Wattmätare
Wattmätaren är ett instrument för att mäta den elektriska aktiva effekten ( eller medelvärdet av flödeshastigheten för elektrisk energi ) i watt för en given krets . Elektromagnetiska wattmätare används för mätning av nätfrekvens och ljudfrekvenseffekt; andra typer krävs för radiofrekvensmätningar.
En wattmätare läser av medelvärdet för produkten v(t)i(t) = p(t) , där v(t) är spänningen med positiv referenspolaritet vid ±-terminalen i förhållande till den andra terminalen på potentialspolen, och i(t) är strömmen med referensriktning som flyter in i ±-terminalen på strömspolen. Wattmätaren läser 0 P = (1/T) ∫ T v(t)i(t) dt , som i sinusformigt stabilt tillstånd reduceras till V rms I rms cos(φ), där T är perioden för p(t) och φ är den vinkel med vilken strömmen släpar efter spänningen.
Historia
Den 14 augusti 1888 patenterade Oliver B. Shallenberge en wattimmätare. Ungern Ottó Bláthy patenterade sin AC-wattmätare. 1974 A. Hauptmann Barry och M. Pressman en elektronisk wattmätare. Denna enhet består av kraft-, ström- och spänningstransformatorer som mäter medeleffekten.
Elektrodynamisk
Den traditionella analoga wattmätaren är ett elektrodynamiskt instrument. Enheten består av ett par fasta spolar , kända som strömspolar , och en rörlig spole känd som potentialspolen .
Strömspolarna är kopplade i serie med kretsen, medan potentialspolen är parallellkopplad . På analoga wattmätare har den potentiella spolen en nål som rör sig över en skala för att indikera mätningen. En ström som flyter genom strömspolen genererar ett elektromagnetiskt fält runt spolen. Styrkan på detta fält är proportionell mot linjeströmmen och i fas med den. Potentialspolen har som huvudregel ett högvärdigt motstånd kopplat i serie med sig för att minska strömmen som flyter genom den.
Resultatet av detta arrangemang är att på en likströmskrets (DC) är nålens avböjning proportionell mot både strömmen ( I ) och spänningen ( V ) , och överensstämmer således med ekvationen P = VI .
För växelström kanske ström och spänning inte är i fas på grund av de fördröjande effekterna av kretsinduktans eller kapacitans . På en växelströmskrets är avböjningen proportionell mot den genomsnittliga momentana produkten av spänning och ström, vilket mäter aktiv effekt , P = VI cos φ . Här representerar cos φ effektfaktorn som visar att den överförda effekten kan vara mindre än den skenbara effekten som erhålls genom att multiplicera avläsningarna av en voltmeter och amperemeter i samma krets.
Elektronisk
Elektroniska wattmätare används för direkta, små effektmätningar eller för effektmätningar vid frekvenser utanför intervallet för instrument av elektrodynamometertyp.
Digital
En modern digital wattmätare samplar spänningen och strömmen tusentals gånger per sekund. För varje prov multipliceras spänningen med strömmen vid samma ögonblick; medelvärdet över minst en cykel är den verkliga effekten. Den verkliga effekten dividerad med de skenbara volt-amperna (VA) är effektfaktorn. En datorkrets använder de samplade värdena för att beräkna RMS-spänning, RMS-ström, VA, effekt (watt), effektfaktor och kilowattimmar. Avläsningarna kan visas på enheten, behållas för att ge en logg och beräkna medelvärden, eller överföras till annan utrustning för vidare användning. Wattmätare varierar avsevärt när det gäller att korrekt beräkna energiförbrukningen, särskilt när den verkliga effekten är mycket lägre än VA (högreaktiva belastningar , t.ex. elmotorer) . Enkla mätare kan kalibreras för att uppfylla specificerad noggrannhet endast för sinusformade vågformer. Vågformer för switchade strömförsörjningar som används för mycket elektronisk utrustning kan vara mycket långt ifrån sinusformade, vilket leder till okända och möjligen stora fel vid vilken effekt som helst. Detta kanske inte anges i mätarens manual.
Precision och noggrannhet
Det finns begränsningar för att mäta effekt med billiga wattmätare, eller faktiskt med alla mätare som inte är designade för lågeffektmätningar. Detta påverkar särskilt låg effekt (t.ex. under 10 watt), som används i standby; avläsningar kan vara så felaktiga att de är värdelösa (även om de bekräftar att standby-effekten är låg snarare än hög). Svårigheten beror till stor del på svårigheten att noggrant mäta växelströmmen, snarare än spänningen, och det relativt lilla behovet av lågeffektmätningar. Specifikationen för mätaren bör specificera avläsningsfelet för olika situationer. För en typisk plug-in mätare anges felet i watt som ±5 % av uppmätt värde ±10 W (t.ex. ett uppmätt värde på 100 W kan vara fel med 5 % av 100 W plus 10 W, dvs. ±15 W , eller 85–115 W); och felet i kW·h anges som ±5 % av uppmätt värde ±0,1 kW·h. Om en bärbar dator i viloläge förbrukar 5 W, kan mätaren läsa allt från 0 till 15,25 W, utan att ta hänsyn till fel på grund av icke-sinusformad vågform. I praktiken kan noggrannheten förbättras genom att ansluta en fast belastning som en glödlampa, lägga till enheten i standbyläge och använda skillnaden i strömförbrukning. Detta flyttar mätningen ur den problematiska lågeffektszonen.
Radiofrekvens
Instrument med rörliga spolar kan kalibreras för likström eller effektfrekvensströmmar upp till några hundra hertz. Vid radiofrekvenser (RF) är en vanlig metod en likriktarkrets anordnad att svara på ström i en transmissionsledning ; systemet är kalibrerat för den kända kretsimpedansen. Dioddetektorer är antingen direkt anslutna till källan eller används med ett samplingssystem som avleder endast en del av RF-effekten genom detektorn. Termistorer och termoelement används för att mäta värme som produceras av RF-effekt och kan kalibreras antingen direkt eller genom jämförelse med en känd referenskraftkälla. En bolometereffektsensor omvandlar infallande radiofrekvenseffekt till värme. Givarelementet hålls vid en konstant temperatur av en liten likström. Minskningen av ström som krävs för att upprätthålla temperaturen är relaterad till den infallande RF-effekten. Instrument av denna typ används över hela RF-spektrumet och kan till och med mäta synligt ljus. För högeffektmätningar mäter en kalorimeter direkt värme som produceras av RF-effekt.
Wattimmar
Ett instrument som mäter elektrisk energi i wattimmar är i huvudsak en wattmätare som integrerar effekten över tid (i huvudsak multiplicerar effekten med förfluten tid). Digitala elektroniska instrument mäter många parametrar och kan användas där en wattmätare behövs: volt , ström i ampere , skenbar momentan effekt, faktisk effekt, effektfaktor, energi i [k]Wh·h över en tidsperiod och kostnad för el förbrukad.
Se även
Vidare läsning
- Rebuldela, Gregorio; A. Jargon, Jeffery (1992). "High Power CW Wattmeter Calibration at NIST" . J Res Natl Inst Stand Technol ( National Institute of Standards and Technology ): 673–686. doi : 10.6028/jres.097.031 . PMID 28053451 .
externa länkar
Den här artikeln innehåller text från en publikation som nu är allmän egendom : Chisholm, Hugh, ed. (1911). " Wattmätare ". Encyclopædia Britannica . Vol. 28 (11:e upplagan). Cambridge University Press.
- DC Metering Circuits kapitel från Lessons in Electric Circuits- serien
| Myndighetskontroll : Nationell |
|---|
