

. Nuo tada . Norint rasti sistemos reaktyviąją galią, vatmetro rodmenų sumą reikia padalyti iš .

Remiantis šiuo metodu, gaminami reaktyvūs skaitikliai, tinkami tiek trijų, tiek keturių laidų trifazėms srovės grandinėms.

Naudojant netiesioginius elektros energijos matavimo metodus, pavyzdžiui, tikrinant elektros energijos skaitiklius, naudojami elektrodinaminiai vatmetrai ir chronometrai.

5. Galios matavimas kintamosios srovės grandinėse esant aukštiems ir aukštiems dažniams.
Aukšto ir aukšto dažnio kintamosios srovės grandinėse atliekami tiesioginiai ir netiesioginiai galios matavimai. Kai kuriais atvejais pirmenybė teikiama netiesioginiams matavimams, nes įtampą, srovę ir varžą matuoti lengviau nei galią. Tiesioginiai matavimai daugiausia atliekami naudojant elektroninius vatmetrus. Kai kuriuose elektroniniuose vatmetruose naudojami elektrodinaminiai matavimo mechanizmai su išankstiniu srovės ir įtampos stiprinimu arba preliminariu šių dydžių ištaisymu. Kaip matavimo mechanizmą jie gali naudoti elektrostatinį elektrometrą su įtampos ir srovės stiprintuvais, taip pat magnetoelektrinius mechanizmus su keturkampiais. Keturkampiai atliekami ant puslaidininkinių diodų, keitiklių ir kitų netiesinių elementų, kurių veikimas vykdomas kvadratinėje srovės įtampos charakteristikos pjūvyje. Daugybos operacija ui kvadratuose pakeičiamas sumavimo ir kvadratūros operacijomis. Dažnių diapazone iki šimtų megahercų naudojami vatmetrai su Hall jutikliais. Esant mikrobangų dažniams, galia matuojama galią paverčiant šiluma (kalorimetriniai metodai), šviesa (fotometriniai metodai) ir kt.

^ Galios matavimas elektroniniu lygintuvo vatmetru.
grandinės schema elektroninis vatmetras su kvadratu, pagamintu ant puslaidininkinių diodų, parodytas fig. 2-1. Vatmetras srovės grandinėje turi du rezistorius, kurių varžos

daug mažesnis atsparumas apkrovai ir du rezistoriai su varžomis , įtampos grandinėje. Rezistoriai ir veikia kaip įtampos daliklis, todėl varža yra daug didesnė nei apkrovos varža

.

Įtampos kritimas per rezistorius yra proporcingas apkrovos srovei , skirstytuvo rezistoriaus įtampos kritimas proporcingas apkrovos įtampai, t.y. k 2 ir. Kaip matyti iš diagramos, įtampa ir 1 ir ir 2 ant diodų VD 1 ir VD 2 bus atitinkamai:

;


Esant identiškoms diodo charakteristikoms ir veikimui srovės-įtampos charakteristikos kvadratinėje dalyje, srovės ir i 2 proporcinga įtempių kvadratams.

Ryžiai. 2-1. Elektroninio lygintuvo vatmetro schema.
Srovė įrenginio grandinėje

. Šioje išraiškoje pakeičiant reikšmes ir , mes gauname

Kur

.

Nuolatinė srovės dedamoji, išmatuota magnetoelektriniu prietaisu, esant

ir

proporcingas aktyviajai galiai:

Kur R X - išmatuota galia.

Elektroniniai vatmetrai, į kurių grandinę įtraukti diodai, pasižymi mažu tikslumu (lemiantis veiksnys yra diodų charakteristikų netapatumas), matavimo paklaida ± (1,5-6)%, mažo jautrumo, didelio energijos suvartojimo, riboto dažnių diapazonas (iki dešimčių kilohercų).
^ Galios matavimas termoelektriniu vatmetru.
Dažnių diapazonas gali būti išplėstas iki 1 MHz, jei kvadratas pastatytas ant bekontakčių šiluminių keitiklių. Termoelektrinis vatmetras nuo lygintuvo skiriasi tuo, kad vietoj diodų įjungiami bekontakčiai termoporos šildytuvai, o termo-EMF skirtumas šaltuosiuose galuose, matuojamas magnetoelektriniu milivoltmetru, yra proporcingas vidutinei apkrovos suvartojamai galiai.

Šiluminiai vatmetrai naudojami galiai matuoti grandinėse, kuriose srovė ir įtampa yra ne sinusoidinė; matuojant galią grandinėse su dideliu fazių poslinkiu tarp įtampos ir srovės, nustatant elektrodinaminių vatmetrų dažnio paklaidą.
^ Galios matavimas vatmetru su Hall keitikliu.
Hall konverteris yra keturių gnybtų įtaisas, pagamintas iš plonos vieno kristalo puslaidininkinės plokštelės. srovės išėjimai T-T Hall efekto keitiklis prijungtas prie išorinis šaltinis nuolatinė arba kintamoji srovė, potencialūs išėjimai X-X (Hall), tarp kurių EML atsiranda tuo metu, kai magnetinis laukas veikia plokštę, į įtampos matuoklį. išvadas X-X yra pritvirtinti prie šoninių paviršių potencialų išlyginimo taškuose, kai nėra išorinio magnetinio lauko. Salės elektrovaros jėga

, kur į X - koeficientas, kurio reikšmė priklauso nuo plokštelių medžiagos, matmenų ir formos, taip pat nuo aplinkos temperatūros ir magnetinio lauko vertės; AT- magnetinė indukcija.

