Кроме универсальных цифровых мультиметров, у электриков и мастеров по «слаботочкам» крайне востребованы ваттметры. Назначение ваттметра – измерение текущей мощности, потребляемой тем или иным прибором, а также ведение учёта потреблённого количества электричества.
Ваттметр – прибор, измеряющий потребляемую мощность. Он часто нужен там, где сечение проводов электрокабеля согласуется с суммарной нагрузкой, выдаваемой имеющимися на объекте потребителями. С помощью ваттметра можно измерить энергопотребление как светильника, так и 1–3 электрочайников либо стиральной машины.
Без замера потребляемой мощности на каждом из бытовых приборов, подключённых к старой электропроводке, новая, не имеющая запаса по мощности, может не выдержать нагрузки. Она воспламенится от перегрева и приведёт к пожару.
Отсутствие согласования между слишком мощным источником и маломощным потребителем также приводит к выходу последнего из строя. Ваттметр призван не допустить этих инцидентов.
В зависимости от исполнения измеряющих цепей прибора ваттметры подразделяются на две разновидности.
Аналоговые сигналы по своей природе непрерывны. Для замера мощности пропускаемого по цепи электрического тока применяют электродинамические измерители. Аналоговый гальванометр работает на основе электромагнитного взаимодействия двух катушек.
Одна из них – электродинамический статор – надёжно фиксируется в приборе, прикреплена к его каркасу (нижней части корпуса). Обмотка статорной части намотана толстым (до 1 мм или более в диаметре) обмоточным эмальпроводом. Её сопротивление мало.
Она включается последовательно с нагрузкой, без добавочных резисторов.
Роторная или подвижная катушка движется в поле статорной. Она закреплена на оси так, чтобы не создавать перекос в зазоре статора при отклонении в любую из двух сторон. Она намотана тонким эмальпроводом, имеет значительно большее сопротивление (и число витков).
Если бы её намотали таким же толстым проводом – действие гальванометра визуально было бы никаким. Она подключается параллельно нагрузке через высокоомный дополнительный резистор.
Тот, в свою очередь, предотвращает короткое замыкание на цепи и между витками – и выход из строя гальванометра.
Когда ваттметр подключается к сети – вернее, сеть включается через него – подвижная и неподвижная катушки вырабатывают свои магнитные поля. Взаимодействуя этими полями друг с другом, роторная катушка поворачивается на определённый (расчётный) угол.
К оси катушки подвешена стрелка с плоской пружиной. Та возвращает саму стрелку в исходное (нулевое) положение – сразу же после отключения ваттметра от сети. Направление стрелки совпадает с плоскостью подвижной катушки – они обе прикреплены друг к другу.
Конец неуравновешенной стрелки может падать на пластину с нанесённой на неё и отградуированной шкалой, задевать за неё при движении по самой шкале. Чтобы исключить такое подтормаживание стрелки, фирма-приборостроитель балансирует её при помощи металлического волоска (стремени), расположенного у самой оси, вокруг которой поворачивается и сама катушка.
Стремя может быть заменено противовесом на соосном со стрелкой конце её нижней части – либо одно дополняет другое.
Такая конструкция отдалённо напоминает микроскопические весы или каплю в жидкостном уровнемере, находящиеся в точном равновесии, в центре. Сам противовес напаивается из легкоплавкого металла или сплава. Стрелка балансируется по уровню – в лежачем и стоячем положении гальванометра. Если прибор упадёт, балансир порвётся, то такой гальванометр считается испорченным и подлежит переработке.
Важно! Градусы, на которые поворачивается катушка со стрелкой, эквивалентны количеству вольт-ампер, пропускаемых сейчас по цепи. Некоторые модели приборов, подобно электрокардиометру, снабжены не гальванометром, а самописцем – они печатают таблицы значений тока, напряжения и мощности, либо выводят на рулоне бумаги график мощности.
Электродинамический гальванометр в таком ваттметре заменён цифровым устройством, работающим на основе предварительного измерения силы тока и напряжения.
Последовательно с нагрузкой к входу прибора подключается датчик тока – аналог простого амперметра. Параллельно – датчик напряжения (аналог обычного стрелочного вольтметра).
Элементная база, из которой собираются эти датчики, включает в себя термопары, контрольные трансформаторы тока, термисторы и так далее.
