ข้อมูลทั่วไป.การวัดกำลังเป็นเรื่องธรรมดามากในการปฏิบัติของการวัดทางไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ในกระแสตรงและกระแสสลับในช่วงความถี่ที่ควบคุมทั้งหมด - สูงถึงมิลลิเมตรและคลื่นสั้นกว่า
สิ่งที่สำคัญเป็นพิเศษคือการวัดกำลังไฟฟ้าในช่วงไมโครเวฟ เนื่องจากพลังงานเป็นลักษณะเฉพาะของระบอบการปกครองทางไฟฟ้าของเส้นทางที่สอดคล้องกัน เมื่อการวัดกระแสและแรงดันไฟฟ้าในไมโครเวฟเป็นไปไม่ได้จริงเนื่องจากข้อผิดพลาดขนาดใหญ่
กำลังวัดโดยวัตต์ซึ่งมีตั้งแต่เศษส่วนของไมโครวัตต์ไปจนถึงหน่วย - สิบกิกะวัตต์
อุปกรณ์จะแบ่งออกเป็นวัตต์ขนาดเล็ก (ขึ้นอยู่กับกำลังไฟฟ้าที่วัดได้) (<10 мВт), средней (10 мВт... 10 Вт) и большой (>10 วัตต์) กำลังไฟ
หน่วยพื้นฐานของกำลังคือ วัตต์ (W) ตัวคูณและตัวคูณย่อยยังใช้:
กิกะวัตต์ (1 GW = W);
เมกะวัตต์ (1 MW = W);
กิโลวัตต์ (1 กิโลวัตต์ = W);
มิลลิวัตต์ (1 mW = W);
ไมโครวัตต์ (1 µW = W)
การกำหนดหน่วยพลังงานสากลมีอยู่ในภาคผนวก 1
สามารถวัดกำลังได้ไม่เฉพาะในค่าสัมบูรณ์เท่านั้น แต่ยังวัดในหน่วยสัมพัทธ์ด้วย - เดซิเบล:
ในการวัดพลังงานจะใช้วิธีการทางอ้อมและทางตรง ในการจำแนกประเภทแคตตาล็อก wattmeters อิเล็กทรอนิกส์ถูกกำหนดดังนี้: Ml - แบบอย่าง, M2 - กำลังส่ง, MZ - พลังงานดูดซับ, M4 - สะพานสำหรับมิเตอร์ไฟฟ้า, M5 - ตัวแปลง (หัว) ของวัตต์
วัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าถูกจำแนกตามหน่วยของกำลังที่ระบุไว้บนตาชั่งและแผงด้านหน้า: W - วัตต์มิเตอร์: กิโลวัตต์ - กิโลวัตต์มิเตอร์; mW - มิลลิวัตต์เมตร; W - ไมโครวัตต์มิเตอร์
การวัดกำลังไฟฟ้าใน DC และ กระแสสลับ ความถี่ต่ำ. ในการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับของความถี่อุตสาหกรรม วัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าของระบบอิเล็กโทรไดนามิกและเฟอโรไดนามิกมักใช้บ่อยที่สุด
ในทางปฏิบัติในห้องปฏิบัติการ ส่วนใหญ่จะใช้วัตต์มิเตอร์ของระบบอิเล็กโทรไดนามิกของคลาสความแม่นยำที่ 3, 4 และ 5 (0.1; 0.2; 0.5) ในอุตสาหกรรมสำหรับการวัดทางเทคนิค wattmeters ของระบบเฟอร์โรไดนามิกของคลาสความแม่นยำที่ 6, 7 และ 8 (1.0; 1.5 และ 2.5) ถูกนำมาใช้
มาตราส่วนของ wattmeters ขีด จำกัด เดียวจะสำเร็จการศึกษาในค่าของค่าที่วัดได้ (วัตต์, กิโลวัตต์, ฯลฯ ) วัตต์มิเตอร์แบบหลายขีด จำกัด มีมาตราส่วนที่ไม่ได้ให้คะแนน ก่อนที่จะใช้ wattmeters ดังกล่าวด้วยค่ากระแสไฟที่ทราบและค่าแรงดันไฟฟ้าที่ระลึกของขีด จำกัด ที่เลือกรวมถึงจำนวนส่วนของมาตราส่วนของ wattmeter ที่ใช้จำเป็นต้องกำหนดราคาหาร กับ(ค่าคงที่อุปกรณ์) ที่ ตามสูตร
เมื่อทราบค่าหารสำหรับวัตต์ที่ระบุในขีดจำกัดที่เลือก จะเป็นเรื่องง่ายที่จะอ่านค่าของกำลังที่วัดได้ ค่าพลังงานที่วัดได้จะเป็น
ที่ไหน พี -นับจำนวนดิวิชั่นตามมาตราส่วนของอุปกรณ์
วัตต์มิเตอร์ของระบบอิเล็กโทรไดนามิกใช้สำหรับวัดกำลังไฟฟ้าในวงจร DC และ AC ด้วยความถี่สูงถึงหลายกิโลเฮิรตซ์
วัตต์มิเตอร์ระบบเฟอโรไดนามิกนำไปใช้กับการวัดกำลังในวงจรของกระแสตรงและกระแสสลับของความถี่อุตสาหกรรม
ที่กระแสตรงและกระแสสลับของความถี่ต่ำ กลาง และสูง จะใช้วิธีการวัดทางอ้อมในการวัดกำลังไฟฟ้า กล่าวคือ แรงดันไฟฟ้า กระแส และเฟสกะถูกกำหนดโดยการคำนวณกำลังไฟฟ้าในภายหลัง กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานของกระแสสลับสองเฟสในวงจรที่มีโหลดเชิงซ้อนถูกกำหนดโดยสูตร
ที่ไหน คุณ ฉัน-ค่า rms ของแรงดันและกระแส
การเปลี่ยนเฟสระหว่างกระแสและแรงดัน
ในวงจรที่มีโหลดความต้านทานอย่างหมดจด , เมื่อ = 0, = 1, ไฟ AC คือ
,
(3.33)
กระแสไฟพัลส์:
ในทางปฏิบัติมักจะวัดค่า กำลังเฉลี่ยสำหรับช่วงเวลาของแรงกระตุ้น:
(3-35)
ที่ไหน q-รอบการทำงาน: q =;
ระยะเวลาชีพจร;
ปัจจัยรูปร่างพัลส์ 1;
ช่วงเวลาของแรงกระตุ้น
วิธีการวัดกำลังไฟฟ้าความถี่สูง. มีสองวิธีทั่วไปในการวัดกำลัง (ขึ้นอยู่กับชนิดของพลังงาน: ดูดซับหรือส่งผ่าน)