Holo elektrovaros jėga bus proporcinga galiai, jei vienas iš įvesties dydžių (pavyzdžiui, magnetinė indukcija ^ B) padaryti jį proporcingą įtampai ir, ir kitas (pavyzdžiui, srovė i X ) - srovė per apkrovą.

Ryžiai. 2-2. Vatmetras su Hall keitikliu
Įdiegti vatmetro Hall keitiklį ^ PHįdėta į elektromagneto tarpą (2-2 pav.), įmagnetinimo ritė L kuri maitinama apkrovos srovei proporcinga srove ir per T-T praleidžia srovę, proporcingą apkrovai taikomai įtampai . Srovės vertę riboja papildomas rezistorius . Magnetinės kryptys jėgos linijos indukcijos vektorius AT magnetinės grandinės šerdies magnetiniame lauke parodytos fig. 2-2 punktyrinės linijos. Salės elektrovaros jėga

užfiksuotas magnetoelektriniu milivoltmetru (į- proporcingumo koeficientas).
Hallo keitiklio vatmetrai leidžia išmatuoti galią dažnių diapazone iki šimtų megahercų.

Šių vatmetrų privalumai – inercija, konstrukcijos paprastumas, ilgaamžiškumas, patikimumas, trūkumas – parametrų priklausomybė nuo temperatūros.
^ Galios matavimas osciloskopu .
Netiesioginiai galios matavimo metodai apima osciloskopo metodą, kurį rekomenduojama naudoti, kai grandinė maitinama nesiusoidine įtampa, esant aukštiems dažniams, mažos galios įtampos šaltiniams, veikimui. elektroninės grandinės rakto režimu, netiesinių elementų buvimas grandinėje ir pan. Visų pirma, kai elektroninės grandinės veikia impulsiniu režimu, momentinės įtampos vertės matuojamos naudojant osciloskopą ir (t) ir srovės i(t) tiriamoje grandinės atkarpoje tam tikrą laiką, lygų impulso pasikartojimo periodui (ypač kruopščiai matuojami pulso kilimo ir kritimo metu). Remiantis gautais duomenimis, sudaromi įtampos ir srovės grafikai. Momentinės galios vertės grafikas R(t) remtis įtempių kreivių ordinačių sandauga ir (t) ir srovės i(t) už kiekvieną impulso laiko momentą.

Pagal laikotarpio momentinės galios verčių kreivę nustatoma maksimali momentinės galios vertė Rir maks, vidutinė galios P ​​reikšmė ir impulso galia P ir. Norėdami nustatyti vidutinę galios vertę R ir impulso galią P ir apskaičiuokite plotą, kurį riboja momentinės galios kreivė per periodą, ir tada pastatykite vienodo ploto stačiakampį. Jei stačiakampio pagrindas yra lygus impulso trukmei, tai jo aukštis yra impulso galios P ​​reikšmė, o jei stačiakampio pagrindas yra lygus impulso pasikartojimo periodui, tai stačiakampio aukštis lygus vertė vidutinė galia R.

^ Matavimas skaitmeniniais vatmetrais
Skaitmeniniai vatmetrai yra pagrįsti analoginiais įtampos daugikliais ir (t) ir dabartinis i (t) (2-3 pav., a) arba diskrečiųjų reikšmių dauginimas ir (t) ir i(t) (2-3 pav., b), po to apskaičiuojant produkto vidurkį.

Skaitmeniniuose vatmetruose, pagamintuose pagal konvertavimo schemą ir (t) ir i(t) į atskiras reikšmes, kurios pavaizduotos atitinkamais skaitmeniniais kodais, yra dauginamos ir apskaičiuojamos vidurkiu naudojant skaitmeninius įrenginius. Šie vatmetrai turi gana didelį greitį, kurį lemia ADC ir daugiklio charakteristikos. Skaitmeniniai vatmetrai naudoja „push-pull ADC“, taip pat įmontuotus mikroprocesorius.

6. Elektros energijos skaitikliai.
Indukcinio skaitiklio įjungimo įtaisas ir grandinė parodyta fig. 3-1, kur 1 yra trijų strypų magnetinė grandinė su įtampos apvija; 2 - skaičiavimo mechanizmas; 3 - ant ašies sumontuotas aliuminio diskas; 4 - nuolatinis magnetas, sukuriantis stabdymo momentą; 5 - U formos magnetinė šerdis su srovės apvija.

Ryžiai. 3-1. Įrenginys ir grandinė indukciniam matuokliui įjungti

Indukcinio matuoklio veikimo analizė rodo, kad sukimo momentas yra proporcingas kintamosios srovės galiai, t.y.

