Wattmetr

Wattmetr ( watt + jiné řecké μετρεω - „měřím“) je měřicí zařízení určené k určení výkonu elektrického proudu nebo elektromagnetického signálu.

Klasifikace

Podle účelu a frekvenčního rozsahu lze wattmetry rozdělit do tří kategorií – nízkofrekvenční (a stejnosměrné), radiofrekvenční a optické. Podle zamýšleného účelu jsou wattmetry rádiového dosahu rozděleny do dvou typů: přenášený výkon, zahrnutý do přerušení přenosového vedení, a absorbovaný výkon, připojený ke konci vedení jako přizpůsobená zátěž. V závislosti na způsobu funkční transformace naměřených informací a jejich výstupu na obsluhu jsou wattmetry analogové (indikační a samozáznamové) a digitální.

Nízkofrekvenční a stejnosměrné wattmetry

Nízkofrekvenční wattmetry se používají především v průmyslových frekvenčních energetických sítích k měření spotřeby elektrické energie, mohou být jednofázové i třífázové. Samostatnou podskupinu tvoří varmetry  – měřiče jalového výkonu. Digitální přístroje obvykle kombinují schopnost měřit činný a jalový výkon.

Analogové nízkofrekvenční wattmetry elektrodynamického nebo ferodynamického systému mají v měřicím mechanismu dvě cívky, z nichž jedna je zapojena sériově se zátěží, druhá paralelně. Interakce magnetických polí cívek vytváří krouticí moment, který vychyluje šipku zařízení, úměrný součinu síly proudu, napětí a kosinu nebo sinu fázového rozdílu (pro měření činného nebo jalového výkonu ).

Digitální nízkofrekvenční wattmetry mají jako vstupní obvody dva snímače  - proudový a napěťový zapojený sériově a paralelně k zátěži, snímače mohou být založeny na přístrojových transformátorech , termistorech , termočláncích a dalších. Informace ze senzorů jsou přenášeny přes ADC do výpočetního zařízení, ve kterém se počítá činný a jalový výkon, následně se výsledné informace zobrazují na digitálním displeji a v případě potřeby na externích zařízeních (pro ukládání, tisk dat atd. ).

Wattmetry absorbovaného výkonu rádiového dosahu

Wattmetry absorbovaného výkonu tvoří velmi rozsáhlou a široce používanou podskupinu rádiových wattmetrů. Druhové členění této podskupiny je spojeno především s použitím různých typů primárních měničů (přijímacích hlavic). Komerčně dostupné wattmetry používají snímače založené na termistoru , termočlánku a špičkovém detektoru ; mnohem méně často se v experimentální práci používají senzory založené na jiných principech - ponderomotorické , galvanomagnetické atd. a ve skutečnosti wattmetr neměří dopadající výkon, ale absorbovaný výkon, který se liší od dopadajícího výkonu o hodnotu rovnající se K P × P pad , kde K P  je koeficient odrazu výkonu .

Termistorové (bolometrické) wattmetry se skládají z přijímacího převodníku na bázi termistoru (nebo bolometru ) a měřicího můstku se zdrojem nízkofrekvenčního střídavého proudu pro ohřev termistoru. Principem činnosti termistorového převodníku je závislost odporu termistoru na jeho teplotě, která zase závisí na ztrátovém výkonu signálu, který je na něj aplikován. Měření se provádí porovnáním výkonu měřeného signálu, rozptýleného v termistoru a jeho ohřevu, s výkonem nízkofrekvenčního proudu, který způsobí stejné zahřátí termistoru. Při měření se na termistoru rozptýlí celkový výkon (při současném přivedení měřeného signálu a topného proudu na něj) a podle toho se odpor termistoru udržuje stejný pomocí měřicího můstku, který se vyrovnává změnou topný proud. U prvních modelů termistorových wattmetrů bylo vyvážení prováděno ručně, u moderních wattmetrů je vyvážení automatické, odečty jsou zobrazovány v digitální podobě. Mezi nevýhody termistorových wattmetrů patří jejich malý dynamický rozsah - maximální ztrátový výkon je několik miliwattů, toto omezení je překonáno použitím atenuátorů , které rozdělují výkon, ale vnášejí další chybu.

Kalorimetrické wattmetry se od termistorových liší tím, že k odběru měřeného výkonu slouží samostatná zátěž, ze které se teplo přenáší do termistorového převodníku pracovním prostředím - destilovanou vodou nebo speciální kapalinou. Kapalné médium cirkuluje přesně stanoveným průtokem a postupně omývá vstupní náplň, konvertor a chladicí výměník tepla.

Termoelektrické wattmetry využívají jako primární převodník termočlánek (nebo blok termočlánků) přímého nebo nepřímého ohřevu. Při měření se vlivem příkonu měřeného signálu horký spoj termočlánku zahřívá a vzniká tepelné emf. Informace o měření ve formě stejnosměrného signálu vstupuje do elektronické jednotky (analogové nebo digitální), kde je zpracována a přivedena do indikačního zařízení.

Wattmetry se špičkovým detektorem jsou konstrukčně jednoduché, na rozdíl od jiných typů wattmetrů jsou schopny měřit nejen výkon spojitého signálu, ale i špičkový výkon rádiových pulsů , avšak vzhledem k nízké přesnosti měření jsou v současnosti málo používaný. Podle principu činnosti je takový wattmetr voltmetr střídavého usměrňovače se vstupní zátěží s odporem rovným vlnovému odporu dráhy a se čtecím zařízením kalibrovaným na hodnoty výkonu.

Wattmetry přenášeného výkonu rádiového dosahu

U wattmetrů vysílacího výkonu se jako primární převodník obvykle používá směrový vazební člen  - zařízení, které umožňuje odbočení velmi malého zlomku energie z hlavní přenosové cesty. Odebraná část energie je přiváděna do sekundárního převodníku, např. detektoru nebo hlavice termistoru, odkud je informační signál měření přiváděn do funkčního převodníku a dále do indikačního zařízení.

Na relativně nízkých frekvencích (v rozsahu LW a MW ) je použití směrových vazebních členů obtížné, v tomto případě lze jako primární převodníky použít proudové a napěťové snímače v lince, z nichž se informace o měření dále zpracovávají ve funkčním převodník (násobení hodnot s ohledem na fázový rozdíl). Senzory mohou být například transformátor napětí a transformátor proudu . Tato metoda měření se obvykle používá ve specializovaných zařízeních pro řízení výkonu antény pomocí rádiového vysílače. Na mikrovlnných frekvencích, ve vlnovodných drahách lze pro měření přenášeného výkonu použít ponderomotorickou metodu nebo čidla zabudovaná ve stěně vlnovodu - termistorové, termoelektrické, galvanomagnetické.

Optické wattmetry

Jména a označení

Jména druhů:

Pro označení typů elektrických (nízkofrekvenčních) wattmetrů se tradičně používá průmyslový systém označování, ve kterém jsou zařízení označena v závislosti na systému (základní princip činnosti):

Wattmetry rádiových a optických rozsahů jsou označeny podle GOST 15094:

Metrologické charakteristiky zařízení

Viz také

Literatura

Normativní a technická dokumentace

Odkazy


 Elektrické měřicí přístroje