พลังดูดซับคือพลังงานที่ใช้โดยโหลด ในกรณีนี้ โหลดจะถูกแทนที่ด้วยค่าที่เท่ากัน และกำลังที่วัดได้จะกระจายไปอย่างสมบูรณ์กับโหลดที่เท่ากัน จากนั้นจึงวัดกำลังของกระบวนการระบายความร้อน โหลดของ wattmeters ดูดซับพลังงานอย่างสมบูรณ์ดังนั้นอุปกรณ์ดังกล่าวจึงเรียกว่า wattmeters ของพลังงานที่ดูดซับ (รูปที่ 3.16 ก)เนื่องจากโหลดต้องดูดซับพลังงานที่วัดได้อย่างสมบูรณ์ จึงสามารถใช้อุปกรณ์ได้เฉพาะเมื่อไม่ได้เชื่อมต่อผู้ใช้บริการเท่านั้น ข้อผิดพลาดในการวัดจะมีขนาดเล็กลง ยิ่งมีการจับคู่อิมพีแดนซ์อินพุตของวัตต์กับอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแหล่งกำเนิดที่ศึกษาหรืออิมพีแดนซ์คลื่นของสายส่ง
ข้าว. 3.16. วิธีการวัดการดูดซึม (o) และกำลังส่งด้วยวัตต์ (ข)
ผ่านอำนาจคือกำลังที่ส่งโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังโหลดจริง อุปกรณ์ที่ใช้วัดเรียกว่า wattmeters ของกำลังส่ง wattmeters ดังกล่าวใช้เศษส่วนของแหล่งพลังงานเพียงเล็กน้อยและส่วนใหญ่จะถูกจัดสรรใน payload จริง (รูปที่ 3.16, ข)
กำลังไฟที่ส่งผ่านรวมถึงอุปกรณ์บนตัวแปลงฮอลล์ ที่มีผนังดูดซับ และอุปกรณ์อื่นๆ
อยู่ในช่วงสูงและเกิน ความถี่สูงไม่ได้ใช้วิธีการทางอ้อมสำหรับการวัดกำลังเนื่องจากในส่วนต่าง ๆ ของสายส่งค่าของความแรงของกระแสและแรงดันตกนั้นแตกต่างกัน นอกจากนี้การเชื่อมต่ออุปกรณ์วัดจะเปลี่ยนโหมดการทำงานของวงจรวัด ดังนั้นจึงใช้วิธีอื่นในไมโครเวฟ: 1 เช่น การแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นความร้อน (วิธีแคลอรีเมตริก) การเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทาน (วิธีเทอร์มิสเตอร์)
วิธีแคลอรี่การวัดกำลังมีความแม่นยำสูง วิธีนี้ใช้ตลอดช่วงความถี่วิทยุทั้งหมดเมื่อทำการวัดกำลังที่ค่อนข้างสูงเมื่อมีการสูญเสียความร้อน วิธีแคลอรีเมตริกขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลง พลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนเมื่อของเหลวบางส่วนถูกทำให้ร้อนในเครื่องวัดความร้อนของวัตต์ (รูปที่ 3.17) นอกจากนี้ พลังงานถูกประเมินโดยการพิจารณาจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่ทราบและปริมาตรของของเหลวที่ไหลผ่านแคลอรีมิเตอร์ที่ทราบ:
,
(3.36)
ค่าสัมประสิทธิ์ของของเหลวที่ใช้อยู่ที่ไหน
- ปริมาตรของของเหลวร้อน
ข้าว. 3.17. อุปกรณ์ของ wattmeter แคลอรี่
ข้อผิดพลาดของวิธีแคลอรีเมตริกคือ 1...7%
วิธีเทอร์มิสเตอร์ (bolometric)การวัดกำลังไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการใช้คุณสมบัติของเทอร์มิสเตอร์เพื่อเปลี่ยนความต้านทานภายใต้อิทธิพลของพลังของการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดูดซับโดยพวกมัน เทอร์มิสเตอร์และโบโลมิเตอร์ใช้เป็นเทอร์มิสเตอร์
เทอร์มิสเตอร์เป็นเซมิคอนดักเตอร์เวเฟอร์ (หรือดิสก์) ที่อยู่ในภาชนะแก้ว เทอร์มิสเตอร์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบ กล่าวคือ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานจะลดลง
โบโลมิเตอร์เป็นแผ่นบาง ๆ ของไมกาหรือแก้วเคลือบด้วยชั้น (ฟิล์ม) ของแพลตตินั่ม โบโลมิเตอร์แบบฟิล์มมีความไวสูงมาก (สูงถึง ... W) โบโลมิเตอร์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวกเช่น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความต้านทานก็เพิ่มขึ้น
ความไวและความน่าเชื่อถือของเทอร์มิสเตอร์สูงกว่าโบโลมิเตอร์ แต่พารามิเตอร์ของโบโลมิเตอร์มีความเสถียรมากกว่า ดังนั้นจึงใช้ในวัตต์ที่เป็นแบบอย่าง (กลุ่มย่อย M1)
วิธีเทอร์มิสเตอร์ให้ความไวสูง ดังนั้นจึงใช้เพื่อวัดกำลังต่ำและปานกลาง การใช้ข้อต่อและอุปกรณ์แบ่งทำให้สามารถใช้วิธีการวัดกำลังสูงได้ ข้อผิดพลาดของเทอร์มิสเตอร์วัตต์คือ 4 ... 10% และส่วนใหญ่มักขึ้นอยู่กับระดับความสม่ำเสมอของโหลด
ลักษณะทางมาตรวิทยาหลักของวัตต์ที่คุณต้องรู้เมื่อเลือกอุปกรณ์ ได้แก่ :
ประเภทของอุปกรณ์ (กำลังดูดซับหรือส่งผ่าน);
ช่วงการวัดกำลัง
ช่วงความถี่;
ข้อผิดพลาดในการวัดที่อนุญาต
อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (SWR) ของอินพุตมิเตอร์ไฟฟ้าหรือโมดูลสะท้อนแสง
1. ให้กฎการรวมแอมมิเตอร์ในวงจรที่กำลังศึกษา
2. จุดประสงค์ของการสับเปลี่ยนคืออะไร?