,

Kur į- pastovus koeficientas.

Judinama skaitiklio dalis (aliuminio diskas) yra veikiama stabdymo momento, proporcingo disko sukimosi dažniui. Šis momentas susidaro dėl srovės, sukeltos besisukant tarp polių, veikimo nuolatinis magnetas diskas ir yra nustatomas pagal išraišką

kur - pastovus koeficientas; - sukimosi dažnis

Diskas.
Sulyginę sukimo momentą ir stabdymo momentus, gauname

N disko apsisukimų skaičius per laiką

energijos matavimas nustatomas pagal disko sukimosi dažnio laiko integralą

t.y.


,

Kur C =

- skaitiklio konstanta; W energija per tam tikrą laiko intervalą praėjo per skaitiklį .

Energija skaičiuojama pagal skaičiavimo mechanizmo – apsisukimų skaitiklio rodmenis, sugraduotą energijos vienetais. Skaičiavimo mechanizmu fiksuojamas elektros energijos vienetas (dažniausiai 1 kWh) atitinka tam tikrą judamosios skaitiklio dalies apsisukimų skaičių. Šis santykis vadinamas pavaros santykiu. BET, nurodyta ant prekystalio.

Pavaros santykio atvirkštinė vertė, ty įrašytos energijos ir disko apsisukimų skaičiaus santykis, vadinamas vardine konstanta C nom. Vertybės BET ir C NO m priklauso tik nuo skaičiavimo mechanizmo konstrukcijos ir už šis skaitiklis lieka nepakitę.

Pagal faktinę skaitiklio konstantą NUO suprasti energijos kiekį, iš tikrųjų praleidžiamą per skaitiklį per vieną judančios dalies apsisukimą. Tikroji konstanta, skirtingai nei vardinė, priklauso nuo apkrovos srovės, taip pat nuo išorinių sąlygų (temperatūros, dažnio ir kt.). Žinant NUO ir miego režimu, galite nustatyti santykinę skaitiklio paklaidą

Kur W " yra skaitiklio išmatuota energija, o W yra tikroji per skaitiklį pratekėjusios energijos vertė.

Aktyvių energijos skaitiklių tikslumo klasė yra 0,5; 1,0; 2; 2,5; reaktyviosios energijos skaitikliai - 1,5; 2 ir 3. Skaitiklių tikslumo klasė normalizuoja santykinę bazinę paklaidą ir kitas metrologines charakteristikas.

Būsenos standartas nustato skaitiklio jautrumo slenkstį (procentais), kurį nustato išraiška

, kur 1- minimali srovės vertė, kuriai esant skaitiklio diskas pradeda suktis be sustojimo; Inom - nominali srovės vertė skaitikliui srovės apvijoje. Šiuo atveju srovės įtampa ir dažnis grandinėje turi būti vardinis, a = 1. Pagal GOST 6570-75 jautrumo riba neturi viršyti 0,4% - 0,5 tikslumo klasės skaitikliams ir 0,5% - klasėms 1,0; 1.5 ir 2. 2.5 ir 3 klasių reaktyviosios energijos skaitikliams vertė

turi būti ne daugiau kaip 1 %.

Disko sukimasis, kai apkrovoje nėra srovės ir esant įtampai lygiagrečioje skaitiklio grandinėje, vadinamas savaeigiu. Pagal GOST 6570-75 neturi būti savaeigių, kai įtampa nuo 80 iki 110% vardinės.

Skaitiklio paklaida priklauso nuo jo veikimo režimo, todėl valstybės standartas normalizuoja skirtingą santykinę paklaidą esant skirtingoms apkrovoms.

Išorinių veiksnių įtakoje skaitiklis turi papildomų klaidų, kurios taip pat yra normalizuotos pagal valstybinį standartą. Papildomos klaidos atsiranda dėl srovės ir įtampos kreivės formos iškraipymo, įtampos ir dažnio svyravimų, staigaus apkrovos suvartojamos galios sumažėjimo ir kai kurių kitų veiksnių.

Be vienfazių indukcinių skaitiklių, pramonė taip pat gamina trifazius aktyviosios ir reaktyviosios energijos skaitiklius. Trifaziai skaitikliai reiškia, tarsi tris (trijų elementų) arba du (dviejų elementų) skaitiklius, sujungtus viena sukimosi ašimi. Dviejų elementų skaitikliai naudojami matuojant energiją trijų laidų trifazėse grandinėse, o trijų elementų skaitikliai - keturių laidų grandinėse.

7. Literatūros sąrašas:

1. Metrologijos pagrindai ir elektriniai matavimai: Vadovėlis universitetams / B.Ya. Avdejevas, E. M. Antoniukas, E. M. Dušinas ir kiti; Red. VALGYTI. Dushina. – 6-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - L .: Energoatomizdat. Leningradas. 1987 m
2. Elektrinių dydžių matavimo prietaisai ir metodai: vadovėlis aukštosioms mokykloms / E.G. Atamaljanas. 3-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas - M .: Bustard, 2005 m