Ваттметр какая у него система прибора

Ваттметры. Виды и применение. Работа. Примеры и параметры

Одно из свойств, которое дает характеристику состояния электрической цепи – это мощность. Это свойство отражает значение работы, выполненное электрическим током за определенное время. Мощность оборудования, входящего в электрическую цепь, не должна выходить за рамки мощности сети. В противном случае оборудование может выйти из строя, возникнет замыкание или пожар. Замеры мощности электрического тока производят специальными устройствами – ваттметры. В случае постоянного тока мощность вычисляется путем умножения напряжения на силу тока (нужен амперметр и вольтметр). В цепи переменного тока все происходит иначе, понадобятся измерительные приборы. Ваттметром измеряют режим работы электрооборудования, производят учет расхода электроэнергии.

Разновидности

Сначала измеряется напряжение, затем сила тока, а потом на основе этих данных измеряется мощность. По методу измерения, преобразования параметров и выдачи результата ваттметры разделяются на цифровые и аналоговые виды.

Цифровые ваттметры производят измерение активной и реактивной мощности. На экран также выводятся напряжение, сила тока, потребление электричества за период времени. Параметры замеров выводятся на компьютер.

Аналоговые ваттметры разделены на самопишущие и показывающие приборы. Они определяют активную мощность участка схемы. Экран ваттметра оснащен шкалой и стрелкой. Шкала отградуирована по делениям и величинам мощности, в ваттах.

Конструктивные особенности и принцип работы

Аналоговые ваттметры имеют широкое распространение, точное измерение, и являются устройствами электродинамической системы.

Принцип их действия основывается на взаимодействии между собой двух катушек. Одна катушка неподвижная, с толстым проводом обмотки, малым числом витков и небольшим сопротивлением. Она подключена по последовательной схеме с потребителем. Вторая катушка двигается. Ее обмотка состоит из тонкого проводника, имеющего значительное число витков, ее сопротивление большое. Она подключена по параллельной схеме с потребителем, снабжена дополнительным сопротивлением во избежание короткого замыкания обмоток.

При включении устройства в сеть, в обмотках возникают магнитные поля, взаимодействие которых образует момент вращения, отклоняющий двигающуюся обмотку с прикрепленной стрелкой, на расчетный угол. Значение угла зависит от произведения напряжения и силы тока в конкретный момент времени.

Главным принципом действия ваттметра цифрового типа является предварительный замер напряжения и силы тока. Для этих целей подключаются: по последовательной схеме к потребителю нагрузки – датчик тока, по параллельной схеме датчик напряжения. Эти датчики обычно изготавливаются из термисторов, термопар, измеряющих трансформаторов.

Мгновенные параметры измеренных напряжения и тока, путем преобразователя, поступают к внутреннему микропроцессору. В нем происходит вычисление мощности. На экране показывается результат информации, а также передается на внешние приборы.

Ваттметр какая у него система прибора

Приборы электродинамического типа, которые имеют широкое применение, подходят для переменного и постоянного тока. Ваттметры индуктивного типа применяются только для переменного тока.

Сфера использования

Основная сфера использования ваттметров – это отрасли промышленности в электроэнергетике, машиностроении, ремонта электрических устройств. Также часто применяют ваттметры и в быту. Их покупают специалисты по электронике, компьютерному оборудованию, радиолюбители – для расчета экономии потребления электрической энергии.

Ваттметры используют для:

  • Вычисления мощности устройств.
  • Проведения тестов электрических цепей, некоторых их участков.
  • Проведения испытаний электроустановок, в качестве индикаторов.
  • Проверка действия электрооборудования.
  • Учет потребления электроэнергии.
Некоторые варианты приборов (ваттметров).

Бытовые приборы китайского производства

В инструкции описаны все режимы работы этого устройства, технические характеристики.