3. ความต้านทานของแอมมิเตอร์เปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเชื่อมต่อกับ shunt?
4. shunt เชื่อมต่อกับแอมป์มิเตอร์อย่างไร?
5. แอมมิเตอร์ของระบบที่ใช้บ่อยในการวัดแรง กระแสตรง?
6. แอมมิเตอร์ของระบบใดที่ใช้วัดความแรง I ของกระแสสลับความถี่สูง?
7. ต้องปฏิบัติตามกฎอะไรเมื่อทำการวัดความแรงของความถี่สูงในปัจจุบัน?
8. ให้วงจรสมมูลของแอมมิเตอร์สำหรับวัดกระแสความถี่ต่ำ
9. ให้วงจรสมมูลของแอมมิเตอร์สำหรับวัดกระแสความถี่สูง
10. ระบุพารามิเตอร์หลักของแอมมิเตอร์
11. ข้อกำหนดสำหรับความต้านทานภายในของแอมมิเตอร์คืออะไร?
12. เหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้แอมมิเตอร์ไฟฟ้าของระบบอิเล็กโทรไดนามิกเมื่อทำการวัดกระแสสลับความถี่สูง?
13. ระบุข้อดีของแอมมิเตอร์ของระบบแมกนีโตอิเล็กทริก
14. ระบุข้อบกพร่องของแอมมิเตอร์ของระบบแมกนีโตอิเล็กทริก
15. แอมมิเตอร์แบบเครื่องกลไฟฟ้าที่มีขีด จำกัด การวัดห้าแบบมีการแบ่งจำนวนเท่าใด?
16. ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์คืออะไร?
17. โวลต์มิเตอร์เชื่อมต่อกับวงจรอย่างไร?
18. จุดประสงค์ของตัวต้านทานเพิ่มเติมคืออะไร?
19. สิ่งที่ต้องทำเพื่อขยายช่วงการวัดแรงดันไฟฟ้าของโวลต์มิเตอร์แบบเครื่องกลไฟฟ้า?
20. ระบุข้อดีและข้อเสียของโวลต์มิเตอร์แบบเครื่องกลไฟฟ้า
21. โวลต์มิเตอร์แบบแอนะล็อกอิเล็กทรอนิกส์จำแนกตามเกณฑ์อะไรบ้าง?
22. ไดอะแกรมโครงสร้างใดบ้างที่ใช้สร้างโวลต์มิเตอร์แบบแอนะล็อกอิเล็กทรอนิกส์
23. ระบุข้อดีและข้อเสียของโวลต์มิเตอร์แบบแอนะล็อกอิเล็กทรอนิกส์
24. ทำไมโวลต์มิเตอร์ชนิด U-D ถึงมีความไวสูง?
25. ทำไมโวลต์มิเตอร์ชนิด D-U ถึงมีช่วงความถี่กว้าง?
26. อะไรคือข้อดีของโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์มากกว่าแอนะล็อกอิเล็กทรอนิกส์?
27. เหตุใดโวลต์มิเตอร์แบบแอนะล็อกอิเล็กทรอนิกส์จึงมีมาตราส่วนระดับเดซิเบล
28. ลักษณะทางมาตรวิทยาที่สำคัญในการเลือกโวลต์มิเตอร์คืออะไร?
29. วัดแรงดันในหน่วยใด?
30. มัลติมิเตอร์คืออะไร?
31. เครื่องมือใดที่สามารถวัดกำลังในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงได้?
32. เครื่องมือใดที่สามารถวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรกระแสสลับไซน์ไซน์ของความถี่อุตสาหกรรมได้?
33. วิธีใดที่สามารถใช้วัดพลังงานต่ำในช่วงไมโครเวฟได้?
34. วิธีใดที่ใช้วัดได้ พลังงานมากขึ้นในช่วงไมโครเวฟ?
35. สิ่งที่คุณต้องรู้เมื่อกำหนดกำลังของสัญญาณพัลซิ่ง?
36. กำหนดพลังงานที่จัดสรรให้กับตัวต้านทาน R= 1 kΩ พร้อมกระแสไฟตรง 5 mA
37. กำหนดการกระจายของตัวต้านทาน R- กำลังไฟฟ้า 2 kΩ หากกระแสไซน์ที่มีแอมพลิจูด 4 mA ไหลผ่าน
38. วิธีแคลอรีเมตริกในการวัดกำลังไฟฟ้าคืออะไร?
