Измерване на енергийната и енергийната схема. Измерване на мощност на постоянен и редуващ се еднофазен ток

От експресия за захранване на постоянен ток P \u003d IU, може да се види, че може да се измерва с помощта на амперметър и волтметър с индиректен метод. В този случай обаче е необходимо да се постигне едновременно преброяване на два инструмента и изчисления, усложняващи измервания и да се намали точността му.

За измерване на мощността в веригите на постоянни и нанесени уреди, наречени Wattmeters, за които се използват електродинамични и феродинамични измервателни механизми.

Електродинамичните ватъммери се произвеждат под формата на преносими устройства с високи класове с висока точност (0.1 - 0.5) и се използват за точни измервания на силата на директен и променлив ток при промишлена и повишена честота (до 5000 Hz). Ferrodynamic Wattmeters се срещат по-често под формата на щитови устройства по отношение на точността с ниска класа (1.5 - 2.5).

Нанесете такива ватъммери главно променлив ток Индустриална честота. При постоянен ток те имат значителна грешка поради хистерезис на ядра.

За измерване на силата на високи честоти се използват термоелектрически и електронни ватъммери, които са магнитоелектричен измервателен механизъм, оборудван с активен конвертор на захранването в постоянен ток. В конвертора на захранването, операцията за умножение се извършва от ui \u003d p и получаването на сигнала на изхода в зависимост от продукта ui, т.е. от захранването.

На фиг. 1, но е показана възможността за използване на електродинамичен измервателен механизъм за изграждане на ватметър и измерване на захранването.

Фиг. 1. Схема за включване на ватметър (а) и векторна диаграма (B)

Фиксирана бобина 1, включена в натоварването последователно, наречена последователна верига Wattmeter, подвижна намотка 2 (с допълнителен резистор), включен в паралелно натоварване - с паралелна верига.

За ватметър, който работи на постоянен ток:

Помислете за работата на електродинамичния ватметър при променлив ток. Векторна диаграма ориз. 1, използван за индуктивно натоварване. Настоящият вектор на паралелната верига на момента изостава зад ъгъла γ Поради някаква индуктивност на подвижната бобина.

От този израз следва, че ватмметърът измерва властта правилно само в два случая: при γ \u003d 0 и γ \u003d φ.

Състояние γ \u003d 0 може да бъде постигнато в паралелна верига, например, се показва кондензатор с подходящ контейнер, както е показано чрез пунктираната линия на фиг. 1, a. Въпреки това, резонансът на стреса ще бъде само на определена честота. С промяната в честотата, състоянието γ \u003d 0 е счупено. С γ не равно на 0 ватметър измерва мощността с грешката на β y.което носи името на ъгълката грешка.

С малка ъглова стойност γ (Γ обикновено не повече от 40 - 50 "), относителна грешка

В ъгли φ, близо 90 °, ъгловата грешка може да достигне големи стойности.

Втората, специфична, грешка на Wattmeters е грешката, благодарение на консумацията на енергия чрез нейните намотки.

При измерване на захранването, консумирано от товара, две, характеризиращи се с включването на неговата паралелна верига (фиг. 2).

Фиг. 2. Схеми за включване успоредно намотката Wattmeter

Ако не се вземат под внимание фазите между токовете и напреженията при намотки и помислете за товар h чисто активна, грешка β (a) и β (b), поради консумацията на енергия на ватмите на бобините за фигури. 2, А и Б:

където R. i и RU - съответно, енергията, консумирана от последователната и паралелна верига WATTMERTER.

От формулите за β (а) и β (b) може да се види, че грешките могат да имат забележими стойности само при измерване на мощността в схеми с ниска мощност, т.е. когато pi и ru са съизмерими с рН.

Ако промените знака само на един от теченията, посоката на отклонение на подвижната част на вата ще се промени.

Wattmeter има две двойки клипове (последователни и паралелни вериги) и в зависимост от тяхното включване във веригата, посоката на отклонение на показалеца може да бъде различна. За да включите правилно Wattmeter, един от всяка двойка скоба е показан от знака "*" (звездичка) и се нарича "генераторска скоба".

