Вимірювання реактивної потужності та енергії. Вимірювання потужності та енергії. Вимірювання кількості електрики

9. ВИМІР ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ

До вимірювання потужності в практичній радіотехніці вдаються у всьому частотному діапазоні - від постійного струмудо міліметрових і більш коротких довжин хвиль Виміряти рівні потужності доводиться в дуже широких межах-від 10-18 до 108 Вт.

У Останніми рокамипри вимірах поряд з абсолютними (ват, милливатт і т.д.) широко використовують відносні (логарифмічні) одиниці потужності (децибели). ослаблення, чутливості приймальних пристроїв, похибок вимірів та інше.

Нові можливості у вирішенні завдань вимірювання потужності відкрили досягнення в галузі фізики, мікроелектроніки та особливо цифрової техніки, що дозволили автоматизувати вимірювальну процедуру та проводити її в інтерактивному режимі

9.1. Загальні відомості

Як фізична величина, електрична потужність визначається роботою здійснюваної джерелом електро магнітного поляза одиницю часу. Розмірність електричної потужностізаписується так: джоуль/сек = ват.

Вимірювання потужності в різних частотних діапазонах має певні особливості Вимірники електричної потужності промислової частоти поряд з лічильниками енергії є основою діючої системи обліку споживання електричної енергіїу народному господарстві Вимірювання потужності на постійному струмі,також у діапазоні звукових і високих частот має обмежене значення, оскільки на частотах до декількох десятків мегагерц часто зручніше вимірювати напруги, струми та фазові зрушення, а потужність визначати розрахунковим шляхом. На частотах понад 300 МГц внаслідок хвильового характеру процесів значення напруги і струмів втрачають однозначність і результати вимірювань починають залежати від місця підключення приладу. Разом з тим потік потужності через будь-яке поперечне перетин лінії передачі завжди залишається незмінним. Тому основним параметром, що характеризує режим роботи пристрою НВЧ, стає потужність.

Активна (поглинається електричним ланцюгом) потужність однофазного змінного струмувизначається як

P = UIcosφ, (9.1)

Де U,I - середні квадратичні значення напруги та струму; φ - зсув фази між миттєвими значеннями напруги та струму.

Якщо навантаження Rн в електричного ланцюгачисто активна (φ = 0), то потужність змінного струму

P = UI = I2 Rн = U2 / Rн, (9.2)

Для сигналу довільної форми, що має періодичну структуру, електричну потужність можна оцінити за допомогою ряду Фур'є:

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

де U0, I0 – постійні складові; Un,In - середні квадратичні значення гармонік напруги та струму; φn - фазовий зсув між гармоніками напруги Un і струму In.

Електричну потужність змінного струму можна вимірювати безпосередньо за допомогою спеціальних приладів - ватметрів, або побічно шляхом вимірювання величин, що входять у наведені співвідношення. Принцип дії ватметрів заснований на реалізації операції множення. Застосовують пристрої прямого та непрямого перемноження. Прикладами пристроїв прямого перемноження є вимірювальні механізми ватметрів електродинамічної системи. Пряме перемноження напруги і струму можна забезпечити за допомогою перетворювачів Холла або спеціальних схем на польових транзисторах і т.д.

У пристроях непрямого перемноження добуток величин знаходять у результаті використання таких математичних операцій, як додавання (віднімання), зведення в ступінь, логарифмування, інтегрування та ін. Для цих цілей служать аналогові інтегральні перемножувачі. Сучасні ватметри на частоти 1...10 МГц будуються на основі інтегральних перемножувачів з використанням термоперетворювачів.

554kb.25.11.2011 13:50

1.doc

Пензенський державний університет

Кафедра «Метрологія та системи якості»
Реферат

На тему: «Вимірювання потужності та енергії»

Виконала: студентка гр.08-пц1

Астаф'єва Д.О.
Прийняла: к.т.н., доцент

Сафронова К.В.
Пенза 2010

План
1. Введення.

