На данной стороне платы расположен кварцевый резонатор, необходимый для работы тактового генератора, который в свою очередь управляет анализом цифрового сигнала. Теперь мы перейдем к его изучению и разбору.
Подробно про ваттметр: предназначение, виды, принцип работы
Мощность подключаемых к электросети устройств должна соответствовать пропускной способности самой электросети. В противном случае это может привести к перегрузкам, коротким замыканиям и другим проблемам, связанным с безопасностью. Для измерения мощности используются ваттметры, которые также применяются для анализа значений различных электромагнитных сигналов. Обычно они имеют компактные размеры и являются незаменимым инструментом для любого специалиста в области электрики.
Применение ваттметров не ограничивается лишь мастерскими по ремонту электротехники. Они широко используются в машиностроении и электроэнергетике и нашли свое применение в быту среди любителей DIY (сделай сам) для оценки потребляемой мощности электрических устройств. Применение ваттметров позволяет:
- Определить мощность оборудования, подключаемого к электросети;
- Использовать показания ваттметра при тестировании электрических сетей или их отдельных участков;
- Оценить характеристики электрических установок;
- Контролировать показатели работы электрического оборудования.
Кроме этого, подключение ваттметра предоставляет возможность учитывать потребление электроэнергии, что особенно актуально для бизнеса и домашних хозяйств.
Виды ваттметров
Существует несколько разновидностей ваттметров, такие как щитовые ваттметры, которые встраиваются в однофазные или трехфазные электрические сети. Они характеризуется высокой точностью, а результаты отображаются в цифровом формате на экране прибора. Внешний вид устройства напоминает измерительную головку, которая интегрирована в корпус. Такого рода приборы нередко используются в панелях инструментов.
Выбор ваттметра зависит от его назначения и области применения. Нет смысла переплачивать за высокофункциональный прибор, если вам нужно измерить мощность, например, обычного холодильника. В то же время, простое бытовое устройство не подходит для работы в профессиональной сфере.
Розетка 16А 1гн с З/К с/у белый AtlasDesign Schneider Electric (1/20) Артикул: ATN000143. Это устройство предназначено для обеспечения надежного подключения электрических приборов. Его покупка возможна на условиях самовывоза или доставки с возможностью выбора даты. Цена составляет 6 182 ₽ .
Также доступны на рынке и другие электрические товары, такие как светодиодные лампы и термоусаживаемые трубки, адаптированные для различных нужд.
Коробка подрозетник с/у в бетон 68х45 Schneider Electric (200) Артикул: IMT35100. Это устройство также предлагает надежное и безопасное подключение для различных электрических проводов в бетонной среде. Цена: 1 19 ₽ .
Мощность постоянного тока
Вы, вероятно, уже понимаете, что любая электрическая нагрузка потребляет определенную мощность. Для постоянного тока мощность можно определить с помощью следующей формулы:
P — это мощность, выражаемая в ваттах (Вт, W);
I — это сила тока, которую потребляет нагрузка в амперах;
U — это напряжение, которое подается на нагрузку, измеряемое в вольтах.
Поэтому для вычисления мощности нагрузки, подключенной к источнику постоянного тока, вполне достаточно перемножить силу тока на напряжение. Например, на изображении представлен вентилятор от компьютера, который подключен к лабораторному блоку питания. В данном случае мощность составила P = IU = 0,18 Ампер * 12 Вольт = 2,16 Ватта.
Ваттметры для постоянного тока
Не стоит каждый раз таскать с собой громоздкие блоки питания или два мультиметра для одновременного измерения тока и напряжения. На сегодня существуют ваттметры, которые представляют собой законченные устройства, легко подключаемые к потребляемой нагрузке. Например, на платформе Алиэкспресс доступны ваттметры для постоянного тока, которые одновременно показывают ток, напряжение и потребляемую мощность нагрузки. К проводам, помеченным SOURCE, подключается источник постоянного тока, а к LOAD — сама нагрузка. Все достаточно просто!
Некоторые модели идут в комплекте со шунтом, что делает их еще более универсальными.
Схема подключения источника постоянного тока и нагрузки в таких ваттметрах выглядит следующим образом:
Самым простым и недорогим вариантом является использование ампервольтметра и вручную умножение значений тока на напряжение.
Этот вольтамперметр имеет максимальные параметры 100 Вольт и 50 Ампер. То есть теоретически, он может измерять мощность до 5 кВт без каких-либо проблем.
Цифровой ваттметр в розетку со счетчиком энергии: обзор устройства и определение нижнего предела функционирования
На первый взгляд, ваттметр (или измеритель мощности электрического тока) может показаться простым прибором, однако его задача намного сложнее, чем просто перемножить ток на напряжение. В реальной жизни ток может иметь гораздо более сложные формы, чем просто синусоида или постоянный ток; кроме того, фазы тока и напряжения могут не совпадать, и все это необходимо учесть при измерении.