Далее в дело вступает АЦП – микросхема, преобразующая аналоговый сигнал в цифровой. Эти данные передаются на кристалл микропроцессора. Сам процессор определяет величину (ре) активной мощности.
Обработанные сведения передаются в оперативную и флеш-память и доступны для считывания внешними устройствами.
В более дорогих моделях ваттметров они передаются через COM- или USB-порт – и в любой модели отображаются на дисплее.
Измерение мощности, потребляемой приборами – общая задача ваттметров.
Она решается в сферах промышленности на целом ряде производств, где вырабатывается электроэнергия, строятся машины и механизмы всевозможного назначения, а также обслуживаются и ремонтируются бытовые и промышленные электроприборы и электроустановки.
Собрат ваттметра – электромеханический либо полностью электронный счётчик киловатт-часов, установленный у входа в каждый дом, квартиру, офис, магазин или этаж производственного предприятия.
Но ваттметр – более продвинутая версия электросчётчика. Он – один из эффективных инструментов специалиста по ремонту бытовой электроники (вплоть до компьютеров) и радиолюбителя.
Задача такого специалиста – рассчитать, сколько электроэнергии конкретное устройство может сэкономить, ничуть не теряя в функциональности и быстродействии.
Область применения ваттметров:
- определение мощности устройств;
- тестирования электрических цепей и схем – частично или полностью;
- испытание электроустановок;
- тестирования устройств и оборудования на наличие неисправностей;
- потребительский расчёт и учёт электроэнергии.
В последнем случае ваттметр выполняется в виде удлинителя с несколькими розетками, подключёнными через сам прибор, кнопками управления, а также цифровой шкалой или полноценным ЖК-дисплеем. Это законченное решение – включается в сеть, сразу же готово к работе.
По частоте тока, мощность которого измеряется, ваттметры подразделяются на следующие группы:
- низкочастотные и постоянного тока;
- радиочастотные (потребляемой и поглощаемой мощности);
- оптические.
Низкочастотные ваттметры применяются в сетях переменного тока и электроустановках постоянного. Так, переменные ваттметры подразделяются на однофазные и трёхфазные. Для определения реактивной мощности в сети используются так называемые варметры.
Если вам попался цифровой ваттметр – он считает активную и реактивную мощность.
Маркируются такие ваттметры буквой Ц, рядом с которой ставится номер, определяющий класс точности прибора, пределы измеряемой мощности и модель, например, Ц301, Д8002, Д5071.
Для поглощаемой мощности на радиочастотах используется внушительная подгруппа ваттметров. По видам они разделяются благодаря наличию нескольких типов и разновидностей датчиков, с которых и считываются показания.
Для радиочастоты в качестве датчика подойдут термопара, термистор и пиковый обнаружитель, гальваномагнитные и пондеромоторные комплектующие.
Однако радиочастотное излучение зачастую отражается, такой ваттметр измеряет поглощённую, а не реально попадающую на датчик мощность.
Ваттметры с термистором включают в себя принимающий конвертер на основе термистора или болометра. К нему подключён измерительный мост. Для разогревания термистора применяется источник обычного переменного тока. Термистор меняет своё сопротивление при нагреве. Температура разогреваемого термистора определяется уровнем мощности сигнала, попадающего на него.
Путём разницы между мощностью переменного тока, нагревающего сам термистор, и падающей радиочастотной мощностью, вычисляется реальная измеряемая мощность.
В процессе измерения рассеиваемая на термисторе мощность радиоизлучения – вместе с мощностью переменного тока – не приводит к значимому изменению сопротивления термистора. Оно стабильно за счёт работы измеряющего моста, реагирующего на изменение подогревающего термистор тока.
Вся эта цепь раньше работала за счёт ручных регулировок – сейчас же задачу подстройки взял на себя цифровой модуль, автоматически вмешивающийся в вышеперечисленные параметры. Термисторные ваттметры работают с рассеиваемой на приборе мощностью до нескольких милливатт.
Этот предел превышаем за счёт делителей входной мощности, вызывающих при этом ещё большую недостоверность проводимых измерений, пример – М3-22А, M3-28.
У калориметрических ваттметров вместо термистора применяют особый нагрузочный элемент, с которого тепло отдаётся на преобразователь, собранный на термисторе.
В качестве посредника выступает рабочее тело – очищенная вода либо жидкость, способная её заменить.
Эта жидкость протекает с постоянной скоростью, проходя через входной нагрузочный элемент, конвертер и уносящий излишнее тепло элемент, пример – приборы М313, МК3-68/70.