• 
  Метод одного приладу

• 
  Метод двох приладів

• 
  Метод трьох приладів

• 
  Вимірювання потужності електронним випрямним ватметром

• 
  Вимірювання потужності термоелектричним ватметром

• 
  Вимірювання потужності ватметром з перетворювачем Холла

• 
  Вимірювання потужності осцилографом

• 
  Вимірювання за допомогою цифрових ватметрів

7. Список літератури.

1. Введення.
В даний час необхідно вимірювати потужність та енергію постійного струму, активну потужність та енергію однофазного та трифазного змінного струму, реактивну потужність та енергію трифазного змінного струму, миттєве значення потужності, а також кількість електрики у дуже широких межах. Так, потужність постійного та однофазного змінного струму вимірюють в діапазоні від 10 - 18 до 10 10 Вт, причому нижня межа відноситься до потужності змінного струму високих частот радіотехнічних пристроїв. Необхідна точність вимірювання потужності постійного та змінного струму різна для різних частотних діапазонів. Для постійного та змінного однофазного та трифазного струмупромислової частоти похибка повинна бути в межах ± (0,01-0,1) %; при понад високих частотахпохибка може бути вищою ± (1-5 %).

Вимірювання ре активної потужностімає практичне значення лише у великих споживачів електроенергії, які завжди живляться трифазним змінним струмом. Нижня межа виміру реактивної потужностітрифазного змінного струму знаходиться на рівні декількох вар, а верхня межа приблизно 10 6 вар. Похибка вимірювання реактивної потужності повинна бути в межах ± (0,1-0,5) %.

Діапазон вимірювання електричної енергії визначається діапазонами зміни номінальних (максимальних) струмів та напруг. Для енергії, що споживається різними електротехнічними пристроями, нижня межа діапазону вимірювання струму дорівнює приблизно 10-9 А, а напруги - 10 _6 В. Однак засобів вимірювань для безпосереднього вимірювання таких малих енергій не існує, а малі значення енергії визначаються непрямими методами (наприклад, визначається потужність та час). Верхня межа діапазону вимірювання струму досягає 10 4 А, а напруга - 10 6 В. Похибка вимірювання енергії, що допускається, повинна знаходитися в межах ± (0,1 - 2,5) %.

Вимірювання реактивної енергіїнеобхідно лише для промислових трифазних ланцюгів. Тому нижня межа діапазону вимірювання струму в цьому випадку знаходиться на рівні 1 А, а напруги - 100 В. Верхня межа діапазону вимірювання струму при безпосередньому вимірюванні енергії дорівнює 50 А і напруги - 380 В. Похибка вимірювання реактивної енергії, що допускається, повинна перебувати на рівні ±( 1-2,5)% .

У широких межах необхідно також проводити вимірювання кількості електрики: від вимірювання кількості електрики в короткочасних імпульсах струму (одиниці мілікулон) до вимірювання кількості електрики, що протікає протягом тривалого часу (до 10 Кл). Похибка вимірювання кількості електрики, що допускається, повинна знаходитися в межах ±(0,1-5) %.

Діапазони вимірювань потужності, енергії, кількості електрики та найменша похибка, що досягається за допомогою сучасних засобіввимірювань, що випускаються вітчизняною промисловістю, показано у табл.1.

Таблиця 1

Вимірювана величина	Одиниця	Діапазон вимірювань	Досяжна Найменша похибка, %
Потужність: постійного струму	Вт	0,9 – 2,4 * 10	±0,02
однофазного змінного струму	В * А	2 * 10 - 8 * 10	±0,1
трифазного змінного струму	В * А	40 – 3,5 * 10	±0,1
реактивна трифазного струму	вар	40 – 8 * 10	±0,5
Енергія: Постійного струму	кВт * год	I = 5÷1000 A U =6÷3000 B	±1,0
однофазного змінного струму	кВт * год	I= 1÷1000 A U=110÷380 B	±2,0
трифазного струму (трьохпровідного ланцюга)	кВ * год	I= 1÷50 A U=100÷380 B	±0,5
трифазного струму (чотирипровідного ланцюга)	кВт * год	I= 1÷50 A U=100÷380 B	±1,0
реактивна трифазного струму	квар * год	I= 1÷50 A U=100÷380 B	±1,5

Примітка. I та U - номінальний струмта напруга.
2.Вимірювання потужності та енергії постійного та змінного однофазного струму.
Для вимірювання потужності в ланцюгах постійного та змінного однофазного струму застосовують електродинамічні та феродинамічні ватметри.