Министерство на образованието и науката на Руската федерация

Държавният университет на Пенза

Отдел "Метрология и качествени системи"

Резюме на темата

"Измерване на електрическа енергия и енергия"

Извършено: изкуство. ° С. 07pts1.

Окакова Е. КХ.

Проверено: към. T. N., док.

Safronova K.V.

Penza, 2009.

Въведение ................................................. ................................ ..3.

1 измерване на мощността при високи и високочестотни схеми ............... 6

2 Измерване на импулсна мощност ............................................... ... .11.

А) метод за измерване на среднохранването, като се вземе предвид коефициентът

попълнете ................................................... ............................. ..1.1.

Б) метод за сравнение на властта постоянен ток……………………..12

В) интерактивно - диференциален метод ................................. ... 13

Г) метод за вземане на проби с запаметяване на проби ............................ 14

3 Цифрови електромери .............................................. .. ..15

4 проходни метра

основата на механизмите за индукционни измервания .............................. 16

5 цифрови броячи електрическа енергия……………………………….18

Списък на използваните препратки .............................................. ...................... 20.

Въведение

Измерването на мощността се извършва в веригите на директни и променливи токове с ниска, висока честота, както и в импулсни схеми на различни измервателни, електрически, радио получаване и предаване на оборудване. Обхватът на измерените мощности се крие в диапазона от 10 -16 - 10 9 W.

Методите за измерване се различават значително един от друг в зависимост от параметрите на веригата, в която се измерва мощността, границата на промяната на силата и честотния диапазон.

В DC \u200b\u200bсхемите, товарният капацитет на товара се определя от тока в товара и напрежението намалява върху него:

P \u003d ui \u003d i 2 R.

При променливи токови вериги, моментната стойност на потребление: p (t) \u003d u (t) i (t).

Ако u (t) и i (t) - периодични функции на времето с период t, тогава средната стойност на мощността на потреблението за периода се нарича мощност, или активната сила на R. Power P с моментна стойност на мощността P (t) е свързан с израза

P \u003d 1 / t ∫ p (t) dt \u003d 1 / t∫ uidt.

Мощността се измерва в абсолютни единици - ватове, ватиращи производни и относителни единици - децибелиращи ± α \u003d 10lg (р / p / po), където P е абсолютна стойност на мощността във ватове (или миливати), PO - нула (брояч) ниво, равно на 1 mw (или 1 mw), свързано с абсолютни нулеви напрежения UO и ток IO през стандартната резистентност на RO съотношението po \u003d u 2 o / ro \u003d i 2 o RO. За измерване на мощността, директни и непреки методи за измерване. Извършват се директни измервания с помощта на електродинамични, феродинамични и електронни ватъммери, непреки - се намаляват до определянето на мощност през амперметър и волтметър или осцилоскоп.

Реактивната мощност трябва да бъде сведена до минимум; Доставчиците на електроенергия се наказват от потребителите за включване в мрежата на товари с лош фактор на мощността. Фигура 1 показва диаграма, работеща върху променлив ток. Може да се види, че реактивната сила може да бъде изключена, ако мерките за гарантиране на равенството на VC \u003d VL, т.е. извършване на корекцията на мощността.

При ниски честоти, мощността обикновено се изчислява чрез измервани стойности на ток и напрежение. При високи честоти, надвишаващи 1 MHz, могат да се изчисляват по-удобни и точни измервания на мощността и могат да се изчисляват напрежение и ток. При честоти над 1 GHz концепциите за напрежение и текущи губят смисъл, а силата остава почти единственият измерим параметър.

В схемата за променлив ток, мощността се променя непрекъснато с напрежение и текущи промени. Устройствата измерват средната или постоянна мощност, която при работа с радиочестоти означава осредняване на голям брой цикли. Периодът, при който се извършва осредството зависи от вида на сигнала. За непрекъснат сигнал, мощността се осреднява от голям брой високочестотни периоди. В случай на амплитуден сигнал, осредняването на захранването се извършва в няколко цикъла и за импулсен сигнал - с голям брой импулси.