У термоэлектрических ваттметров используется термопара – одна или несколько – с непосредственным и опосредованным нагреванием.
В процессе измерения мощности разогретый стык термопары разогревается ещё больше от мощности сигнала, с которого прибор снимает показания. Схема вырабатывает температурное электрическое напряжение.
Это напряжение и является сигналом, идущим на АЦП цифрового ваттметра или на гальванометр аналогового, например, термоэлектрическими являются ваттметры М3-51/56/93.
«Пиковые» ваттметры чувствительны к мощности импульсного сигнала, но замер мощности такого сигнала неточен. Такой прибор легко сделать из переменного вольтметра, подключив к нему нагрузочное устройство с сопротивлением, совпадающим с волновым сопротивлением фидера.
Оконечным узлом является электронносчётное устройство с мощностной шкалой. Примерами ваттметров, содержащих пиковый детектор, являются М3-3А/5А.
Первоначальным конвертером (преобразователем) в таких приборах является направленный разветвитель – узел, отбирающий из основного канала небольшую часть мощности.
Она поступает на вторичный конвертер – например, через детектор огибающей сигнала или термоэлемент. Полученный сигнал передаётся к АЦП или гальванометру. Для частот 150–1620 кГц применение разветвителей осложнено.
Вместо них применяют датчики по току и напряжению. Такими деталями выступают трансформаторы по напряжению и току.
Полученные значения умножаются друг на друга по фазной разнице. Пример использования такого устройства – определение мощности, отправляемой передатчиком в антенный кабель. В СВЧ-диапазоне – 300–3000 МГц применяют термисторные, гальваномагнитные и термоэлектрические датчики в стенке волновода. Пример такого прибора – М2-23/32 или NAS.
Стоит подробнее рассмотреть самые востребованные модели.
- Robiton PM-1– бюджетный прибор для слежки за расходом электричества одним потребителем. Универсальное устройство – можно включить и работать сразу же. Оно отобразит, сколько конкретное бытовое устройство расходовало электричества за определённый период. Оно подходит для электроплит и водонагревателей. Прибор не работает при околонулевой температуре на улице.
- HiDANCE 3680W AC Power Meter измеряет ток нагрузки и сетевое напряжение, определяет коэффициент и потребляемую мощность. Это многофункциональное цифровое устройство, предназначенное для расчёта энергоэффективности комнаты. Он высокоточен, работает в нескольких режимах, но требует повторного введения стоимости киловатта энергии после отключения нагрузки.
- Espada TSL 1500WB предназначен для проверки нагревательных приборов по эффективности прямо в магазине. Он имеет двухтарифный режим, оповещение о превышении разрешённой по техпаспорту мощности. Он подсвечивает экран в темноте, высокоскоростной и очень точный, но трудно сменить батарейку или аккумулятор.
- Мегеон 71016 – китайская модель, непрерывно считывает все показатели, измеряет концентрацию углекислоты в закрытых комнатах и помещениях.
- Brennenstuhl PM 231 измеряет, кроме реальной мощности, напряжение, ток и частоту. Он безопасен для детей, но слишком малый шрифт на дисплее.
- TP-Link HS110 – удалённая слежка и управление по интернету, позволяет выключить подключённые устройства или ограничить мощность.
- Edimax SP 2101W позволяет настроить работу потребителей по расписанию. Это заменитель «умной розетки».
- Energenie EGM-PWM – полный удалённый контроль, без «привязки» к ПК.
- Киловаттметр Д305 – трёхфазная полупрофессиональная модель, создана для расчёта энергоэффективности цехов и этажей предприятий. Это аналоговый вариант, что замеряет до 40 кВт проходящей мощности.
- Д365 замеряет до 120 кВт.
- HN-PM1 – бездисплейная модель с модулем Wi-Fi. Ставится на DIN-рейку в щитке.
Ваттметр имеет два входа – по две клеммы на каждом. Схема включения ваттметра не предусматривает последовательное включение подвижной катушки и параллельное – неподвижной. Если вы подключите цепь неправильно – сожжёте прибор, устроите замыкание в сети, этим повлечёте пожар.
По правилам, обмотки включаются согласно своему сопротивлению – это позволяет активному в данный момент ваттметру не вносить заметные искажения в количество ватт, потребляемое включённым через прибор потребителем.