Для точних вимірювань потужності постійного та змінного струму на промисловій та підвищеній частоті(До 5000 Гц) випускають електродинамічні ватметри у вигляді переносних приладів класів точності 0,1-0,5.

Для вимірювань потужності у виробничих умовах у ланцюгах змінного струму промислової або більш високих фіксованих частот (400, 500 Гц) застосовують щитові феродинамічні ватметри класів точності 1,5-2,5.

Для вимірювань потужності на високих частотах застосовують термоелектричні та електронні ватметри.

При вимірах малих потужностей на надвисоких частотах можливе використання електрометрів.

Для вимірювань потужності при великих струмах і напругах ватметри зазвичай включають через вимірювальні трансформатори струму і напруги.

Знаходять застосування непрямі методи вимірювання потужності постійного і однофазного змінного струму. Потужність постійного струму можна визначити за допомогою двох приладів: амперметра та вольтметра, а потужність однофазного змінного струму – за допомогою трьох приладів: амперметра, вольтметра та фазометра (або вимірювача коефіцієнта потужності). При різних схемах включення приладів значення методичних похибок вимірювання потужності виявляються різними, що залежать від співвідношень опорів приладів та навантаження (аналогічно похибкам ватметра). При непрямому вимірі потужності необхідно проводити одночасний відлік за двома чи трьома приладами. Крім того, при цьому знижується точність виміру за рахунок підсумовування інструментальних похибок приладів. Наприклад, прямі вимірювання потужності однофазного змінного струму можуть бути проведені з найменшою похибкою ±0,1 % (див. табл. 1), у той час як при непрямих вимірах потужності вимірювання тільки коефіцієнта потужності можливе з найменшою похибкою ±0,5 %, а отже, загальна похибка перевищуватиме ±0,5 %.

Для вимірювання потужності змінного струму іноді застосовують електронний осцилографзокрема для визначення потужності втрат на гістерезис у феромагнітних матеріалах. У цьому площа гистерезисной петлі виявляється пропорційної потужності втрат.

Вимірювання енергії постійного струму здійснюють за допомогою лічильників постійного струму.

Енергію однофазного змінного струму вимірюють індукційними лічильниками електричної енергії.

Електричну енергію можна вимірювати також за допомогою електронних лічильників електричної енергії, які не мають рухомих частин. Такі лічильники мають кращі метрологічні характеристики та більшу надійність і є перспективними засобами вимірювань електричної енергії.

У ланцюгах однофазного змінного струму вимірювання реактивної потужності та енергії виконують зазвичай лише за лабораторних досліджень. При цьому під реактивною потужністю розуміють

. Реактивна потужність однофазного ланцюгаможе бути виміряна як за допомогою трьох приладів (непрямий метод), так і спеціальним ватметром, що має ускладнену схему паралельного ланцюга з метою отримання фазового зсуву між векторами струму і напруги цього ланцюга, що дорівнює 90°.

3.Вимірювання активної потужності та енергії в трифазних ланцюгах.
У трифазній системі незалежно від схеми з'єднання навантаження (трикутником або зіркою) миттєве значення потужності рсистеми дорівнює сумі миттєвих значень потужності окремих фаз:

р = р р р

Активна потужність Рта енергія Wза інтервал часу tвизначаються, відповідно, виразами:

P=

, (1-1б)

Де

, - фазні напруги та струми;

- косинус кута фазового зсуву між струмом та напругою у фазах навантаження; Т- Період зміни змінної напруги.

