Измерение мощности и энергии
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ся заметным также отличие в показаниях прибора на постоянном и переменном токе.
Ферродинамические ваттметры находят применение в качестве переносных, стационарных и самопишущих приборов переменного тока
.1.3 Ваттметры с квадраторами
В качестве примера реализации ваттметра с квадраторами, на рис.3 представлена принципиальная электрическая схема с использованием диодов. Параллельно источнику питания включен делитель напряжения из резисторов R1и R2.
Рис. 3.
Последовательно с нагрузкой соединены два резистора R3 по которым протекает ток. практически равный току нагрузки i. Резисторы R4 включенные последовательно с диодами Д1 и Д2, ограничивают ток через них так. чтобы рабочая точка устанавливалась на квадратичном участке характеристики диодов.
Для мгновенного значения напряжения u1на R1, которое пропорционально напряжению сети u, имеем:
при i1i
Предполагается также, что шунтирующее действие R4 и измерительного прибора источника питания очень мало.
Падение напряжения u2 на R3 равно
Пусть в некоторый момент времени знаки палений напряжений на R1 и R3 такие, как покачано на рис. 3. Тогда к диоду Д1 приложена сумма u1 + u2= ?1u+?2i , а к диоду Д2 - их разность u1 - u2= ?1u - ?2i. Между точками а и б образуется разность ?u=(i - i)R4,если i и i- выпрямленные токи, пропорциональные квадратам приложенных напряжений, т.е мгновенное значение мощности. Поскольку магнитоэлектрический прибор ИП реагирует на среднее значение ?u. то после интегрирование и перехода к действующим значениям тока и напряжения получим, что угол отклонения подвижной части приборе будет пропорционален мощности. Такие ваттметры применяются и в области повышенных частот; они потребляют малую мощность, по основная погрешность у них относительно велика, что объясняется главным обрезом, неидентичностью преобразователей Д1 и Д2 и отклонением их характеристик от чисто квадратичных.
.1.4 Ваттметры с преобразователями Холла
Для преобразователя Холла, можно осуществить ваттметр, если одну из входных величин, напри мер индукцию В, сделать пропорциональной напряжению, а другую - ток I- току через нагрузку. Тогда э. д. с. Холла будет пропорциональна мощности.
Для осуществлении ваттметра преобразователь Холла помещают в узкий зазор магнитопровода 1 (рис 4), намагничиваемого обмоткой L1, включенной параллельно источнику, тогда как ток i через преобразователь, обусловленный падением напряжения на шунте пропорционален току нагрузки I. Индуктивность L2 в последовательной цепи служит для коррекции частотных погрешностей, связанных с тем, что я параллельной цели ток несколько отстает от напряжения U, подобно тому как это имеет место у электродинамических ваттметров.
Рис. 4.
Ваттметры с преобразователями Холла могут быть построены для измерений в цепях переменного тока звуковых и высоких частот.
.1.5.Термоэлектрический ваттметр
Частотный диапазон может быть расширен до 1 МГц, если квадратор построить на бесконтактных термопреобразователях. Термоэлектрический ваттметр отличается от выпрямительного тем, что вместо диодов включаются нагреватели бесконтактных термопар, а разность термо-ЭДС на холодных концах, измеряемая магнитоэлектрическим милливольтметром, пропорциональна средней мощности потребления нагрузки.
Термоваттметры используют при измерении мощности в цепях с несинусоидальной формой тока и напряжения; при измерении мощности в цепях с большим сдвигом фаз между напряжением и током, при определении частотной погрешности электродинамических ваттметров.
2.1.6 Косвенные методы измерений мощности
Мощность постоянного или переменного тока (при активной нагрузке) может быть измерена методом амперметра и вольтметра (рис.4).
Рис. 5. Схемы включения приборов
Обеим схемам включения присуща методическая погрешность. При включении по схеме на рис 15.9 а мощность Р, определенная как произведение измеренных значений U и I, окажется больше, чем мощность Рн, расходуемая в нагрузке, на величину мощности, потребляемой амперметром, т. е,
Рн=Р-IІRa
где Ra-сопротивление амперметра.
Относительная погрешность
?01=(Р-Рн)/Рн = Rа/Rн
Для схемы, приведенной на рис.5.б, методическая погрешность, обусловленная мощностью, потребляемой вольтметром, определяется аналогично:
Рн = Р-(UІ/RВ)
где RB-сопротивление вольтметра.
Относительная погрешность в данном случае
?02=UІ/RB=RнІ
UІ/RB RВ
При поверке ваттметров высоких классов точности (от 0,5 и выше) используют компенсатор напряжении постоянного тока, которым при помощи делителя измеряют напряжение, приложенное к ваттметру, а силу тока определяют, измерив падение напряжения на измерительном резисторе, включенном в последовательную цепь ваттметра.
Для определения активной и реактивной мощностей может быть использован компенсатор напряжения переменного тока, измеряющий напряжение, ток и угол сдвига между ними.
Компенсаторы применяют и при измерениях в маломощных цепях, когда включение ваттметра может привести не только к большим погрешностям, но и к нарушению существовавшего режима работы цепи.
2.2 Измерение энергии
.2.1 Постоянный ток
Для измерения расхода энергии при постоянном токе применяют счетчики трех систем: электродинамической, магнитоэлектриче