39. วิธีการวัดกำลังไฟฟ้าของเทอร์มิสเตอร์คืออะไร?
40. โบโลมิเตอร์คืออะไรและใช้ที่ไหน?
41. ระบุข้อดีของเทอร์มิสเตอร์เปรียบเทียบกับโบโลมิเตอร์
42. ระบุข้อเสียของเทอร์มิสเตอร์เทียบกับโบโลมิเตอร์
43. ระบุข้อดีและข้อเสียของวัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าแบบไดนามิก
44. วัตต์มิเตอร์กำลังดูดกลืนอยู่ในกลุ่มและกลุ่มย่อยใด
45. ส่วนใดของพลังงานที่ใช้โดยการส่งกำลังไฟฟ้า wattmeters?
แผนการทำงาน
วิธีการต่างๆ ในการวัดกำลังไฟฟ้าและวิธีเชื่อมต่ออุปกรณ์ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง
การวิเคราะห์ผลการวัด
บทบัญญัติทางทฤษฎีพื้นฐาน
กำลังคือปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับงานที่ทำต่อหน่วยเวลา ซึ่งเทียบเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานของระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พลังงานไฟฟ้า คือ ปริมาณที่กำหนดอัตราการส่งหรือการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานประเภทอื่น เช่น พลังงานกล ความร้อน แสง เป็นต้น
กำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงถูกกำหนดโดยนิพจน์ พี = UI, ที่ไหน ยู- แรงดันไฟฟ้า, นำไปใช้กับโหลด V, ฉัน – กระแสไหลผ่านโหลด ก. หน่วยวัด พลังงานไฟฟ้าคือ วัตต์ (W) จากสมการข้างต้น จะได้ว่ากำลัง พี สามารถกำหนดได้ทางอ้อมโดยการวัดแรงดันด้วยโวลต์มิเตอร์ ยู เกี่ยวกับโหลดและแอมป์มิเตอร์ - ปัจจุบัน ฉัน, ไหลผ่านภาระ คูณผลการวัด ยูและ ฉัน, รับค่าพลัง
ในรูป 1 แสดงวงจรสองวงจรสำหรับเปิดโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ การเลือกรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งจะถูกกำหนดโดยข้อผิดพลาดในการวัดตามวิธีการที่อนุญาต ข้อผิดพลาดขึ้นอยู่กับความสามารถในการเปรียบเทียบของความต้านทานภายในของอุปกรณ์ที่มีความต้านทานโหลด R น .
ข้าว. หนึ่ง.แบบแผนสำหรับการเปิดอุปกรณ์สำหรับวัดพลังงาน
ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง
รูปโครงการ หนึ่ง เอใช้เมื่อความต้านทานโหลด R นน้อยกว่าความต้านทานของโวลต์มิเตอร์มาก R ใน; และแผนภาพของรูปที่ หนึ่ง ข– เมื่อความต้านทานโหลด R นมากกว่าความต้านทานของแอมมิเตอร์ R เอ. หากเราละเลยเงื่อนไขเหล่านี้และถือว่า R น = R ในสำหรับโครงร่างของมะเดื่อ หนึ่ง เอและ R น = R เอสำหรับโครงร่างของมะเดื่อ หนึ่ง ขข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของการวัดกำลังไฟฟ้าจะเป็น 100%
สะดวกกว่าในการวัดกำลังไฟฟ้าด้วยอุปกรณ์เดียว - วัตต์มิเตอร์ ในการกำหนดกำลังไฟฟ้า wattmeter ต้องการข้อมูลเกี่ยวกับกระแสและแรงดันไฟฟ้า และจะต้องสามารถคูณกันได้ อุปกรณ์ดังกล่าวคือ wattmeter อิเล็กโทรไดนามิกซึ่งประกอบด้วยขดลวดเคลื่อนที่ได้ซึ่งอยู่ภายในขดลวดคงที่
แรงดันโหลดเชื่อมต่อกับขดลวดเคลื่อนที่และกระแสโหลดจะถูกส่งผ่านขดลวดคงที่ ปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กของขดลวดทำให้ขดลวดเคลื่อนที่หมุนเป็นมุมตามสัดส่วนของกำลัง ทิศทางของการหมุนขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในขดลวด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรวมไว้ในวงจรเพื่อให้จุดเริ่มต้นของขดลวดเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ที่ขั้วของวัตต์ จุดเริ่มต้นของขดลวดจะแสดงด้วยเครื่องหมายดอกจัน (* ยูและ * ฉัน). พวกเขาเรียกว่าที่หนีบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หากแคลมป์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในปัจจุบันเชื่อมต่อกับโหลดอย่างไม่ถูกต้อง ลูกศรของอุปกรณ์จะเบี่ยงเบนไปทางซ้ายจากเครื่องหมายศูนย์และการอ่านจะไม่สามารถทำได้ สามารถเชื่อมต่อแคลมป์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของขดลวดแรงดันไฟฟ้าเพื่อลดข้อผิดพลาดในการวัดตามแผนผังของมะเดื่อ 2 เอหรือรูปที่ 2 ข.
ข้าว. 2.โครงการเชื่อมต่อวัตต์กับวงจร DC
รูปโครงการ 2 แต่ใช้เมื่อความต้านทานโหลด R นมากกว่าความต้านทานของวงจรกระแสไฟฟ้าของวัตต์มิเตอร์ R เอ; และแผนภาพของรูปที่ 2 ข– เมื่อความต้านทานโหลด R นความต้านทานของวงจรแรงดันไฟฟ้าของวัตต์น้อยกว่ามาก R ใน. ความต้านทานของวงจรแรงดันและกระแสจะแสดงบนหน้าปัดของอุปกรณ์ วัตต์มิเตอร์ได้รับการออกแบบในลักษณะที่วงจรในรูปที่ 2 เอ.