Для симетричної трифазної системи, в якій всі фазні та лінійні напруги, струми та кути фазового зсуву між напругами і струмами рівні між собою, ці рівняння набудуть вигляду:

Р = 3; (1-2а)


, (1-26):

Де , - лінійні напруги та струми;

- косинус кута фазового зсуву між струмом та напругою у фазі навантаження. При з'єднанні навантаження зіркою (рис. 1-1 а) миттєва потужність р=

, де і , і , і - миттєві значення фазної напруги; i А , i У , i З - Миттєві значення фазних струмів. Враховуючи що

,

,

,

, рівняння для миттєвого значення потужності трифазної системи можна у трьох формах:

;

;

.

Рис. 1-1. Схема вимірювання активної потужності в трифазному ланцюгу одним ватметром при включенні навантаження зіркою (а)та трикутником (б)
Таких самих висновків можна дійти і при включенні навантаження трикутником. Переходячи від миттєвих до середніх значень, отримуємо вирази для активної потужності:

Де

,

і т. д., а також I А , I У , I З - діючі значення лінійних напругта струмів; ,і т. д. - кути фазового зсуву між відповідними струмами та напругами.

З рівнянь (1-1) - (1-3) видно, що для вимірювання потужності, а отже, і трифазної енергії можуть бути застосовані один прилад, два прилади або три прилади. Метод одного приладу ґрунтується на використанні виразів (1-2) та застосовується у симетричних трифазних системах. В асиметричній системі, в якій значення струмів, напруг та кутів фазового зсуву неоднакові, використовується метод двох приладів з використанням виразів (1-3).

Нарешті, у загальному випадку, у тому числі й у чотирипровідній асиметричній системі, на підставі виразів (1-1) застосовується метод трьох приладів.

Розглянемо методи вимірювання потужності, що дає також уявлення про методи вимірювання енергії.
^ Метод одного приладу.

Якщо трифазна система симетрична, а фази навантаження з'єднані зіркою з доступною нульовою точкою, однофазний ватметр включають за схемою рис. 1-1, ата вимірюють потужність однієї фази. Для отримання потужності всієї системи показання ватметра потроюють. Можна також виміряти потужність при з'єднанні фаз навантаження трикутником, але за умови, що послідовну обмотку ватметра можна включити в одну з фаз навантаження (рис. 1-1, б).

Рис. 1-2. Схема вимірювання активної потужності в трифазному ланцюгу зі штучною нульовою точкою (а) та векторна діаграма (б)
Якщо навантаження включене трикутником або зіркою з недоступною нульовою точкою, то застосовують включення ватметра зі штучною нульовою точкою (рис. 1-2, а), яка створюється за допомогою двох додаткових резисторів з активним опором і . При цьому необхідно щоб = = (-Опір паралельного ланцюга ватметра). На рис. 1-2, бпоказано векторну діаграму, що відповідає схемі рис. 1-2, а.Напруги

,

і

на паралельній обмотці та резисторах, що утворюють штучну нульову точку, дорівнюють фазним напругам. Кути між фазними напругами та фазними струмами навантаження позначені через . Оскільки кути між векторами I АВ іI А , а також між векторами та U АВ рівні 30°, то кут між вектором напруги, прикладеного до паралельного ланцюга ватметра, і вектором струму I А = I АВ I А зу послідовній обмотці також дорівнює. Отже, показання ватметра

Оскільки

і

, то

, Т. е. ватметр показує потужність однієї фази. Для отримання потужності всієї системи показання ватметра потрібно потроїти. Те саме буде і при з'єднанні навантаження зіркою.

Для вимірювання енергії така схема не застосовується через велику індуктивність паралельного ланцюга лічильника.

Рис. 1-3. Схеми включення двох ватметрів для вимірювання активної потужності трифазної мережі

^ Метод двох приладів .
Цей метод застосовують у асиметричних трипровідних ланцюгах трифазного струму. На основі виразів (1-3) маємо три варіанти схеми включення двох приладів (рис. 1-3, а- в). Аналіз роботи ватметрів за цими схемами показує, що в залежності від характеру навантаження фаз знак показань кожного з ватметрів може змінюватися. Активна потужність трифазної системи в цьому випадку повинна визначатися як сума алгебри показань обох ватметрів.