Современные цифро-аналоговые процессоры, известные также как микроконтроллеры, могут решить эту задачу с помощью прямых вычислений: зафиксировать величины тока и напряжения в определенные моменты времени, перемножить их и просуммировать за заданный интервал, что в конечном счете дает возможность получить мощность и множество других характеристик. В данном обзоре мы уделим внимание одной из многих разновидностей таких приборов:
(Изображение с Алиэкспресс)
Основной вопрос заключается в том, почему нельзя получить точное значение мощности, просто перемножив ток на напряжение.
Такой подход является верным лишь для идеального синусоидального сигнала, который полностью совпадает по фазе с напряжением; однако в реальных условиях в домашних сетях идеального синуса не существует, как и полного совпадения по фазе токов и напряжений.
Пример осциллограммы напряжения в нашей розетке:
Таким образом, такая форма напряжения может приводить к ошибкам в измерениях, порой даже затрудняя предсказание величины погрешности. К этому добавляется возможность наличия сдвига фазы между током и напряжением, который может варьироваться для разных гармоник сигнала, особенно если в нагрузке есть реактивные составляющие.
Цифровые ваттметры способны измерить и учесть все указанные нюансы, что позволяет точно вычислять мощность и дополнительные параметры, такие как ток, напряжение, коэффициент мощности (известный также как косинус фи), а также потребление энергии и даже расчет затрат. 🙂
Внешний вид, конструкция и схемотехника ваттметра
Внешний вид ваттметра можно увидеть на следующих изображениях:
Прибор вставляется прямо в розетку, а в него подключается питаемое устройство, мощность которого требуется измерить. Использование таких ваттметров очень удобно и практично!
Именно поэтому такое оборудование называется ваттметрами в розетку. Хотя название может показаться немного неформальным, оно точно отражает суть. 🙂
Экран ваттметра — буквенно-цифровой жидкокристаллический, без подсветки.
Обновление экрана происходит примерно раз в 2 секунды. Это время необходимо для накопления и усреднения показаний по мощности. Производитель мог бы реализовать более быстрое обновление, но это привело бы к частому изменению показаний, что могло бы затруднить чтение.
На задней стороне устройства имеется шильдик с его техническими характеристиками:
Все параметры здесь четко прописаны, за исключением третьей строки: «Широкий диапазон напряжения: 230V —-250V.»
Параметры измерения
Бытовой ваттметр измеряет и отображает на своем дисплее основные параметры потребления подключенного к нему оборудования:
- ⚡Напряжение;
- ⚡Мощность;
- ⚡Сила тока;
- ⚡Коэффициент мощности;
- ⚡Продолжительность работы подключенного прибора;
- ⚡Общее количество киловатт, израсходованное за период работы;
- ⚡Если задан тариф, ваттметр способен показать, сколько денег требуется заплатить за потребление электричества для конкретного устройства.
В зависимости от марки устройства могут существовать и другие измеряемые параметры. Некоторые модели фиксируют и запоминают максимальную нагрузку, тогда как другие могут издавать звуковой сигнал при превышении заданной мощности.
Настройки и регулировка приборов осуществляются с помощью функциональных кнопок, которые размещены на передней панели. Также возможно переключение между измеряемыми величинами (ток, напряжение, мощность).
Работа устройства
Использовать бытовой ваттметр очень просто:
- Подключите прибор в розетку;
- Включите в него вилку электрического устройства, параметры которого планируется измерять;
- На цифровом экране начнут автоматически отображаться данные;
- Для более подробной настройки отображения параметров можно обратиться к видеоинструкции, приведенной ниже.
Характеристики ваттметра бытового
- ⚡Номинальная подключаемая мощность — 3,6 кВт;
- ⚡Максимальный ток — 16 А;
- ⚡Рабочее напряжение от 190 до 270 В;
- ⚡Погрешность измерений — 1%.
В некоторых моделях ваттметров используются батарейки или аккумуляторы. Это необходимо для сохранения данных замеров и параметров настройки в моменты, когда прибор не функционирует и не подключен к сети.
Достоинства, которыми обладают ваттметры бытовые
- ⚡В отличие от стандартных счетчиков, которые фиксируют общие параметры, ваттметры измеряют параметры конкретного индивидуального устройства, подключенного в розетку;
- ⚡Простота подключения, не требующая специализированных переходников или сложных инструментов;
- ⚡Многообразие измеряемых параметров — от мощности до расчетов денежных затрат.
Недостатки у аппарата немного
- ⚡Максимально допустимая подключаемая нагрузка составляет не более 3,6 кВт;
- ⚡Температура эксплуатации ограничена диапазоном от 0 до 50 градусов Цельсия. Это значит, что установить бытовой ваттметр на улице в зимний период, в неотапливаемом помещении, не получится.
Таким образом, можно сделать вывод, что данный прибор является замечательным инструментом для замеров параметров электросети в домашних условиях. Его стоимость вполне доступна, и разобраться в его настройках сможет любой пользователь, независимо от уровня навыков. Узнать актуальную цену и заказать ваттметр с доставкой на дом можно по ссылкам, представленным ниже.
Измерение мощности с использованием эффекта Холла
При измерении мощности путем умножения значений силы тока на разность потенциалов можно использовать полупроводниковые преобразователи на основе эффекта Холла.