Относителните резултати от измерването на мощността често се изразяват в децибели (dB). Децибел е един десетия Бел. Например, ако P2 е захранването на входа на усилвателя, и P1 е изходната мощност, тогава коефициентът на усилване е равен

G (dB) \u003d 10LG p1 / p2.

Decibel е удобно за измерване на мощността, защото осигурява по-компактен запис за запис; За да се намери укрепването на многостепенната схема, е достатъчно, за да се сгънат коефициентите на индивидуалните каскади, вместо да ги умножават.

На мрежови и ниски честоти, електродинамичен измервателен механизъм е най-широко използван. Подходящ е за измерване на относително високи нива на мощност.

Устройствата, предназначени за измерване на мощността при високи и ултравидични честоти, са два вида: абсорбиращи мотори, съдържащи собствено натоварване и измервателни линии, в които товарът се намира на известно разстояние. Абсорбиращите устройства са по-точни и обикновено включват 50-ома натоварване за работа при високи честоти.

Измерване на мощността в схеми на повишени и високи честоти.

При високи и високочестотни схеми се извършват директни и непреки измервания на мощността. В някои случаи, непреки измервания са за предпочитане, тъй като е по-лесно за измерване на напрежението, тока и съпротивата, отколкото захранването. Директните измервания се извършват главно с помощта на електронни ватъммери. В някои електронни ватъмметри, електродинамичните измервателни механизми се използват с предварително амплификация на ток и напрежение или предварително изправяне на тези стойности. Като измервателен механизъм може да се използва електростатичен електромер с напрежение и текущи усилватели, както и магнитоелектрически механизми с квадрати. Квадратите се извършват върху полупроводникови диоди, преобразуватели и други нелинейни елементи, чиято работа се извършва върху квадратичната област на томперацията Volt-ампер. Симулационната работа на UI в квадраторите се заменя с операциите на сумиране и изграждане на площада. В честотния диапазон до стотици Megahertz се използват ваттмерите със сензорите за зала.

При ултра-високи честоти, мощността се измерва чрез трансформация на захранването в топлина (калориметрични методи), светлина (фотометрични методи) и др.

Калориметър. Калориметърите се използват за измерване на висока мощност главно в метрологичните лаборатории. Калориметърът се състои от устойчивост на натоварване в топлоизолиращото тяло, потопено в течност или въздушна среда. Течността може да бъде фиксирана или потока в калориметъра и да тече от нея при определена скорост. Измерва се температурата на течността на изхода и входа. Ако r е дебитът на хладилния агент в [cm 3 / s], d е неговата плътност в [g / cm 3], s - специфична топлина хладилен агент, Ti - неговата температура на входа и това - на изхода, след това силата на PI, разсейвана в калориметъра, се определя от изразяването

Pi \u003d (до - ti) rds / 0, 2389 w

В калориметрични измервания ние прилагаме метод за заместване. Например, след извършване на високочестотни измервания към калориметъра, се доставя DC мощност, даваща същата температурна разлика

(T - ti) при същите условия на охлаждане. След това се измерва силата на DC и се счита за равна на силата на високочестотния сигнал.

Измерване на мощността чрез електронен токоизправител WATTMERTER.Фундаменталният схемалектронен ватметър с квадрат, направен на полупроводникови диоди, е показан на фигура 2. Wattmeter има два резистора във веригата на тока, съпротивлението, от което R1 \u003d R2 е много по-малко от устойчивостта на натоварване, и два резистора се противопоставят на R3, R4 в напрежението. Резистори R3 и R4 изпълняват ролята на делител на напрежението, така че съпротивата R3 + R4 е много повече съпротива Натоварване zh.