^ Метод трьох приладів.
У тому випадку, коли несиметричне навантаження включається зіркою з нульовим проводом, тобто коли є асиметрична трифазна чотирипровідна система, застосовують три ватметри, включені за схемою рис. 15-11. При такому включенні кожен із ватметрів вимірює потужність однієї фази. Повна потужністьСистема визначається як арифметична сума показань ватметрів.

Методи одного, двох та трьох приладів застосовують головним чином у лабораторній практиці. У промислових умовах застосовують дво- і трифазні ватметри та лічильники, які являють собою поєднання в одному приладі двох-(двохелементні) або три-(триелементні) однофазних вимірювальних механізму, що мають

Загальну рухому частину, на яку діє сумарний момент, що обертає всіх елементів.

Рис. 1-4. Схема вимірювання активної потужності трьома ватметрами

4.Вимірювання реактивної потужності та енергії в трифазному ланцюгу.
Реактивну потужність трифазної мережі можна як суму реактивних потужностей окремих фаз, тобто.

Q=

При повній симетрії системи реактивна потужність

Виміряти реактивну потужність (енергію) трифазної мережі можна різними способами: за допомогою звичайних ватметрів (лічильників), що включаються за спеціальними схемами, та за допомогою реактивних ватметрів (лічильників).

Рис.1-5.Схема включення ватметра (а) для вимірювання реактивної потужності в симетричному трифазному ланцюгу та векторна діаграма (б)
При повній симетрії трифазної мережі реактивну потужність можна виміряти одним ватметром, включеним за схемою рис. 1-5, а.Показання ватметра (з урахуванням векторної діаграми рис. 1-5, б)

Для визначення реактивної потужності всієї системи показання ватметра множать на

. Схема з одним ватметром навіть за незначної асиметрії системи дає великі похибки. Найкращі результати отримують при вимірюванні реактивної потужності двома ватметрами (рис. 1-6), і при цьому сума показань ватметрів

Рис. 1-6. Схема включення двох ватметрів при вимірюванні реактивної потужності в асиметричному трифазному ланцюгу

Аналіз роботи схеми при асиметричному навантаженні досить складний, тому обмежимося окремим випадком, коли

та система симетрична. В цьому випадку

. Для отримання потужності трифазної системи суму показань ватметрів множать на .

При включенні навантаження за схемою трикутника прилади (ватметри або лічильники) включаються аналогічно зображеному на рис. 1-5, ата 1-6.

При нерівномірному навантаженні фаз, але симетричній системі напруг (часткова асиметрія) реактивна потужність трифазної мережі може бути виміряна двома однаковими ватметрами активної потужності зі штучною нульовою точкою (рис. 1-7, а). Для створення штучної нульової точки N використовують резистор R, опір якого дорівнює опору паралельного ланцюга ватметра. В окремому випадку рівномірного навантаження фаз, коли ф = ф 2 = фз = ф сума показань ватметрів

=

=

=

.

Для отримання реактивної потужності трифазної мережі суму показань ватметрів множать на .

Рис. 1-7. Схема включення двох ватметрів (а) для вимірювання реактивної потужності у трифазній мережі з частковою асиметрією та векторна діаграма.
Детальний аналіз схеми рис. 1-7, а для нерівномірного навантаження фаз при симетричній системі напруги призводить до такого ж результату.

При вимірі реактивної потужності та енергії в трипровідній та чотирипровідній асиметричних мережах може бути застосований один триелементний прилад або три прилади (ватметра або лічильника) - рис. 1-8, а.Доказ можливості вимірювання розглянемо для окремого випадку. Сума показань приладів з урахуванням чергування фаз при включенні паралельних обмоток, як показано на рис. 1-8, а.

Рис.1-8. Схема включення трьох ватметрів (а) для вимірювання реактивної потужності в трифазній (чотирьохпровідній) мережі та векторна діаграма (б)

З векторної діаграми(рис. 1-8,6) знайдемо

,

,

. Так як, то. Щоб знайти реактивну потужність системи, суму показань ватметрів необхідно розділити на .

На основі цього методу випускають реактивні лічильники, придатні як для трипровідних, так і для чотирьохпровідних ланцюгів трифазного струму.