Когда специальная полупроводниковая пластина, по которой течет ток I (изображение 8.4), под воздействием электрического поля напряженностью E помещается в магнитное поле с величиной индукции B, то между ее точками, которые расположены на прямой, перпендикулярной направлениям тока I и магнитного поля, возникает разность потенциалов (известный эффект Холла), которая определяется как:
где k – это коэффициент пропорциональности.
Согласно теореме Умова-Пойнтинга, плотность потока проходящей мощности СВЧ-колебаний в определенной точке поля определяется векторным произведением электрической и магнитной напряженностей этого поля:
Таким образом, если ток I является функцией электрической напряженности E, то с помощью датчика Холла можно получать зависимость напряжения от проходящей мощности:
где g – постоянный коэффициент, который характеризует образец. Для измерения такой мощности полупроводниковую пластину (так называемую пластинку Холла) помещают в волновод, как показано на рисунке (Рис. 8.5).
Рис. 8.5. Устройство преобразователя Холла с применением волновода.
Данный измеритель, использующий эффект Холла, обладает очевидными преимуществами:
- Способен функционировать при любой нагрузке, а не только при согласованной;
- Высокое быстродействие ваттметра позволяет применять его для измерения импульсной мощности.
Тем не менее, практическая реализация ваттметров, основанных на эффекте Холла, представляет собой достаточно сложную задачу из-за множества факторов. Несмотря на это, существуют ваттметры, которые могут измерять проходящую импульсную мощность до 100 кВт с погрешностью не более 10%.
Методы измерения мощности на высоких и сверхвысоких частотах
В общем смысле, мощность является физической величиной, которая рассчитывается на основании работы, выполненной в единицу времени. Одна ватт (Вт) соответствует мощности, при которой выполняется работа в один джоуль (Дж) за одну секунду.
Для постоянного и переменного тока низкой частоты непосредственное измерение мощности часто заменяется измерением действующих значений электрического напряжения на нагрузке (U), действующего значения тока, который течет через нагрузку (I), и угла сдвига фаз между током и напряжением:
На высоких частотах измерение напряжения и тока становится более затруднительным. Размеры входных цепей измерительных устройств должны быть соизмеримы с длиной волны.
Измерения могут сопровождаться серьезными частотными погрешностями. Следует отметить, что измерение напряжения и тока в волноводных цепях при использовании определенных типов волн теряет практическую значимость, поскольку продольная составляющая в проводнике отсутствует, а разность потенциалов между концами сечения волновода равна нулю. Поэтому на частотах, начиная с десятков мегагерц, предпочтительным и более точным становится непосредственное измерение мощности, а на частотах свыше 1000 МГц — это единственный определенный метод, позволяющий характеризовать интенсивность электромагнитных колебаний.
Для непосредственного измерения мощности СВЧ применяют методы, основывающиеся на принципах фундаментальных физических законов, включая метод прямого измерения таких величин, как масса, длина и время.
Несмотря на множество методов измерения мощности СВЧ, все они в конечном счете сводятся к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в другие доступные для измерения формы энергии, такие как тепловая или механическая. Большую популярность получили ваттметры, которые функционируют на тепловых методах. Применяются также различные другие методы — пондеромоторные, зондовые и так далее.
Принцип действия большинства ваттметров, используемых для измерения мощности СВЧ, основывается на измерении изменений температуры или сопротивления элементов, где происходит рассеивание энергии исследуемых электромагнитных колебаний. К оборудованию, использующему это явление, относят калориметрические и терморезисторные измерители мощности. Также широко распространены ваттметры, использующие пондеромоторные принципы, и ваттметры, работающие на эффекте Холла. Преимущество первых заключается в их способности проводить абсолютные измерения мощности, вторые же позволяют измерять мощность, независимо от согласования ВЧ-тракта.
По способу подключения к передающему тракту различают ваттметры проходящего и поглощающего типов. Ваттметр проходящего типа представляет собой четырехполюсное устройство, в котором осуществляется лишь незначительное поглощение общей мощности. В то время как ваттметр поглощающего типа представляет собой двухполюсное устройство, которое подключается к завершению передающей линии и, в идеале, поглощает всю мощность падающей волны. Кстати, ваттметр проходящего типа часто производится на основе измерителей поглощающего типа, которые включены в тракт через направленный ответвитель.
Калориметрические методы измерения мощности базируются на преобразовании электромагнитной энергии в тепловую в нагрузке, которая является составной частью измерителя. Количество выделяемого тепла определяется на основе изменения температуры в нагрузке или окружающей среде, куда передается это тепло. Среди калориметров цены различают статические (адиабатические) и поточные (неадиабатические). В первых мощность СВЧ рассеивается в термоизолированной нагрузке, а во вторых обеспечивается непрерывный поток калориметрической жидкости. Калориметрические измерители могут определять мощность в диапазоне от единиц милливатт до сотен киловатт. Статические калориметры позволяют точно измерять малые и средние уровни мощности, в то время как поточные подходят для определения средних и больших значений мощности.