Спадът на напрежението на резистори R1 \u003d R2 е пропорционален на натоварването на K1i, капката на напрежението на R3 резистора на разделителя е пропорционална на напрежението при товара, т.е. K2U. Както може да се види от веригата, напрежението U1 и U2 на VD1 и VD2 диоди ще бъдат съответно:

u1 \u003d k2u + k1i; U2 \u003d K2U - K1i.

В идентични характеристики на диода и работата по квадратичната част на волт-ампер характеристиките на токовете I1 и I2 са пропорционални на квадратите на напрежението.

Фигура 2. Схематична схема Електронен токоизправител WATTMERTER.

Ток във веригата на устройството II \u003d (I1 - I2) R / RA. Константният компонент, измерен чрез магнитоелектрично устройство при u \u003d Umaxsinωt и i \u003d Imax Sin (ωt ± φ) е пропорционален на активната мощност:

I \u003d 1 / t∫kuidt \u003d k 1 / t uidt \u003d kuicosφ \u003d kpx,

където px е измерената мощност.

Електронните Wattmeters, в схемата, от които са включени диоди, имат ниска точност, грешка на измерването ± (1.5 - 6)%, ниска чувствителност, висока консумация на енергия, ограничен честотен диапазон.

Измервателен термоелектрически ватметър.Честотният диапазон може да бъде удължен до 1 MHz, ако квадрата е изградена върху безконтактни термични преобразуватели. Термоелектрическият ватметър се различава от коригирането на факта, че вместо диоди, нагревателите на безконтажната термодвойката се включва, а термо-EMF разликата в студените краища, измерена чрез магнетоелектричен малелолтметър, е пропорционален на средната натоварване на товара.

Термоглотмерите се използват при измерване на мощността в схеми с ненусоидална форма на ток и напрежение; При измерване на захранването в вериги с голяма фаза на преминаване между напрежение и ток, при определяне на честотната грешка на електродинамичните ватъммери.

Измерване на силата на ватметър с конвертора на залата. Конверторът на залата е четириполюзен, изработен под формата на тънка полупроводникова монокристална плоча. Текущи заключения T - T на конвертора на залата се свързва с външен източник на директен или променлив ток, потенциални води

X - X, между които ЕМП възниква в момента, когато магнитното поле засяга плочата - към измервателния уред. Заключенията на X - са свързани страни в еквивалентните точки в отсъствието на външно магнитно поле.

Зала Мощна власт

където KX е коефициент, чиято стойност зависи от материала, размерите и формата на плочите, както и при температура атмосфер и значения магнитно полеШпакловка B е магнитна индукция.

Електромоторната мощност на залата ще бъде пропорционална на захранването, ако една от изходните стойности, за да се направи пропорционалното напрежение U, а другият - ток през товара.

За да се приложи, конверторът на залата се поставя в клирънса на електромагнитет, намагнитната намотка на L, която се захранва от ток, пропорционален на тока на натоварване, и чрез t - t преминава текущата, пропорционална на напрежението, приложено към товара Z , Текущата стойност е ограничена до допълнителния резистор RD. Hall EMF ex \u003d kui \u003d kp е регистриран с магнитолелектричен милвололтметър (K - коефициент на пропорционалност). Мерки електрически власт и енергия. Такива устройства са разработени ... и чувствителни цифрови средства измервания електрически власт и енергия. Широко разпространено използване на ...

От експресията за мощност на постоянен ток може да се види, че може да се измерва с амперметър и волтметър с индиректен метод. В този случай обаче е необходимо да се постигне едновременно преброяване на два инструмента и изчисления, усложняващи измервания и да се намали точността му.

За измерване на мощността в схеми на постоянен и еднофазен променлив ток, се използват уреди, наречени ватъммери, за които се използват електродинамични и феродинамични измервателни механизми.

Електродинамичните ватъммери се произвеждат под формата на преносими устройства с високи класове с висока точност (0.1 - 0.5) и се използват за точни измервания на силата на директен и променлив ток при промишлена и повишена честота (до 5000 Hz). Ferrodynamic Wattmeters най-често се срещат под формата на предпазни устройства спрямо ниска степен на точност (1.5 - 2.5).