При непрямих методах вимірювання електричної енергії, наприклад при перевірці лічильників електричної енергії, використовують електродинамічні ватметри та секундоміри.

5.Вимірювання потужності в ланцюгах змінного струму на підвищених і високих частотах.
У ланцюгах змінного струму підвищеної та високої частот проводять прямі та непрямі вимірювання потужності. У ряді випадків непрямі вимірювання краще, тому що простіше вимірювати напругу, струм і опір, ніж потужність. Прямі вимірювання в основному здійснюють за допомогою електронних ватметрів. У деяких електронних ватметрах використовують електродинамічні вимірювальні механізми з попереднім посиленням струму і напруги або з попереднім випрямленням цих величин. Як вимірювальний механізм в них можна використовувати електростатичний електромір з підсилювачами напруги та струму, а також магнітоелектричні механізми з квадраторами. Квадратори виконують на напівпровідникових діодах, перетворювачах та інших нелінійних елементах, робота яких здійснюється на квадратичній ділянці вольт-амперної характеристики. Операція перемноження ui у квадраторах замінюється операціями підсумовування та зведення у квадрат. У діапазоні частот до сотень мегагерц застосовують ватметри з датчиками Холла. На надвисоких частотах потужність вимірюють перетворенням потужності в теплоту (калориметричні методи), світло (фотометричні методи) та ін.

^ Вимірювання потужності електронним випрямляючим ватметром.
Принципова схемаелектронного ватметра з квадратором, виконаним на напівпровідникових діодах, представлена ​​на рис. 2-1. Ваттметр має два резистори в ланцюгу струму, опір яких

багато менше опору навантаження, і два резистори опорами , в ланцюзі напруги. Резистори і виконують роль дільника напруги, тому опір набагато більший за опір навантаження.

.

Падіння напруги на резисторах пропорційне току навантаження , падіння напруги на резисторі дільника пропорційно напрузі на навантаженні, тобто. k 2 в.Як видно зі схеми, напруги і 1 і і 2 на діодах VD 1 і VD 2 будуть відповідно:

;


При ідентичних характеристиках діода та роботі на квадратичній ділянці вольт-амперної характеристики струму і i 2 пропорційні квадратам напруги.

Рис. 2-1. Принципова схема електронного випрямного ватметра.
Струм у ланцюгу приладу

. Підставивши в цей вираз значення і , отримаємо

Де

.

Постійна складова струму, що вимірюється магнітоелектричним приладом, при

і

пропорційна активній потужності:

Де Р х - Вимірювана потужність.

Електронні ватметри, у схему яких включені діоди, мають невисоку точність (визначає неідентичність характеристик діодів), похибку вимірювання ±(1,5-6)%, малу чутливість, велику потужність споживання, обмежений частотний діапазон (до десятків кілогерц).
^ Вимірювання потужності термоелектричним ватметром.
Частотний діапазон може бути розширений до 1 МГц, якщо побудувати квадратор на безконтактних термоперетворювачах. Термоелектричний ватметр відрізняється від випрямного тим, що замість діодів включаються нагрівачі безконтактних термопар, а різниця термо-ЕРС на холодних кінцях, що вимірюється магнітоелектричним мілівольтметром, пропорційна середній потужності споживання навантаження.

Термоваттметри використовують при вимірі потужності в ланцюгах з несинусоїдальної формою струму та напруги; при вимірюванні потужності в ланцюгах з великим зсувом фаз між напругою та струмом, при визначенні частотної похибки електродинамічних ватметрів.
^ Вимірювання потужності ватметром з перетворювачем Холла.
Перетворювач Холла є чотириполюсником, виконаним у вигляді тонкої напівпровідникової монокристалічної пластини. Струмовими висновками Т-Тперетворювач Холла підключається до зовнішньому джерелупостійного чи змінного струму, потенційними висновками X-X (Холовськими), між якими виникає ЕРС в момент, коли на пластину впливає магнітне поле, - до вимірювача напруги. Висновки X-X приєднуються до бокових граней в еквіпотенційних точках за відсутності зовнішнього магнітного поля. Електрорушійна сила Холла

, де до х - коефіцієнт, значення якого залежить від матеріалу, розмірів та форми пластин, а також від температури навколишнього середовища та значення магнітного поля; У- Магнітна індукція.