วิธีการวัดกำลังไฟฟ้าแตกต่างอย่างมากจากวิธีการวัดแรงดันหรือกระแส สาเหตุหลักมาจากลักษณะเฉพาะของปริมาณที่วัดได้ - กำลัง ซึ่งไม่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อทรานสดิวเซอร์การวัด ยกเว้นกรณีของการวัดโดยตรงของกำลังดูด (วิธีแคลอรีเมตริก) ซึ่งไม่ได้พิจารณาในหนังสือเล่มนี้
การวัดกำลังส่งทำโดยการกำหนดแรงดันไฟฟ้าของโหลดและกระแสที่ไหลผ่าน ตามคำศัพท์ที่ยอมรับ (GOST 16263-70) การวัดกำลังสามารถนำมาประกอบกับการวัดโดยตรงเมื่อผลการแปลงเป็นสัดส่วนกับผลิตภัณฑ์ของค่าดั้งเดิมซึ่งค่าที่ไม่ได้ถูกกำหนดในการแปลงใด ๆ ขั้นตอน (วิธีวัตต์) หรือการวัดทางอ้อม
การวัดเมื่อกำหนดค่าของปริมาณเริ่มต้นและคำนวณผลิตภัณฑ์ (วิธีแอมป์มิเตอร์และโวลต์มิเตอร์) ไม่ว่าในกรณีใดตัวแปลงสัญญาณการวัดกำลัง (IPM) หรือ MT ของค่าอินพุตจะไม่ได้รับผลกระทบจากตัวกำลัง แต่โดยค่าอินพุตและ . ขึ้นอยู่กับว่ากำลังวัดค่าทันที ค่าเฉลี่ย แอ็คทีฟ รีแอกทีฟ หรือค่าปรากฏ ค่าทันที ค่าที่มีประสิทธิภาพ หรือค่าเฉลี่ยจะถูกคูณในเครื่องมือวัดกำลัง (SIM) และมีหรือไม่มีการรวมผลิตภัณฑ์ในภายหลัง รูปแบบการแสดงอำนาจที่หลากหลาย [ดู นิพจน์ (1-1) - (1-9)] พารามิเตอร์ของปริมาณอินพุตและวิธีการใช้งานฟังก์ชันของผลิตภัณฑ์อธิบายความหลากหลายของวิธีการและวิธีการวัดกำลัง เอกสารให้การจำแนกประเภทโดยละเอียดของเครื่องมือวัดเหล่านี้ โดยดำเนินการตามคุณสมบัติหลักดังต่อไปนี้: ชนิดของการพึ่งพาทางคณิตศาสตร์ที่ใช้เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ ลักษณะทางกายภาพของอุปกรณ์คูณ หรือชนิดของคุณลักษณะขององค์ประกอบที่ นำไปใช้
ข้าว. 1-1 (ดูการสแกน)
ตาม Hugo ซึ่งข้อกำหนดสำหรับ SIM มีความสำคัญ (ความเร็ว ความน่าเชื่อถือ ต้นทุน ฯลฯ) เมื่อเลือกเครื่องมือวัด จะเป็นประโยชน์ในการอ้างถึงการจัดประเภทที่มีอยู่อย่างใดอย่างหนึ่ง เนื่องจากส่วนนี้ไม่ควรให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเลือก IM เราจะพิจารณาวิธีการหลักในการวัดกำลังไฟฟ้าที่แม่นยำ (โดยมีข้อผิดพลาดน้อยกว่า 0.5%) โดยไม่อ้างว่ามีคุณสมบัติครบถ้วนในลักษณะของเครื่องมือวัดเหล่านี้
วิธีการวัดกำลังทางอ้อม
วิธีการเหล่านี้ใช้เป็นหลักในการวัดกำลังไฟฟ้ากระแสตรงหรือ พลังงานเต็มกระแสสลับ (5) บางครั้งจากบทความก็สามารถทำหน้าที่วัดได้เช่นกัน พลังที่ใช้งาน. ในรูป 1-1 เป็นแผนภาพบล็อกของอุปกรณ์ที่ใช้วิธีการวัดทางอ้อมและ S และในรูปที่ วงจรการวัด 1-1, b และ c - P เมื่อทำการวัด แรงดันและกระแสจะถูกแปลงเป็นสเกล
ใช้ตัวแบ่งหรือหม้อแปลงแรงดันและตัวแบ่งหรือหม้อแปลงกระแสและวัดด้วยโวลต์มิเตอร์แบบแอนะล็อกหรือดิจิตอล B และแอมมิเตอร์ A เมื่อใช้เครื่องมือแอนะล็อกผลิตภัณฑ์ของการอ่านจะถูกคำนวณโดยผู้ปฏิบัติงานหรือใช้คอมพิวเตอร์ที่มีอินพุตแบบแมนนวลและเมื่อใช้ เครื่องมือดิจิทัล - ใช้อินพุตแบบต่อเนื่อง
วิธีแอมป์มิเตอร์และโวลต์มิเตอร์
จากสูตร P \u003d I * U จะเห็นได้ว่าในวงจร DC กำลังไฟฟ้าได้
วัดโดยวิธีทางอ้อมตามค่าที่อ่านได้จากแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ ในกรณีนี้ มีสองรูปแบบสำหรับการเปิดอุปกรณ์:
มูลค่าที่แท้จริงของพลังงานที่ใช้โดยโหลดคือปะ = อึย*อี
ในวงจรแรกแอมมิเตอร์แสดงค่ากระแสโหลดและโวลต์มิเตอร์ -
ผลรวมของแรงดันไฟตกคร่อมแอมมิเตอร์และข้ามโหลด กำลังที่พิจารณาจากการอ่านค่าเครื่องมือเท่ากับ:
P=(Ui+Ua)*Ii=Ui*Ii+Ua*Ii=P A +P ก
ค้นหาค่าของข้อผิดพลาดของระเบียบวิธีสำหรับรูปแบบแรก:
ในวงจรที่สอง การอ่านค่าโวลต์มิเตอร์จะสัมพันธ์กับแรงดันไฟฟ้าที่โหลด Un และแอมมิเตอร์จะแสดงผลรวมของกระแสที่ไหลผ่านโหลดและผ่านโวลต์มิเตอร์ ค่าพลังงานที่วัดได้คือ:
P=Ui(II+IA)=Ui*Ii+Ui*Ia