Прилагайте такива ватъммери главно върху промишления ток на индустриалната честота. При постоянен ток те имат значителна грешка поради хистерезис на ядра.

За измерване на силата на високи честоти се използват термоелектрически и електронни ватъммери, които са магнитоелектричен измервателен механизъм, оборудван с активен конвертор на захранването в постоянен ток. В конвертора на захранването, операцията за умножение и получаването на сигнала на изхода, в зависимост от продукта UI, т.е. от захранването.

Ако не се вземат под внимание фазовите смени между течения и напрежения при намотки и помислете за товарния Н би чисто активна, грешка и причинена от консумацията на енергия на бобините на ватметър, за схеми (фиг. 8.3):

къде и - съответно, мощността, консумирана от последователната и паралелна верига Wattmeter.

От формулите за и може да се види, че грешките могат да имат забележими стойности само при измерване на мощността в схеми с ниска мощност, т.е. кога и съизмерима с.

Ако промените знака само на един от теченията, посоката на отклонение на подвижната част на вата ще се промени.

Wattmeter има два чифта скоби (серийни и паралелни вериги) и в зависимост от тяхното включване във веригата, посоката на отхвърляне на показалеца може да бъде различна. За да включите правилно Wattmeter, един от всяка двойка скоба е обозначен със знака "*" (звездичка) и се нарича "Generator clamp".

Измерване на захранването чрез ефект на залата

Множител на стойностите на силата на тока и потенциалната разлика при измерване на мощността може да се получи с помощта на полупроводникови преобразуватели на залата.

Ако специална полупроводникова плоча, при която ток аз тече (фиг. 8.4), развълнуван електрическо поле напрежение e, поставено в магнитно поле с H (индукция б), след това между неговите точки, разположени върху преките, перпендикулярни указания на течащия ток и магнитното поле, възниква потенциалната разлика (ефект на залата), определен като

където К е коефициентът на пропорционалност.

Според теоремата на Umova, плътността на потока на подложката на микровълновите колебания в някаква точка на полето се определя от векторния продукт на електрическото и магнитното напрежение на това поле:

Следователно, ако текущата i е функция електрическо напрежение E, с помощта на сензора за залата, можете да получите следната зависимост от напрежението от преминаващата сила:

където g е постоянен коефициент, характеризиращ пробата. За измерване на тази мощност, полупроводниковата плоча (платна зала - PC) се поставя във вълновод, както е показано (фиг. 8.5).

Разглежданият електромер има следните предимства:

1. може да работи с всяко натоварване, а не само с последователен;
2. високата скорост на Wattmeter прави това да се приложи при измерване на импулсната мощност.

Практическото прилагане на Wattmeters в ефекта на залата обаче е доста трудна задача поради много фактори. Въпреки това има wattmeters, които измерват преминаването на импулсна мощност до 100 kW с грешка не повече от 10%.

Методи за измерване на мощност при високи и ултрахедни честоти

Елатеят като цяло е физическо количествокоето се определя от произведената работа на единица време. Електрическа единица - WATT (W) - съответства на силата, на която една секунда се извършва в един joul (j).

При постоянна тока и променлива текуща ниска честота, директното измерване на мощността често се заменя чрез измерване на активната стойност. електрическо напрежение На товара u, активната стойност на тока преминава през товара I, и ъгъла на фазовия смяна между тока и напрежението. В този случай мощността се определя от изразяването:

В микровълновата гама напрежението и текущото измерване става трудно. Големата на размера на входните вериги на измервателни уреди с дължина на вълната е една от причините за неяснотата на измерването на напрежението и текущото измерване.

Измерванията са придружени от значителни честотни грешки. Трябва да се добави, че измерването на напрежението и тока в вълноводните пътища в някои видове вълни губи практическото му значение, тъй като надлъжният компонент липсва в проводника и потенциалната разлика между краищата на всеки диаметър на вълноводния кръст разрез е нула. Ето защо, при честоти, започвайки с десетки Megahertz, директното измерване на мощността става за предпочитане и по-точно, а при честоти над 1000 MHz е единственият вид измерване, уникално характеризиращи интензивността електромагнитни трептения.