Ваттметр какая у него система прибора

По сути это прибор, измеряющий мощность различных электрических потребителей. Как он работает? Вставляете его в розетку, а в розетку этого прибора вставляете вилку потребителя, мощность которого вы хотите замерить. Этим прибором вы измерите мощность какого-либо потребителя в течение определенного времени и потом с помощью него вы можете даже рассчитать, например, сколько денег тратит за электроэнергию ваш холодильник или любой другой прибор.

В устройстве есть встроенный аккумулятор. Он нужен для запоминания мощности, которую вы замерили, и потом будете использовать для расчета цены. Передняя панель прибора имеет пять кнопок: переключение режимов, указатель цены, переключатель вверх-вниз, кнопка сброса, если прибор поймал какой-либо глюк.

На корпусе указаны характеристики прибора:

  • Рабочее напряжение 230 вольт.
  • Частота 50 герц.
  • Максимальный ток 16 ампер.
  • Диапазон измеряемой мощности 0-3600 ватт.

Работа прибора.

Ваттметр какая у него система прибора

Включим в него настольную светодиодную лампу.

Ваттметр какая у него система прибора

На дисплее сразу пошло время, в течение которого измеряется мощность потребителя, в данном случае лампы. 0,4 ватта – это мощность отключенной лампы. Включаем лампу, в рабочем режиме она потребляет 10,3 ватта. Цену за киловатт мы не указывали, поэтому там стоят нули.

У нас лампа может менять мощность света. При увеличении света лампы показания мощности увеличиваются. При включении второго режима вверху также показано время работы, во втором поле киловатт часы, так как прибор пока не проработал даже одного часа, то показаны нули. Внизу показано количество дней, в течение которых измерялся этот потребитель.

В следующем режиме во втором поле показано напряжение электросети, внизу показана частота тока. Вверху дисплея при всех режимах показывается время. При переходе на следующий режим в центре показывается сила тока. Внизу показывается параметр некоего фактора, о котором пока нет данных, так как производитель прибора китайский.

На пятом режиме показана мощность минимальная. На шестом режиме – максимальная мощность.

Интересно будет посмотреть показания этих режимов при работе компьютера. Например, в спящем режиме, при обычном открытом рабочем столе, либо при запуске мощной игры.

В следующем режиме устанавливается стоимость электроэнергии кнопками установки, для расчета стоимости расхода энергии. Так вы можете измерить и рассчитать потребление любого из домашних бытовых приборов и устройств, и будете знать, какие устройства у вас экономные, а какие слишком много потребляют электричества.

Такой прибор имеет невысокую стоимость, около 14 долларов. Это небольшая цена для того, чтобы оптимизировать затраты, рассчитав мощность потребления устройств.

Цифровой прибор многофункциональный СМ 3010

Ваттметр какая у него система прибора

Ваттметр служит для проведения замера напряжения, частоты, мощности, постоянного и переменного тока с одной фазой. А также, предназначен для контроля подобных приборов с меньшей точностью.

Диапазон замеров тока 0,002 — 10 ампер.

Замеры напряжения:

  • Постоянного от 1 до 1000 вольт.
  • Переменного от 1 до 700 вольт.
  • Частота измеряется в интервале 40-5000 герц.

Погрешность измерения:

  • Тока, напряжения, мощности постоянного тока +0,1%.
  • Тока, напряжения, мощности переменного тока +0,1% в интервале частот 40-1500 герц.
  • Относительная погрешность замера частоты в интервале 40-5000 герц +0,003%.

Габариты корпуса прибора 225 х 100 х 205 мм. Вес 1 кг. Мощность потребления менее 5 ватт.

Измерительное устройство ЦП 8506 – 120

Ваттметр какая у него система прибора

Служит для проведения замеров мощности активной и реактивной 3-фазной сети переменного тока, показывает текущее значение параметра мощности на индикаторе, преобразует в сигнал аналогового вида.

Произведенные замеры показываются в форме цифр на индикаторах в единицах величин, которые входят на устройство, либо на вход трансформатора тока или напряжения. При этом учитывается коэффициент трансформации. Цифровой дисплей разделен на четыре разряда.