Електрорушійна сила Холла буде пропорційна потужності, якщо одну з вхідних величин (наприклад, магнітну індукцію ^ В)зробити пропорційною напрузі і,а іншу (наприклад, струм i Х ) - Струм через навантаження.

Рис. 2-2. Ваттметр із перетворювачем Холла
Для реалізації ватметра перетворювач Холла ^ ПХпоміщають в зазор електромагніту (рис. 2-2), котушка, що намагнічує L якого живиться струмом, пропорційним струму навантаження, а через Т-Тпроходить струм, пропорційний напрузі, що додається до навантаження . Значення струму обмежується додатковим резистором . Напрями магнітних силових лінійвектор індукції Ув магнітному полі сердечника магнітопроводу показано на рис. 2-2 пунктирними лініями. Електрорушійна сила Холла

реєструється магнітоелектричним мілівольтметром (до- Коефіцієнт пропорційності).
Ваттметри з перетворювачем Холла дозволяють вимірювати потужності в діапазоні частот до сотень мегагерц.

Переваги цих ватметрів – безінерційність, простота конструкції, довговічність, надійність, а недолік – залежність параметрів від температури.
^ Вимірювання потужності осцилографом .
До непрямих методів вимірювання потужності відносять і осцилографічний метод, який рекомендується застосовувати тоді, коли ланцюг живиться напругою несинусоїдальної форми, при високих частотах, малопотужних джерелах напруги, роботі електронних схему ключовому режимі, наявності в ланцюзі нелінійних елементів і т. д. Зокрема, при роботі електронних схем в імпульсному режимі за допомогою осцилографа вимірюють миттєві значення напруги і(t) і струму i(t) на досліджуваному ділянці схеми за час, що дорівнює періоду проходження імпульсів (особливо ретельно проводять вимірювання за час наростання та спаду імпульсу). За отриманими даними будують епюри напруги та струму. Епюру миттєвого значення потужності р(t) будують за твором ординат кривих напруг. і(t) і струму i(t) кожного моменту часу дії імпульсу.

За кривою миттєвих значень потужності за період визначають максимальне значення миттєвої потужності рі max, Середнє значення потужності Р та імпульсну потужність Р і. Для визначення середнього значення потужності Рта імпульсної потужності Р і обчислюють площу, обмежену кривою миттєвої потужності за період, і потім будують прямокутник рівної площі. Якщо основа прямокутника дорівнює тривалості імпульсу, то його висота є значенням імпульсної потужності Р і, якщо ж основа прямокутника дорівнює періоду слідування імпульсів, то висота прямокутника дорівнює значенню середньої потужностіР.

^ Вимірювання за допомогою цифрових ватметрів
Цифрові ватметри будуються на основі аналогових перемножувачів напруги і(t) і струму i (t) (Рис. 2-3, а)або перемноження дискретних значень і(t) і i(t) (рис. 2-3, б) з наступним усередненням твору.

У цифрових ватметрах, виконаних за схемою перетворення і(t) і i(t) у дискретні значення, які надаються відповідними цифровими кодами, перемножуються і усереднюються за допомогою цифрових пристроїв. Ці ватметри мають порівняно високу швидкодію, що визначається характеристиками АЦП і перемножувача. У цифрових ватметрах використовуються АЦП двотактного інтегрування, а також вбудовані мікропроцесори.

6. Лічильники електричної енергії.
Пристрій та схема включення індукційного лічильника показані на рис. 3-1, де 1 - тристрижневий магнітопровід з обмоткою напруги; 2 - Рахунковий механізм; 3 - Алюмінієвий диск, укріплений на осі; 4 - Постійний магніт для створення гальмівного моменту; 5 - П-подібний магнітопровід з струмовою обмоткою.

Рис. 3-1. Пристрій та схема включення індукційного лічильника

Аналіз роботи індукційного лічильника показує, що крутний момент пропорційний потужності змінного струму, тобто.

,

Де до- Постійний коефіцієнт.

