Effektmåler

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

En effektmåler eller effektmåler er en måleenhed, der måler effekt ( enhedswatt ). Dette kan være mekanisk effekt, termisk effekt, elektrisk effekt eller strålingseffekt.

I daglig tale omtales elektriske effektmålere, især elektromekaniske målemekanismer, også som wattmålere .

Mål elektrisk strøm

Elektrisk effektmåler implementeret som adapterstik

Aktiv effektmåling

En effektmåler er ikke absolut nødvendig for at bestemme den elektriske effekt i et elektrisk kredsløb . Med DC spænding er den elektriske effekt

med - elektrisk spænding

og - elektrisk strøm

Effektbestemmelsen med jævnstrøm er således mulig ved at måle strømstyrken og spændingen.

Med vekselstrøm er der øjeblikkelige værdier af effekten ifølge de øjeblikkelige værdier af spændingen og strømstyrken på. I virkeligheden er de øjeblikkelige værdier ofte ikke proportionale med hinanden (på grund af faseskift , forvrængning af en af ​​variablerne), ellers kan de målte rms -værdier for strøm og spænding også multipliceres med vekselstrøm for at opnå strøm. I det generelle tilfælde skal der skelnes mellem aktiv effekt , reaktiv effekt og tilsyneladende effekt . Den virkelige magt er defineret af

eller

Sidstnævnte repræsenterer et gennemsnit af den øjeblikkelige effekt over tid Integrationstiden skal være for periodiske vekselstrømme med en grundlæggende frekvens et heltal af perioden værende. Denne mulighed bruges ofte af digitale måleenheder. Det stiller imidlertid høje krav til enheder, der kan arbejde i et stort frekvensområde og med spændinger, der indeholder høje harmoniske niveauer eller høje harmoniske strømme (høj kamfaktor ). For analoge måleenheder er der normalt en integrationstid på grund af termisk eller mekanisk inerti foran.

Åben, jernløs elektromekanisk målemekanisme for en effektmåler med en bevægelig spole (1) og feltspole (2) monteret på spændingsbælter

I praksis kan måleopgaven kun løses tilfredsstillende med følgende metoder til vekselstrømskredsløb med en lav frekvens og en ikke for høj andel harmoniske:

  • Elektromekanisk proces med elektrodynamisk målemekanisme. Den fungerer som en moving- spole målemekanisme , men den bevægelige spole er placeret inden for en elektromagnet gennem hvilken strømmen af strømvejen strømme. Strømmen gennem den bevægelige spole forsynes med en seriemodstand i spændingsbanen; multiplikationen er resultatet af Lorentz -kraften ; de gennemsnitlige resultater fra den mekaniske inerti. Sådanne målemekanismer kan også klare højere harmoniske komponenter og komponenter med reaktiv effekt.
  • Elektronisk analog proces : Den fungerer efter TDM -princippet (Time Division Modulation). Spændingen modulerer en pulsbredde ; strømstyrken modulerer en pulshøjde; Demodulation udføres med et lavpasfilter (middelværdi-billede), som adskiller den vekslende komponent med modulationsfrekvensen og den målte variable frekvens og afgiver et direkte signal som et mål for de multiplicerede variabler.
  • yderligere elektroniske procedurer:
    • Fire-kvadrant multiplikatorer : Der er komponenter ( integrerede kredsløb ), der indeholder funktionen af ​​en fire-kvadrant multiplikator; de kan bruges op til kHz-området. De arbejder med logaritmisering, addition og delogaritmisering. En middelværdi (lavpas) skal tilsluttes nedstrøms.
    • Digitale effektmålere : Øjeblikkelige værdier for strøm og spænding digitaliseres med den højest mulige samplingshastighed med analog-digitale omformere og beregnes i en mikroprocessor . Enhederne er ofte i stand til at opnå yderligere måleværdier ud over den effektive effekt ( reaktiv effekt , kamfaktor , tilsyneladende strøm , effektive værdier , harmoniske ) og tillader også trefasemålinger.

For brug af de ikke-digitale effektmålere til forskellige måleopgaver og de sædvanlige kredsløb, se under aktiv effekt og reaktiv effekt .

Billige enheder til måling af aktiv effekt og energimåling, der tilbydes til hjemmebrug, har ofte høje måleafvigelser med en høj reaktiv strømkomponent eller ikke-sinusformet strøm.

Måling af højfrekvent effekt

Stående bølgemåler til måling af højfrekvent effekt
Fugleeffektmåler

I højfrekvent teknologi måles den elektriske effekt ved at måle strømmen i en modstand

bestemmes ved at måle den varme, der er forbundet med strømforbruget. Den termiske inerti sikrer gennemsnit. Den ohmiske modstand er en afslutningsmodstand, der er reflekteringsfri under HF-forhold med størrelsen af bølgeimpedansen (typ. 50 Ω) med lav induktans og kapacitans eller et impedans-korrekt liniesnit med en defineret modstand 50 Ω. Ikke-reflekterende afslutninger i bølgeledere bruger absorberende kiler.