Назначение устройства – для проведения замеров активной и реактивной мощностей в 3-фазных сетях электрического тока частотой 50 герц.

Цифровой ваттметр — обзор и доработка с расширением возможностей

Приборы для измерения потребляемой электрической мощности (ваттметры) — очень полезная вещь как в быту, так и на производстве.

Они позволяют проверить реальную мощность, потребляемую каким-либо устройством, которая может очень сильно отличаться от той, которая на нём написана.

Кроме того, и в разных режимах потребляемая мощность может сильно отличаться. Например, компьютер при наборе текста потребляет одну мощность, а во время 3D-игры — совсем другую. С точки зрения охлаждения компьютера надо рассчитывать, естественно, на большую из этих величин.

Знание потребляемой мощности поможет правильно сформировать тактику и стратегию пользования устройством, выяснить его соответствие заявленным характеристикам, а заодно — оценить требования к электропроводке.

В обзоре будет рассмотрен цифровой ваттметр, который, по существу, является комбинированным прибором: он — и ваттметр, и вольтметр, и амперметр, и счётчик электроэнергии, и даже её тарификатор.

Кроме того, будет рассмотрен вопрос его расширенного применения — с увеличением диапазона частот и расширением диапазона рабочих напряжений в нижнюю сторону.

Купить протестированный цифровой ваттметр можно на Алиэкспресс, цена на момент обзора — $11.8.

Внешний вид и схемотехника цифрового ваттметра

Ваттметр просто вставляется в сетевую розетку между питающей сетью и питаемым устройством; для чего снабжен соответствующими вилкой и розеткой:

Ваттметр какая у него система прибора

Экран ваттметра — простой символьный жидкокристаллический, как в бухгалтерских калькуляторах; никакой графики он отобразить не может. И, кстати, подсветки у него тоже нет. Экран во включенном состоянии будет показан на фотках в главе испытаний прибора.

Технические характеристики тестируемого цифрового ваттметра таковы (взяты из инструкции по эксплуатации, скан приведён далее):

— Номинальное напряжение в сети: 230 В, 50 Гц;

— Ток нагрузки: максимум 16 А;

— Рабочий диапазон напряжений: 230 — 250 В (прим. автора: видимо опечатка, должно быть 130-250 В, проверено);

— Диапазон индикации времени работы: 0 секунд — 9999 дней;

— Диапазон индикации мощности: 0.0 — 9999 Вт (прим. автора: это — диапазон индикации, а не рабочей мощности! Рабочая мощность — до 3680 Вт);

— Диапазон индикации напряжения: 0 В — 9999 В (прим. автора: это — диапазон индикации, а не рабочих напряжений!);

— Диапазон индикации тока: 0.000 А — 16.000 А;

— Диапазон индикации частоты: 0 Гц — 9999 Гц;

— Диапазон индикации минимальной и максимальной мощности: 0.0 — 9999 Вт;

— Диапазон настройки цены за КВт*ч: 0.00 — 99.99 у.е;

— Диапазон индикации расхода и стоимости электроэнергии: 0.000 — 9999 КВт*ч; 0.00 — 9999 у.е.

Ваттметр легко разбирается. Корпус держится на трёх саморезах; и ещё — на трёх не очень упорных защелках.

Внутри находятся две платы: главная плата и плата индикации.

Ваттметр какая у него система прибора

Монтаж главной платы — двухсторонний.

На стороне, которую условно можно назвать верхней, расположены три больших конденсатора, отвечающие за питание; а также шунт, отвечающий за измерение тока, и ещё кое-какая мелочевка:

Ваттметр какая у него система прибора

Для собственного питания ваттметр забирает немного тока от сети через желтый конденсатор 0.68 мкФ; затем ток выпрямляется и фильтруется чёрными электролитическими конденсаторами.

Шунт для измерения тока сделан из очень толстой проволоки (видимо, специальный сплав). Его сопротивление составляет 0.002 Ом; т.е. даже при максимально-допустимом токе в 16 А потери энергии на нём — незначительные.