Определить показания по потреблённому количеству электричества на стрелочном приборе можно, умножив значение, которое показывает ваттметр, на то время, пока потребитель активен.
Цифровой же прибор сделает всю вычислительную работу за вас.
В следующем видео вас ждет обзор самых популярных ваттметров (SRM, Stages, Garmin Vector 2, BePro, Quarq, Power2max и Powertap).
Ваттметры — виды и применение, схема подключения, особенности использования
Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность.
Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается.
Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.
Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.
Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.
Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.
Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи.
Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.
Электродинамические измерительные приборы
Приборы, основанные на принципе взаимодействия двух магнитных полей, создаваемых токами, текущими в двух различных катушках по устройству и принципу действия называют электродинамическими.
Одна из этих катушек укреплена неподвижно, а вторая, помещенная внутри первой, может поворачиваться вокруг своей оси и удерживается в некотором начальном положении спиральными пружинами. По отклонению подвижной катушки можно непосредственно судить о силе протекающего по катушкам тока.
В зависимости отданных прибора и способа его включения с помощью этого прибора можно измерять либо силу тока в цепи (амперметр), либо напряжение на зажимах цепи (вольтметр), либо мощность, потребляемую в цепи (ваттметр).
Т. к. направление электрического тока, протекающего через обе катушки электродинамического измерительного прибора изменяется одновременно, то направление силы взаимодействия между катушками остается неизменным при изменении направления подводимого к прибору тока. Поэтому такие измерительные приборы пригодны для измерения как переменного, так и постоянного токов.
Аналоговые ваттметры
К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.
Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.
Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.
Устройство ваттметра:
Схема подключения ваттметра:
Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:
Цифровые ваттметры
Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.
Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.
Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.
Бытовой ваттметр
Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника.
Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях.
Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.
По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку.
Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется.
Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.
Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.
Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.
Профессиональные ваттметры
Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.
Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений.
Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.
Аналоговый ваттметр в составе профессионального лабораторного измерительного комплекта К540:
Щитовые ваттметры
Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры.
Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности.
Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.
Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.
Ваттметр
Ваттметр (ватт + др.-греч. μετρεω — «измеряю») — измерительный прибор, предназначенный для определения мощности электрического тока или электромагнитного сигнала.
Классификация
По назначению и диапазону частот ваттметры можно разделить на три категории — низкочастотные (и постоянного тока), радиочастотные и оптические.
Ваттметры радиодиапазона по назначению делятся на два вида: проходящей мощности, включаемые в разрыв линии передачи, и поглощаемой мощности, подключаемые к концу линии в качестве согласованной нагрузки.
В зависимости от способа функционального преобразования измерительной информации и её вывода оператору ваттметры бывают аналоговые (показывающие и самопишущие) и цифровые.
Ваттметры низкой частоты и постоянного тока
Аналоговый ваттметр
НЧ-ваттметры используются преимущественно в сетях электропитания промышленной частоты для измерения потребляемой мощности, могут быть однофазные и трехфазные. Отдельную подгруппу составляют варметры — измерители реактивной мощности. Цифровые приборы обычно совмещают возможность измерения активной и реактивной мощности.
Аналоговые НЧ-ваттметры электродинамической или ферродинамической системы имеют в измерительном механизме две катушки, одна из которых подключается последовательно нагрузке, другая параллельно.
Взаимодействие магнитных полей катушек создает вращающий момент, отклоняющий стрелку прибора, пропорциональный произведению силы тока, напряжения и косинуса или синуса разности фаз (для измерения соответственно активной или реактивной мощности).
- ПРИМЕРЫ: Ц301, Д8002, Д5071
Цифровые НЧ-ваттметры имеют в качестве входных цепей два датчика — по току и по напряжению, подключаемые соответственно последовательно и параллельно нагрузке, датчики могут быть на основе измерительных трансформаторов, термисторов, термопар и другие.
Информация с датчиков через АЦП передается на вычислительное устройство, в котором рассчитываются активная и реактивная мощность, далее итоговая информация выводится на цифровое табло и, при необходимости, на внешние устройства (для хранения, печати данных и так далее).