ค้นหาค่าของข้อผิดพลาดของระเบียบวิธีสำหรับรูปแบบที่สอง:
การวัดในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงด้วยวัตต์มิเตอร์
ปัจจุบันสำหรับการวัดกำลังไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ
ใช้วัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าไดนามิกและเฟอโรไดนามิก
ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ
วัตต์มิเตอร์แบบเฟอร์โรไดนามิก
วัตต์มิเตอร์แบบเฟอร์โรไดนามิกมีข้อดีและข้อเสียทั้งหมดซึ่งเป็นลักษณะของ MI แบบเฟอร์โรไดนามิกเมื่อเปรียบเทียบกับแบบอิเล็กโทรไดนามิก ความแม่นยำต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไดนามิก แต่มีความไวสูงและความแข็งแรงทางกลให้ ประยุกต์กว้างวัตต์มิเตอร์แบบเฟอร์โรไดนามิก
พูดง่ายๆ ก็คือ กำลังในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงถูกวัดโดยใช้วัตต์มิเตอร์แบบอิเล็กโทรไดนามิก (กลไกตัวชี้หนึ่งตัวมีขดลวดสองเส้น) การอ่านค่าวัตต์ ("+" หรือ "-") ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในขดลวด "จุดเริ่มต้น" ของขดลวดระบุด้วย * หรือ + . ขั้วต่อที่มีเครื่องหมาย * เรียกว่า ขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือ ขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เนื่องจาก พวกเขาส่วนใหญ่มักจะรวมอยู่ในสายไฟที่มาจากแหล่งปัจจุบัน (ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) และไม่ใช่เพื่อโหลด
วัตต์มิเตอร์มีสองวงจร: วงจรหนึ่งเชื่อมต่อแบบอนุกรม และอีกวงจรขนานกับโหลด กระแสโหลดไหลผ่านตัวแรกและแรงดันแหล่งจ่ายไหลผ่านวินาที ม้วนแรกเรียกว่า วงจรอนุกรมวัตต์มิเตอร์และอื่น ๆ - ขนาน บางครั้งเรียกว่า "วงจรกระแส" และ "วงจรแรงดัน" ขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของขดลวดปัจจุบันเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานเสมอ
เพื่อลดข้อผิดพลาดของระเบียบวิธี สามารถเชื่อมต่อแคลมป์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ดังนี้
เช่นเดียวกับวิธีแอมป์มิเตอร์-โวลต์มิเตอร์ ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบจากการแบ่งโหลดโดยความต้านทานของขดลวดแรงดันไฟและแรงดันตกบนขดลวดกระแส
เมื่อเปรียบเทียบวงจร จะเห็นว่าแนะนำให้ใช้วงจรแรกที่มีความต้านทานโหลดค่อนข้างสูง และวงจรที่สองมีความต้านทานโหลดค่อนข้างต่ำ ค่าความต้านทานของวงจรปัจจุบันจะแสดงบนหน้าปัดของอุปกรณ์
การวัดในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีวัตต์มิเตอร์
วงจรด้านบนนี้สามารถใช้วัดกำลังไฟฟ้ากระแสสลับได้ การอ่านค่าวัตต์จะกำหนดโดยอัตราส่วน P=U*I*cosφ
φ ถูกกำหนดโดยธรรมชาติของโหลด โดยปกติแล้ว วัตต์มิเตอร์ชนิด EM จะใช้ในการวัดกำลังไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับที่มีความถี่ 50 เฮิรตซ์ เมื่อความถี่เพิ่มขึ้น ลักษณะอุปนัยของขดลวดจะปรากฏขึ้นและความแม่นยำของการอ่านจะลดลง อย่างไรก็ตาม ช่วงความถี่ในการทำงานของวัตต์มิเตอร์ EMF สามารถเข้าถึงได้หลาย kHz วัตต์มิเตอร์ D568 ใช้ในช่วงความถี่สูงสุด 5 kHz วัตต์มิเตอร์แบบเฟอร์โรไดนามิกที่มีแกนแม่เหล็กมีความไวสูงกว่า แต่คุณสมบัติความถี่แย่ลงเนื่องจากการสูญเสียแกน
การวัดกำลังในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง สามารถวัดกำลังไฟฟ้าได้โดยใช้แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ เนื่องจาก พี =UI. อย่างไรก็ตาม สามารถวัดได้อย่างแม่นยำมากขึ้นโดยตรงด้วยไฟฟ้าไดนามิก วัตต์มิเตอร์(รูปที่ 10.3). ประกอบด้วยขดลวดความต้านทานต่ำ ต่อเป็นอนุกรม เช่น แอมมิเตอร์ เรียกว่า ขดลวดปัจจุบันและขดลวดเคลื่อนที่ที่มีความต้านทานสูงต่อขนานกันเรียกว่า ขดลวดแรงดันไฟฟ้า
แรงบิดของวัตต์เป็นสัดส่วนกับผลคูณของกระแสในขดลวด:
โดยที่ I คือกระแสในขดลวดคงที่ซึ่งเท่ากับกระแสโหลด 
ฉัน U
=
ยู/
r ยู
- กระแสในขดลวดเคลื่อนที่เช่นในขดลวดแรงดันไฟฟ้า r U
-
ความต้านทานของวงจรขดลวดเคลื่อนที่ เพราะเหตุนี้,
(10.5)
ที่ไหน จาก -สัมประสิทธิ์สัดส่วน
ดังนั้น แรงบิดของวัตต์จึงแปรผันตามกำลังไฟฟ้า และสามารถปรับเทียบมาตราส่วนได้โดยตรงในหน่วยวัตต์หรือกิโลวัตต์
ในการวัดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะใช้วัตต์มิเตอร์ของระบบอิเล็กโทรไดนามิก
การวัดกำลังงานใน วงจรเฟสเดียว . วัตต์มิเตอร์ไฟฟ้าแบบไดนามิกสำหรับวัดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบเฟสเดียวถูกเปิดในลักษณะเดียวกับเมื่อทำการวัดในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง กล่าวคือ ตามรูปที่ 10.3. เนื่องจากปัจจุบันฉัน U ใน ขดลวดเคลื่อนที่เป็นสัดส่วนกับแรงดันไฟฟ้า ยู และเกือบจะตรงกับมันในเฟสและกระแส I ในขดลวดคงที่ (ขดลวดกระแส) เท่ากับกระแสโหลดแล้วแรงบิดของวัตต์
โดยที่ C คือสัมประสิทธิ์ของสัดส่วน
ดังนั้นแรงบิดของวัตต์จึงแปรผันตามกำลังไฟฟ้าที่วัดได้ อาร์เอ ปฏิกิริยาโมเมนต์ เอ็ม ฯลฯ , สัดส่วนกับมุมการหมุน α ของขดลวดเคลื่อนที่ (หรือตัวชี้เครื่องมือ) ดังนั้นความเบี่ยงเบนของลูกศรของอุปกรณ์จึงเป็นสัดส่วนกับกำลังที่วัดได้ Rและดังนั้นมาตราส่วนของวัตต์จึงกำหนดเป็นหน่วยวัตต์หรือกิโลวัตต์
ขั้วของขดลวดปัจจุบันและขดลวดแรงดันไฟฟ้าของวัตต์ที่มีเครื่องหมายดอกจันและเรียกว่า กำเนิด,ควรรวมไว้ในวงจรไฟฟ้าจากด้านข้างของแหล่งพลังงาน
การวัดกำลังงานใน วงจรสามเฟส . ขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลดและโครงร่างของวงจรสามเฟสนั้นใช้วิธีการวัดกำลังหลายวิธี
ด้วยโหลดแบบสมมาตร สามารถวัดกำลังงานในวงจรสามเฟสได้ โดยการวัดกำลังไฟฟ้าในเฟสเดียวด้วยโดยใช้วัตต์เชื่อมต่อตามแผนภาพ 10.4, ก, ข. หลังจากวัดการอ่าน
วัตต์มิเตอร์ พี w คูณด้วย 3: *"
(10.7)
ในวงจรสามเฟสสามสายทั้งที่มีโหลดที่สมดุลและไม่สมดุลและกับการเชื่อมต่อผู้บริโภคประเภทใดก็ได้สามารถวัดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานได้ ด้วยสองวัตต์(รูปที่ 10.5). ให้เราแสดงให้เห็นว่าผลรวมเชิงพีชคณิตของการอ่านค่าวัตต์ในกรณีนี้เท่ากับกำลังงาน Rในวงจรสามเฟสสามสาย
ค่ากำลังไฟฟ้าทันทีที่วัดโดยวัตต์มิเตอร์แรก p 1 = คุณ AB ฉัน A . กำลังไฟฟ้าทันทีที่วัดโดยวัตต์ที่สอง p 2 = คุณ CB ผม C . ผลรวมของค่าพลังงานทันทีที่วัดโดยสองวัตต์ พี =พี 1 + พี 2 = ยู AB ผม อา + ยู CB ผม ค . .
ถ้าสายแรงดันไฟฟ้า และ AB และ ยู CB , ที่ขดลวดแรงดันไฟฟ้าของวัตต์เชื่อมต่อแสดงในรูปของแรงดันเฟส ยู AB = u A - u B ; ยู cb = และ กับ - และ ใน ,; แล้ว p = และ แต่ ผม อา - ยู บี ผม อา + ยู ค ผม ค - ยู บี ผม ค หรือ พี =ยู อา ผม อา + ยู ค ผม ค - และ ใน (ผม อา + ผมค). เนื่องจากในวงจรสามเฟสสามสาย ผม อา + ผม บี + ผม ค = 0, แล้วฉัน A + ผม ค = - ผม บี , และนิพจน์สุดท้ายสำหรับกำลังที่วัดโดยสองวัตต์คือ
จากนิพจน์นี้กำลังไฟฟ้าชั่วขณะทั้งหมดที่วัดโดยสองวัตต์จะเท่ากับกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานในวงจรสามเฟสเมื่อผู้บริโภคเชื่อมต่อกันด้วยดาว เหตุผลที่คล้ายกันสามารถทำซ้ำได้สำหรับการเชื่อมต่อผู้บริโภคด้วยรูปสามเหลี่ยม ในขณะที่ได้ผลลัพธ์สุดท้ายที่เหมือนกัน
กำลังไฟฟ้าที่ใช้งานของระบบสามเฟสซึ่งแสดงเป็นค่าที่มีประสิทธิภาพของแรงดันและกระแสและวัดโดยใช้วิธีการสองวัตต์เท่ากับ
ที่ไหน R w 1 และ P w 2 - การอ่านวัตต์
เมื่อวัดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานโดยใช้วิธีการสองวัตต์สำหรับกรณีของโหลดสมมาตร ฉัน แต่ = ฉัน ที่ = ฉัน จาก = ฉัน l ; ยู AC = คุณ CB = ยู l .