За директно измерване Микровълновата мощност се използва методи, основани на фундаментални физически закони, включително метода за директно измерване на основните стойности: маса, дължина и време.

Въпреки разнообразието от методи за измерване на микровълновата сила, всички те се свеждат до трансформацията на енергията на електромагнитните микровълнови колебания в друг вид енергия, налична за измерване: термична, механична и т.н. сред устройствата за измерване на микровълновата мощност, базирани на микровълнова мощност по термични методи са най-често срещани. Използват се и редица други методи - Ponderomotor, сонда и др.

Принципът на огромното мнозинство от микровълновите електромери, наречени Wattmeters, се основава на измерване на промените в температурата или съпротивлението на елементите, в които е разпръснато енергията на изследваните електромагнитни трептения. Инструментите, основаващи се на това явление, включват калориметрични и термисторни електромери. Wattmeters са получени с помощта на Ponderomotor Phenomena (електромеханични сили) и Wattmeters, работещи в ефекта на залата. Особеността на първата от тях е възможността за абсолютни измервания на мощността, а второто измерване на властта, независимо от координацията на RF пътя.

Съгласно метода на включване в предавателния път се отличават WATTMETERS на типа на преминаване и абсорбиране. Ваттметърът на преминаването е четири полюсен, в който се абсорбира само малка част от общия капацитет. Абсорбиращият тип ватметър, който е двуполюсен, се свързва в края на предаването, и в идеалния случай цялата мощност на инцидентната вълна се абсорбира в нея. Ватметър на преминаващия тип често се извършва на базата на абсорбиращия измервателен уред, включен в тракта през подложката.

Калориметричните методи за измерване на мощността се основават на трансформацията на електромагнитната енергия в топлина в резистентността на натоварването, която е част от метър. Количеството на пуснатия топлин се определя в зависимост от температурната промяна в натоварването в товара или в средата, където се предава топлина. Има статични калориметри (адиабат) и стрийминг (не -adibatic). В първата, микровълновата мощност се разсейва в термично изолиран товар и се осигурява непрекъснат поток от калориметрична течност. Калориметричните измервателни уреди позволяват измерване на мощността от единици миливати до стотици киловат. Статични калориметри измерват малките и средните нива на мощност, а потокът - средна и големи стойности Власт

Състоянието на топлинния баланс в калориметричния товар е:

където p е микровълновата мощност, разсеяна в товара; T и t 0 - съответно температура и околна среда; C, m е специфичната топлинна мощност и масата на калориметричното тяло; K - коефициент на топлинна разсейване. Разтворът на уравнението изглежда е

къде е постоянната термична време.

В случай на статичен калориметър, времето за измерване е много по-малко постоянно и микровълновата сила е:

Основните елементи на статичните калориметри са термично изолирани натоварване и устройство за измерване на температурата. Лесно е да се изчисли абсорбираната мощност на микровълновата фурна за измерената скорост на нарастващата температура и известния топлинен капацитет на товара.

При добавки се използват различни високочестотни терминали, изработени от твърд или течен диелектричен материал със загуби, както и под формата на плоча или филм с висок резистентност. За да се определи температурната промяна, термодвойките и се използват различни термометри.

Помислете за статичен калориметър, който намалява изискванията за топлоизолация и няма нужда да се определя топлинния капацитет на калориметричната дюза (фиг. 8.6). Тази схема използва метод за заместване. В него, за да се калибрира устройството 4, измерване на повишаването на температурата в разсейването на измереното захранване на рамото 1, известната мощност на DC или нискочестотния ток се използва, доставя се на рамото 2. то е Предполага се, че температурата на дюзата 3 променя същото, когато разпръсква равни стойности на мощността на микровълновия и директен ток. Статичните калориметри ви позволяват да измервате силата на няколко миливати с грешката на по-малко.