- ПРИМЕРЫ: MI 2010А, СР3010, ЩВ02
Ваттметры поглощаемой мощности радиодиапазона
Детекторный СВЧ-ваттметр М3-5С
Ваттметры поглощаемой мощности образуют весьма большую и широко используемую подгруппу ваттметров радиодиапазона. Видовое деление этой подгруппы связано в основном с применением различных типов первичных преобразователей (приемных головок). В серийно выпускаемых ваттметрах используются преобразователи на базе термистора, термопары и пикового детектора; значительно реже, в экспериментальных работах, применяются датчики, основанные на других принципах — пондеромоторном, гальваномагнитном и т. д. При работе с ваттметрами поглощаемой мощности следует помнить, что из-за неидеального согласования входного сопротивления приемных головок с волновым сопротивлением линии, часть энергии отражается и реально ваттметр измеряет не падающую мощность, а поглощаемую, которая отличается от падающей на величину, равную KP×Pпад, где KP — коэффициент отражения по мощности.
Термисторные (болометрические) ваттметры состоят из приемного преобразователя на базе термистора (или болометра) и измерительного моста с источником низкочастотного переменного тока для подогрева термистора.
Принцип действия термисторного преобразователя состоит в зависимости сопротивления термистора от температуры его нагрева, которая, в свою очередь зависит от рассеиваемой мощности сигнала, подаваемого на него.
Измерение осуществляется методом сравнения мощности измеряемого сигнала, рассеиваемой в термисторе и разогревающей его, с мощностью тока низкой частоты, вызывающей такой же нагрев термистора.
В процессе измерения полная мощность, рассеиваемая на термисторе (при подаче на него одновременно измеряемого сигнала и тока подогрева) и, соответственно, сопротивление термистора поддерживается одинаковым с помощью измерительного моста, который уравновешивается изменением тока подогрева.
В первых моделях термисторных ваттметров уравновешивание осуществлялось вручную, в современных ваттметрах уравновешивание автоматическое, показания выводятся в цифровом виде. К недостаткам термисторных ваттметров относится их малый динамический диапазон — максимальная мощность рассеивания — несколько милливатт, это ограничение преодолевается использованием аттенюаторов, делящих мощность, но вносящих при этом дополнительную погрешность.
- ПРИМЕРЫ: М3-22А, М3-28
Калориметрические ваттметры отличаются от термисторных тем, что для поглощения измеряемой мощности используется отдельная нагрузка, от которой тепло передается на термисторный преобразователь через рабочую среду — дистиллированную воду или специальную жидкость. Жидкая среда циркулирует со строго заданной скоростью потока, омывая по очереди входную нагрузку, преобразователь и охлаждающий теплообменник.
- ПРИМЕРЫ: М3-13, МК3-68, МК3-70
Термоэлектрические ваттметры в качестве первичного преобразователя используют термопару (или блок термопар) прямого или косвенного нагрева.
При измерении горячий спай термопары нагревается под воздействием подводимой мощности измеряемого сигнала, при этом вырабатывается термо-э.д.с.
Измерительная информация в виде сигнала постоянного тока поступает на электронный блок (аналоговый или цифровой), где обрабатывается и поступает на показывающее устройство.
- ПРИМЕРЫ: М3-51, М3-56, М3-93
Ваттметры с пиковым детектором просты в устройстве, в отличие от других видов ваттметров способны измерять не только мощность непрерывного сигнала, но и пиковую мощность радиоимпульсов, однако, из-за низкой точности измерения в настоящее время применяются редко. По принципу действия такой ваттметр представляет собой выпрямительный вольтметр переменного тока, имеющий на входе нагрузку с сопротивлением, равным волновому сопротивлению кабеля, и с отcчетным устройством, проградуированным в значениях мощности.
- ПРИМЕРЫ: М3-3А, М3-5А
Ваттметры проходящей мощности радиодиапазона
В ваттметрах проходящей мощности в качестве первичного преобразователя, обычно используется направленный ответвитель — устройство, позволяющее ответвлять от основного тракта передачи очень небольшую долю энергии.
Отведенная часть энергии подается на вторичный преобразователь, например, детекторную или термисторную головку, откуда сигнал измерительной информации подается на функциональный преобразователь и, далее, на показывающее устройство.
На относительно низких частотах (в ДВ- и СВ-диапазонах), использование направленных ответвителей затруднительно, в этом случае в качестве первичных преобразователей можно использовать датчики силы тока и напряжения в линии, измерительная информация с которых далее обрабатывается в функциональном преобразователе (перемножение значений с учетом разности фаз). Датчиками могут служить, например, трансформатор напряжения и трансформатор тока. Такой способ измерения используется обычно в специализированных приборах для контроля мощности, выдаваемой в антенну радиопередатчиком. На сверхвысоких частотах, в волноводных трактах, для измерения проходящей мощности может использоваться пондеромоторный метод или датчики, встраиваемые в стенку волновода — термисторные, термоэлектрические, гальваномагнитные.