รูปที่ 10.6 เป็นไดอะแกรมเวกเตอร์ของกระแสและแรงดันที่อธิบายการวัดกำลังงานโดยใช้
สองวัตต์สำหรับการโหลดที่เชื่อมต่อกับดาวแบบสมมาตร เนื่องจากในแผนภาพเวกเตอร์ มุม α ระหว่างเวกเตอร์ U AB และฉัน แต่ คือ φ + 30° และมุม β ระหว่างเวกเตอร์ U CB และ I C คือ φ - 30° จากนั้นกำลังของระบบสามเฟสที่มีโหลดแบบสมมาตร
ถ้ามุมเฟส φ< 60°, то, согласно (10.9), мощность, учитываемая ваттметрами, всегда положительна: R w1 = ยู L I L cos (φ + 30°) และ P w 2 = ยู L I L cos (φ - 30 °) ที่ φ = 60° กำลังที่แสดงโดยวัตต์แรกจะเป็นศูนย์: cos(60° + 30°) = 0 ในกรณีนี้ กำลังไฟทั้งหมดในวงจรสามเฟสจะถูกนำมาพิจารณาด้วยวัตต์ที่สอง ที่ φ > 60° กำลังที่พิจารณาโดยวัตต์แรกจะกลายเป็นลบ และกำลังรวมของวัตต์มิเตอร์สองตัวจะถูกคำนวณ โดยคำนึงถึงเครื่องหมายของกำลังของวัตต์หลัง เป็นผลรวมเชิงพีชคณิต
ในทางปฏิบัติ ในการอ่านค่าพลังงานลบตามการอ่านค่าวัตต์ จำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางของกระแสในขดลวดแรงดันไฟ ซึ่งสวิตช์สำหรับทิศทางของกระแสในขดลวดแรงดันที่อยู่บนวัตต์ กรณีต้องเปลี่ยนจาก "+" เป็น "-"
คุณสามารถวัดกำลังไฟฟ้าที่ใช้งานในวงจรสามเฟสสี่สายพร้อมโหลดที่ไม่สมดุลด้วยสามวัตต์ (รูปที่ 10.7) เนื่องจากในกรณีนี้ wattmeters แต่ละตัวจะวัดกำลังงานของเฟสเดียว กำลังไฟฟ้าในวงจรสามเฟสสี่สาย
ที่ไหน R แต่ , R บี , พี ค - เฟสแอคทีฟพาวเวอร์ เอ บี ซี
การวัดกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในวงจรสามเฟส. กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟในวงจรสามสายแบบสามเฟสที่มีโหลดสมมาตรสามารถกำหนดได้โดยความแตกต่างในการอ่านค่าวัตต์ (ดูรูปที่ 10.5):
พลังงานปฏิกิริยาอยู่ที่ไหน
พลังงานปฏิกิริยาในวงจรสามเฟสสามสายที่มีโหลดสมมาตรสามารถวัดได้ด้วยหนึ่งวัตต์ (รูปที่ 10.8, ก), นอกจากนี้ขดลวดปัจจุบันของ wattmeter ยังรวมอยู่ในเส้นลวด แต่,และขดลวดแรงดันไฟฟ้าสำหรับแรงดันไฟฟ้าสาย ยู BC (เช่นแรงดันไฟฟ้า "ต่างประเทศ") จาก แผนภาพเวกเตอร์(รูปที่ 10.8.6) จะเห็นได้ว่าเฟสเปลี่ยนระหว่างกระแส I A และความตึงเครียด ยู BC คือ α = 90° - φ จากนั้นการอ่านค่าวัตต์มิเตอร์4
ในการคำนวณกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟของวงจรสามสายสามเฟสที่มีโหลดสมมาตร จำเป็นต้องคูณการอ่านค่าวัตต์ด้วย 
:
การวัดพลังงานในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ. ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแบบเฟสเดียวและสามเฟส เคาน์เตอร์ระบบเหนี่ยวนำ ในการวัดพลังงานที่ใช้งานในวงจรเฟสเดียวและสามเฟส มิเตอร์แบบเฟสเดียวจะเปิดขึ้นตามรูปแบบที่คล้ายกับวัตต์มิเตอร์ (ดูรูปที่ 10.3 และ 10.5) ในวงจรสามเฟสสามสาย ระบบการวัดสององค์ประกอบรวมของสอง เมตรเฟสเดียว(รูปที่ 10.9).
ตัวนับสามองค์ประกอบใช้เพื่อวัดพลังงานที่ใช้งานในวงจรกระแสสามเฟสสี่สาย
พลังงานปฏิกิริยา W พี
ทั้งที่มีโหลดสมมาตรและไม่สมมาตรในวงจรสามเฟสวัดโดยมิเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟส พลังงานปฏิกิริยา. ด้วยโหลดแบบสมมาตรในวงจรสามสาย สามเฟส กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟสามารถวัดได้โดยใช้มิเตอร์เฟสเดียวสองตัว ในการทำเช่นนี้พวกเขาจะรวมอยู่ในวงจรเช่นวัตต์ตามแบบแผนของรูปที่ 10.5. พลังงานปฏิกิริยาเท่ากับผลต่างของการอ่านมิเตอร์คูณด้วย .