Temperaturstigningen måles af temperatursensorer langs vejen til kølelegemet eller af den temperaturafhængige ændring i modstanden i selve målemodstanden. Til dette formål påføres en lille måle jævnstrøm på den. Med en defineret bølgeimpedans og korrekt tilpasning (ingen stående bølger) er bestemmelse af højfrekvent effekt også mulig via spidsværdi-rettelse : Schottky- , germanium- eller galliumarseniddioder anvendes. Her er magten

med

- linjeimpedans.

Displayet skal tage højde for en korrektionskurve på grund af fremspændingen af de anvendte dioder.

Niveaumåling IC'er kan bruges til målinger i det dynamiske område af f.eks. B. under 1 nanowatt til 25 milliwatt ved frekvenser op til 1 GHz. [1] Niveauværdierne logaritmiseres og udsendes som en spænding.

Måling af reaktiv effekt

Almindelige effektmålere har en strømbane og en spændingssti . Du multiplicerer øjeblikkelige værdier for spænding og strømstyrke og gennemsyrer produktets øjeblikkelige værdier. Hvis reelle effektmålere skal bruges til at bestemme forskydningens reaktive effekt, skal det sikres, at strøm- og spændingsværdier måles med en faseforskel på 90 ° fra grundfrekvensen. For mekaniske anordninger z. For eksempel kan et kredsløb med induktive eller kapacitive seriemodstande bruges i spændingsbanen i stedet for den ohmiske seriemodstand, så spændingsmålingssignalet faseforskydes med 90 ° i forhold til den faktiske spænding. Ifølge dette princip z. B. humlekredsløbet . Forvrængningens reaktive effekt kan ikke registreres på denne måde.

Digitale enheder digitaliserer strømstyrke og spænding (om nødvendigt strømstyrker og spændinger) og bruger dem til at beregne (forskellige) reaktive og tilsyneladende effekt (er). Med nogle enheder kan specielle programmer og parametre endda bruges til at tilnærme hastigheden og drejningsmomentet på den tilsluttede maskine.

Den tilsyneladende effekt kan bestemmes i en enkelt fase ved at gange de effektive værdier for strøm og spænding.

Strålemåleudstyr

Effektmålere til elektromagnetisk stråling (mikrobølger, laserstråling, lys) fungerer kalorimetrisk, fotometrisk eller de måler varmestrømmen, afhængigt af måleopgaven.

Kalorimetrisk måling

Den kalorimetriske måling kræver en absorber, der så vidt muligt omdanner hele output til termisk energi. Den termiske energi sikrer, at et legeme eller en mængde væske opvarmes med en temperaturgradient, der afhænger af dets termiske kapacitet. Varmemængden bestemmes enten ved en defineret målingstid og måling af temperaturforskellen før og efter bestrålingstiden, eller temperaturgradienten bestemmes selv Den sidste metode er hurtigere.

Enkle anordninger til bestemmelse af laserstråleeffekten består af et absorberende belagt metallegeme, inden i hvilket der er et bimetaltermometer . Dens markøraksel passerer gennem et rør til en skala , hvis nulpunkt kan justeres mekanisk. Disse enheder (teknisk jargon: "knogler") holdes i strålen i en defineret tid, efter at displayet er blevet sat til nul. Efter bestrålingstiden indstilles effektværdien af ​​skalaen kalibreret i watt direkte.

Andre termiske processer

En anden metode omtales også ofte forkert som kalorimetrisk: Her måles temperaturforskellen langs en varmeleder, der forbinder absorberen med en kølelegeme ( kølelegeme eller vandkøling). Der er temperatursensorer på termobroen til dette formål. Hvis du bruger termoelementer , får du et spændingssignal, der er direkte proportional med strømmen.

Andre termiske metoder anvender pyroelektriske sensorer og bolometre / mikrobolometre (bolometerarrays).

Fotometrisk måling

Fotometrisk måling bruges til nær infrarødt, synligt lys og laveffekt ultraviolet. Til melleminfrarød skal der bruges afkølede fotodioder med et lille båndgab . Målingerne kræver en fotodiode med et kendt forhold mellem bølgelængde, effekttæthed og fotostrøm samt mest en diffuser eller en integrerende kugle .

Selvom forholdet mellem fotostrøm og effekt skal kalibreres for en bestemt frekvens og enhed, er proportionaliteten mellem fotostrøm og effekt givet over mange størrelsesordener. Målehastigheden er meget høj (ned til nanosekundområdet).

CO 2 laserpulser ( = 10,6 µm) kan måles med foton trækdetektorer . [2]

Måling af mekanisk ydelse

Se også performance (fysik) #Mekanisk ydeevne

Under oversættelse måles kraft og hastighed, for eksempel ved at måle trækkrogens effekt.

Under rotation (normalt motorers udgangseffekt) kan målinger foretages kalorimetrisk (bremsevarme) eller ved hjælp af en elektrisk generator koblet til motorakslen. Endvidere kan dåsen med en akseleffekt , der overføres gennem måling af rotation - eller bremsemoment og den vinkelhastighed, der skal bestemmes; se også pendulmaskine i motortestbænke.

Med hydraulik måles trykforskellen og volumenstrømmen .

Individuelle beviser

  1. LT5537 fra Linear Technology
  2. ^ Foton træk detektor . I: Hamamatsu firmabrochure ( PDF ; 280 kB). Fra Hamamatsu.com, adgang til 4. september 2020.