- ПРИМЕРЫ: М2-23, М2-32, NAS
Оптические ваттметры
| Этот раздел не завершён.Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
- ПРИМЕРЫ: ОМК3-69, ОМ3-65
Наименования и обозначения
Видовые наименования:
- Измеритель мощности — другое название ваттметров радио- и оптического диапазонов
- Киловаттметр — прибор для измерения мощности больших значений (единицы сотни киловатт)
- Милливаттметр — прибор для измерения мощности малых значений (меньше 1 ватта)
- Варметр — прибор для измерения реактивной мощности
- Ваттварметр — прибор, позволяющий измерять активную и реактивную мощность
Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) ваттметров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия):
- Дхх — приборы электродинамической системы
- Цхх — приборы выпрямительной системы
- Фхх, Щхх — приборы электронной системы
- Нхх — самопишущие приборы
Ваттметры радио- и оптического диапазонов маркируются по ГОСТ 15094:
- М1-хх — калибраторы, установки или приборы для поверки ваттметров (радиодиапазона)
- М2-хх — ваттметры проходящей мощности (радиодиапазона)
- М3-хх — ваттметры поглощаемой мощности (радиодиапазона)
- М5-хх — преобразователи приемные (головки) ваттметров
- ОМ3-хх — оптические ваттметры поглощаемой мощности
Основные нормируемые характеристики
- Диапазон рабочих частот
- Диапазон измерений
- Допустимая погрешность измерения (для эл.-изм. — класс точности)
- Допустимый КСВн — для ваттметров радиодиапазона
См. также
- Мощность
- Радиоизмерительные приборы
- Электроизмерительные приборы
Литература
- Войнаровский П. Д.,. Электрические измерительные аппараты // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Справочник по электроизмерительным приборам / Под ред. К. К. Илюнина — Л.: Энергоатомиздат, 1983
- Справочник по радиоизмерительным приборам. В 3-х т. / Под ред. В. С. Насонова — М.: Сов. радио, 1979
- Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений — М.: Мир, 1990
- Справочник по радиоэлектронным устройствам. В 2-х т. / Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
Нормативно-техническая документация
- ГОСТ 8476-78 Ваттметры и варметры. Общие технические условия
- ГОСТ 8476-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 3. Особые требования к ваттметрам и варметрам
- ГОСТ 8.392-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Ваттметры СВЧ малой мощности и их первичные измерительные преобразователи диапазона частот 0,03-78, 33 ГГц. Методы и средства поверки
Ваттметр для чего нужен – назначение, типы, подключение, применение, параметры
Измеряют мощность электрического тока специальным прибором – ваттметром. И если в цепи постоянного тока она рассчитывается простым умножением силы тока на напряжение (достаточно наличия вольтметра и амперметра), то в сети переменного тока без измерительного оборудования не обойтись. Также им контролируют режим работы электрического оборудования и учитывают расход энергии.
Применение Ваттметров
Основная область применения – это электроэнергетическая промышленность и машиностроение, мастерские по ремонту электроприборов. Однако достаточно широко используют и бытовые измерители, которые приобретают любители электроники, компьютеров и просто обыватели – для учета и экономии энергопотребления.
Применяют ваттметры для:
Типы ваттметров
Измерению мощности предшествует измерение силы тока и напряжения исследуемого участка цепи.
В зависимости способов измерения, преобразования данных и показа итоговой информации, ваттметры делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые ваттметры бывают показывающие и самопишущие и отражают активную мощность участка цепи. Табло показывающего прибора имеет полукруглую шкалу и поворачивающуюся стрелку. Деления шкалы отградуированы в соответствии с определенными величинами мощности, измеряемой в ваттах (Вт).
Цифровые ваттметры измеряют как активную, так и реактивную мощность. Кроме того, на дисплей прибора могут выводиться (кроме показания мощности) также и сила тока, напряжение, и расход энергии по времени. Данные измерений можно вывести удаленно на компьютер оператора.
Видео о ваттметре из Китая:
Устройство и принцип действия
Аналоговые ваттметры
Наиболее распространенными и точными аналоговыми ваттметрами являются приборы электродинамической системы.