Также здесь расположен Ni-MH аккумулятор на 3.6 В из 3-х последовательно соединённых «таблеток» ёмкостью 20 mAh. Он только поддерживает память режимов; работать от него прибор не может (экран включается, но показаний нет).

На обратной стороне платы — микроконтроллер BL6523GX , осуществляющий замер значений тока и напряжения, их оцифровку и необходимые вычисления.

Ваттметр какая у него система прибора

Для замера тока и напряжения в микроконтроллере содержатся целых три АЦП, работающих по принципу «сигма-дельта преобразования», представляющего собой один из вариантов кодирования с интегрированием сигнала. Такое преобразование отличается очень высокой точностью, правда, при невысоком быстродействии.

Инструкция по эксплуатации ваттметра на английском языке представлена на следующих двух сканах (кликнуть для увеличения):

Ваттметр какая у него система прибора

Ваттметр какая у него система прибора

Тестирование ваттметра в стандартном режиме

Под стандартным режимом подразумевается применение прибора согласно инструкции, т.е в розетке 220 В 50 Гц.

Для проверки точности работы ваттметра в стандартном режиме был собран нехитрый стенд, состоящий из ваттметра, осциллографа Hantek 2D72 в режиме мультиметра и активной нагрузки. В качестве активной нагрузки использовались добрые старые лампы накаливания:

Ваттметр какая у него система прибора

На фото к стенду подключена лампа накаливания номинальной мощностью 60 Вт с матовым баллоном.

Сравнение показаний ваттметра и мультиметра выявило небольшие расхождения: по напряжению ваттметр занижает показания на 0.4-0.5%, а по току — на 1.2 — 1.4%. Естественно, такие расхождения касаются только тестируемого экземпляра прибора; у других экземпляров расхождения могут быть как ниже, так и выше этих величин.

С точки зрения измерения мощности указанные погрешности суммируются, и итоговая погрешность может составлять 1.6 — 1.9%, что более чем приемлемо для бытовых нужд.

В процессе измерения мощности последовательным нажатием на кнопку » Function » можно вывести на экран не только величину мощности, но и потребляемый ток (и на том же экране — коэффициент мощности), напряжение и частоту сети, максимальную и минимальную мощность нагрузки, суммарное потребление электроэнергии, её тариф (вводится потребителем) и стоимость потреблённой электроэнергии.

В верхней строке экранов выводится время, в течение которого потребляемая мощность была выше нуля (не следует путать это время со встроенными часами, которых здесь нет).

Как выглядит экран ваттметра в некоторых из перечисленных выше режимах, можно посмотреть на следующих фото; в качестве нагрузки использовалась лампа накаливания 60 Вт.

Фото 1 и 2 — напряжение и частота в сети; ток и коэффициент мощности:

Ваттметр какая у него система прибора

Ваттметр какая у него система прибора

Фото 3 и 4 — потребляемая мощность и тариф; суммарное потребление электроэнергии:

Ваттметр какая у него система прибора

Ваттметр какая у него система прибора

В верхней строке в первый час работы отображаются минуты и секунды, затем — часы и минуты, а количество дней отображается в нижней строке экрана с киловатт-часами.

Фото 5 и 6 — минимальная и максимальная потребляемая мощность за период:

Ваттметр какая у него система прибора

Ваттметр какая у него система прибора

Теперь пора перейти к доработке и расширению возможностей ваттметра.

Доработка цифрового ваттметра и его использование в нестандартных режимах

Итак, прибор прекрасно можно применить для измерения мощности устройств и аппаратов, питаемых от сети 220 В.

Вопрос: а что мешает его использовать, например, для измерения мощности на выходе УНЧ?

Мешает измерениям слишком низкое напряжение на выходе УНЧ, из-за чего ваттметр банально сам не получает достаточного питания, и по этой причине ничего не может измерить (он питается от измеряемого сигнала).

