11

Розділ 11 ВИМІРЮВАННЯ ПОТУЖНОСТІ ТА ЕНЕРГІЇ

11.1. Вимірювання потужності постійного струму

Вимірювання приладами прямого перетворення. Потужність постійного струму мож­на визначити, вимірявши струм і напругу з допомогою амперметра і вольтметра (рис. 118),

де Uv і I а — покази вольтметра і амперметра.

Похибка вимірювання складається з похибок вольт­метра і амперметра і похибки методу. Остання зумовлена споживанням потужності приладами і залежить від схеми їх вмикання.

Для схеми правильного вимірювання напруги (рис. 118, а) маємо

з відки

де PV = UXIV—потужність, яку споживає вольтметр.

Отже, з показів приладів для цієї схеми дістають зна­чення потужності Р1 яке більше від вимірюваної Р_х на величину P_v, тобто мають додатну відносну похибку методу

Рис. 118. Вимірювання потужності постійного струму з допомогою

амперметра і вольтметра.

Рис. 119. Вимірювання ватметром потужності постійного та однофазного змінного струмів: а — схема правильного вимірювання напруги; б — схема правильного вимірювання струму; в, г — відповідні векторні діаграми.

Відповідно для схеми правильного вимірювання струму (рис. 118,6)

з відки

де

потужність, що споживається амперметром, І відносна похибка методу

Таким чином, значення похибки методу для обох схем залежить від відношення потужності, яку споживає відпо­відний прилад, до вимірюваної. При вимірюванні порівня­но великих потужностей це відношення є нехтовно малим, а при малих — слід вибирати схему, для якої значення методу є меншим. Цю похибку можна повністю усу­нути, коли враховувати поправку на потужність, споживану приладами, і знаходити значення Р_х за формулами: для схеми (рис. 118,а)

для схеми (рис. 118, б)

Значення P_v або Р_А можна визначити через параметри приладів і їх покази. Для вимірювання потужності методом амперметра і вольтметра найчастіше користуються магнітоелектричними приладами, які забезпечують широкий діапазон вимірю­вань і порівняно високу точність.

При застосуванні електронних амперметрів та вольт­метрів із заземленими входами слід враховувати заземлення генератора та досліджуваного об'єкта. Якщо останній за­землений, то використовують схему правильного вимірю­вання напруги з увімкненням амперметра в нижній провід, а при заземленому генераторі —схему правильного вимі­рювання струму з аналогічним увімкненням амперметра.

Недоліком методу амперметра і вольтметра є те, що треба одночасно знімати покази двох приладів і виконувати об­числення. Зручнішим є метод прямого вимірювання потужності ватметром, де також можна застосовувати дві схеми —· правильного вимірювання напруги (рис. 119,а) і правильно­го вимірювання струму (рис. 119,6). Щоб не перевантажити обмоток ватметра, для контролю напруги і струму в коло вмикають амперметр і вольтметр. Результат вимірювання

де

ціна поділки та кількість поділок, на

яку відхилився покажчик ватметра;

Cw і nw — стала і відлік по шкалі ватметра.

У похибку вимірювання також входить похибка методу, зумовлена споживанням потужності приладами.

Граничне значення відносної похибки ватметра в про­центах

де γw—границя допустимої зведеної похибки ватметра в процентах; N_Wn— максимальний відлік по його шкалі. Для визначення похибки методу можна скористатись при­веденими вище виразами для бМ1 і 6_м2. У цих виразах слід враховувати значення потужності (крім Р_А і P_v), яку споживає відповідно послідовна (струмова) або пара­лельна (напруги) обмотки ватметра. Значення похибки методу звичайно менше для схеми на рис. 118,6, тому що послідовна обмотка ватметра споживає меншу потуж­ність, ніж його паралельне коло.

Незважаючи на зручність, ватметри на постійному стру­мі мають обмежене застосування. Причиною цього є, перш за все, порівняно вузький діапазон вимірювання. Так, на­приклад, електродинамічні та феродинамічні ватметри випускають на струми відО,01 до 10А і напруги від ЗО до б00В. Недоліками ватметрів на постійному струмі є також порів­няно велике споживання потужності й суттєвий вплив зов­нішніх магнітних полів на їх покази.

Компенсаційний метод вимірювань. Компенсатори застосовують для найточніших вимірю­вань потужності постійного струму (наприклад, для перевірки прецизійних ватметрів), а також тоді, коли бажано забезпечити мінімальне споживання потужності від досліджуваного об'єкта. Вимірявши компенсатором на­пругу U_x і струм І_х, значення потужності Р_х визначають так само, як і при застосуванні амперметра й вольтметра.

Похибка вимірювання складається з суми похибок вимі­рювання напруги і струму та похибки методу. При безпо­середньому вимірюванні напруги U_x компенсатором прак­тично немає споживання потужності від досліджуваного об'єкта і тому похибка методу дорівнює нулю.

Якщо вимірювання струму і напруги здійснюються по­чергово з допомогою одного компенсатора, то високу точ­ність вимірювання потужності можна забезпечити лише при незмінності значень U_x і І_х протягом часу вимірювання.