На рухому частину лічильника (алюмінієвий диск) діє гальмівний момент, пропорційний частоті обертання диска. Цей момент створюється в результаті дії струму, що наводиться в обертовому полюсі. постійного магнітудиску, і визначається виразом

де - Постійний коефіцієнт; - частота обертів

Диск.
Прирівнюючи обертовий та гальмівний моменти, отримаємо

Число обертів диска N за час

вимірювання енергії визначається інтегралом часу від частоти обертання диска

Т. е.


,

Де З =

- постійна лічильника; W-енергія, що пройшла через лічильник за інтервал часу .

Відлік енергії проводиться у разі показанням лічильного механізму - лічильника оборотів, градуйованого в одиницях енергії. Одиниці електричної енергії (зазвичай 1 кВт * год), що реєструється рахунковим механізмом, відповідає певна кількість обертів рухомої частини лічильника. Це співвідношення, зване передавальним числом А,вказується на лічильнику.

Величину, зворотну передатному числу, тобто відношення зареєстрованої енергії до оборотів диска, називають номінальною постійною С ном. Значення Аі З НО м залежать тільки від конструкції лічильного механізму даного лічильниказалишаються незмінними.

Під дійсною постійною лічильника Зрозуміють кількість енергії, що дійсно пройшла через лічильник за один оборот рухомої частини. Дійсна постійна на відміну номінальної залежить від струму навантаження, і навіть від зовнішніх умов (температури, частоти тощо. буд.). Знаючи Зі Сном, можна визначити відносну похибку лічильника

Де W " - Енергія, виміряна лічильником, а W-дійсне значення енергії, що пройшла через лічильник.

Лічильники активної енергії випускають класи точності 0,5; 1,0; 2; 2,5; лічильники реактивної енергії – 1,5; 2 та 3. Клас точності лічильників нормує відносну основну похибку та інші метрологічні характеристики.

Державним стандартом встановлюється поріг чутливості (у відсотках) лічильника, який визначається виразом

, де 1- мінімальне значення струму, у якому диск лічильника починає безупинно обертатися; Iном – номінальне для лічильника значення струму в струмовій обмотці. При цьому напруга та частота струму в ланцюзі повинні бути номінальними, а = 1. Згідно з ГОСТ 6570-75 поріг чутливості не повинен перевищувати 0,4% - для лічильників класу точності 0,5 та 0,5% - для класів 1,0; 1,5 та 2. Для лічильників реактивної енергії класів 2,5 та 3 значення

має бути не більше 1 %.

Обертання диска за відсутності струму в навантаженні і за наявності напруги в паралельному ланцюзі лічильника називають самоходом. Згідно з ГОСТ 6570-75 самохода не повинно бути при будь-якій напрузі від 80 до 110% номінальної.

Похибка лічильника залежить від режиму роботи, тому державним стандартом нормується різна відносна похибка при різних навантаженнях.

Під впливом зовнішніх чинників у лічильника виникають додаткові похибки, також нормовані національним стандартом. Додаткові похибки виникають внаслідок спотворення форми кривої струму та напруги, коливань напруги та частоти, різкого перепаду потужності, споживаного навантаженням, та деякими іншими факторами.

Крім однофазних індукційних лічильників, промисловість випускає також трифазні лічильники активної та реактивної енергії. Трифазні лічильникиє як би три (трехелементні) або два (двохелементні) лічильники, об'єднані однією віссю обертання. Двохелементні лічильники застосовують при вимірі енергії у трипровідних трифазних ланцюгах, а триелементні лічильники - у чотирипровідних ланцюгах.

7. Список літератури:

1.Основи метрології та електричні виміри: Підручник для вузів/Б.Я. Авдєєв, Є. М. Антонюк, Є. М. Душин та ін; За ред. Є.М. Душина. - 6-те вид., Перераб. та дод. - Л.: Вища школа. Ленінгр. 1987 р.
2.Прилади та методи вимірювання електричних величин: учеб.посібник для втузов/ Е.Г. Атамалян. 3-тє видання, перероб. та дод. - М.: Дрофа, 2005 р.