Принцип работы основан на взаимодействии двух катушек. Одна из них – неподвижная, имеет толстую обмотку с небольшим числом витков и малое сопротивление. Подключается последовательно с нагрузкой. Вторая катушка – подвижная.
Ее намотка выполнена из тонкого провода и имеет большое количество витков, поэтому и сопротивление у нее высокое.
Подключается она параллельно нагрузке и снабжается еще добавочным сопротивлением (для исключения короткого замыкания между катушками).
При подключении прибора к сети, в катушках образуются магнитные поля. Их взаимодействие создает вращающий момент, который отклоняет подвижную катушку с подсоединенной к ней стрелкой на определенный угол.
Величина угла эквивалентна произведению силы тока и напряжения в данный момент времени.
Цифровые ваттметры
В основе работы цифрового ваттметра лежит предварительное измерение силы тока и напряжения. Для этого на входе устанавливаются: последовательно нагрузке – датчик тока, параллельно – датчик напряжения. Они могут выполняться на базе термисторов, измерительных трансформаторов, термопар и других элементов.
Мгновенные значения полученных величин тока и напряжения посредством аналого-цифрового преобразователя передаются к встроенному микропроцессору. Здесь производятся необходимые вычисления (находится активная и реактивная мощности) и выдаются в виде итоговой информации на дисплей и подключенные внешние устройства.
Рисунок — Схема подключения Ваттметра
Подключение Ваттметра
Ваттметры имеют четыре клеммы (2 входа, 2 выхода) для подключения. Две из них используют при сборе последовательной (токовой) цепи – ее подключают первой, а две – для параллельной (цепи напряжения).
Начало цепи напряжения (вход) подключают к началу токовой цепи (соединить клеммы перемычкой), соединенному с одним зажимом сети. Конец цепи напряжения (выход) соединяют с другим зажимом сети.
Рассмотрим несколько ваттметров разного исполнения и разных производителей:
Многофункциональный цифровой ваттметр СМ3010 класса точности 0,1
Предназначен для измерения активной мощности, тока, напряжения и частоты в цепях постоянного тока и в однофазных цепях переменного тока; для поверки ваттметров, амперметров, вольтметров класса 0,3 и ниже, частотомеров класса 0,01 и ниже.
Пределы измерения тока Iп:
- на постоянном и переменном токе: 0,002-0,005-0,01-0,02-0,05-0,1-0,2-0,5-1-2-5-10 А.
Пределы измерения напряжения Uп:
Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры
Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар.
Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.
Сфера использования
Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.
Ваттметры используют для:
- Вычисления мощности устройств.
- Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
- Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
- Проверка действия электрооборудования.
- Учет потребления электроэнергии.
Разновидности
Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.
Цифровые ваттметры производят измерение активной и реактивной мощности. На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.
Аналоговые ваттметры разделены на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.
Конструктивные особенности и принцип работы
Аналоговые ваттметры имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.
Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем.
Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое.
Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.
При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.
Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.
Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.
Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.
Некоторые варианты приборов (ваттметров)
Бытовые приборы китайского производства
В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.
По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить.
Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.
В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк.
На корпусе указаны характеристики прибора:
- Рабочее напряжение 230 вольт.
- Частота 50 герц.
- Максимальный ток 16 ампер.
- Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.
Работа прибора
Вставляем его в розетку.
Включим в него настольную светодиодную лампу.
На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.
У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.
В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.
На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.
Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.
В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.
Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать затраты, рассчитав мощность потребления устройств.
Цифровой прибор многофункциональный СМ 3010
Ваттметр служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.
Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.
Замеры напряжения:
- Постоянного от 1 до 1000 вольт.
- Переменного от 1 до 700 вольт.
- Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.
Погрешность измерения:
- Тока, напряжения, мощности постоянного тока +0,1%.
- Тока, напряжения, мощности переменного тока +0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
- Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +0,003%.
Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.
Измерительное устройство ЦП 8506 – 120
Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.
Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.
Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.
Технические данные
- Коэффициент мощности – 1.
- Размеры корпуса 120 х 120 х 150 мм.
- Высота цифр на дисплее 20 мм.
- Наибольший интервал показаний 9999.
- Степень точности: 0,5.
- Время проведения преобразования: менее 0,5 с.
- Температура работы: от +5 до + 40 градусов.
- Класс защиты корпуса и панели: IР 40.
- Мощность потребления: 5 ватт.
- Вес менее 1,2 кг.