А если подать ему внешнее питание?! Оказывается, тогда можно расширить и частотный диапазон, и диапазон по анализируемым напряжением!

Теперь — к практическому вопросу: а как подать внешнее питание?

Его можно подать, припаявшись проводами к «земле» платы ваттметра и к плюсу большого электролита, сглаживающего пульсации напряжения питания.

Конкретные точки показаны на следующем фото:

Ваттметр какая у него система прибора

Белый провод — «земля», красный — питание. В принципе, белый провод можно припаять к минусу большого электролита — это электрически та же самая точка.

Ваттметр включается и полностью функционален, если напряжение питания составляет 6.9 В или выше. При этом поднимать напряжение выше, чем 11.5 В, нельзя: иначе начнёт разогреваться защитный 12-вольтовый стабилитрон, стоящий параллельно электролиту.

Потребляемый ток составляет 12 мА.

Чтобы пульсации напряжения в измеряемой цепи не попали во внешний источник питания, питание желательно подать через диод и небольшой резистор 10-30 Ом. Если предполагается питание от батареи типа «Крона» (или заменяющего её аккумулятора), то диод должен быть Шоттки или древний германиевый диод (у них меньше прямое падение напряжения).

Внимание! Техника безопасности!

При использовании ваттметра с данной доработкой в штатном режиме (в сети 220 Вольт) допаянные проводники питания будут частью, находящейся под высоким напряжением. Необходимо обеспечить их надлежащую электрическую изоляцию и защиту от случайного прикосновения!

После данной модификации прибор оказался пригодным для измерения мощности УНЧ, отдаваемой в нагрузку; но с некоторыми нюансами.

Частоту и напряжение сигнала 400 Гц ваттметр замерил верно (подавался синусоидальный сигнал с генератора FY-6800) :

Ваттметр какая у него система прибора

Следующим был подан сигнал с той же амплитудой, но частотой в 1000 Гц. Теперь в показаниях уже не стало такого гламура:

Ваттметр какая у него система прибора

Частоту сигнала прибор завысил, а напряжение — занизил.

Ошибка по напряжению появилась из-за ограниченности полосы пропускания прибора; а ошибка по частоте, вероятно, из-за «неправильного» кварцевого резонатора на плате.

Согласно datasheet на BL6523GX , частота кварца должна быть 3.58 МГц, а на плате установлен почему-то кварц на 3.579545 МГц.

То есть, из-за более «медленного» кварца внешние частоты «кажутся» прибору более быстрыми, хотя отклонение в измерении оказалось выше, чем отклонение кварца.

Дальнейшие эксперименты показали, что на частотах свыше 1500 Гц происходит крайне резкое падение АЧХ ваттметра.

В качестве итога доработки ваттметра можно сделать следующие выводы:

— на частотах до 400 Гц включительно показаниям прибора можно доверять;

— на частотах до 1000 Гц измерения можно производить с учетом поправки;

— на частотах свыше 1 КГц лучше прибор НЕ использовать.

И к этому — ещё дополнительные наблюдения и соображения:

— поскольку более высокие частоты будут лучше проходить через желтый конденсатор в систему питания прибора, то, чтобы прибор не сжечь, на частоте 1000 Гц амплитуда сигнала не должна превышать 30 В;

— сигналы с резкими фронтами (например, меандр) имеют большую величину высокочастотных гармоник, которые могут оказаться за пределами полосы пропускания ваттметра. Для такого рода сигналов даже с поправкой следует ещё больше ограничивать частоту (например, для меандра — не выше 400 Гц, а лучше — до 200 Гц);

— мощность постоянного тока прибор НЕ измеряет ни с доработкой, ни без неё;

— необъяснимо, но факт: при малых напряжениях сигнала прибор правильно показывает мощность, отдаваемую в нагрузку, но совсем не показывает ток. Ток в этом случае прибор начинает показывать, если его величина составляет свыше 0.258 А. Для штатного режима применения в сети 220 В этого ограничения нет.

Протестированный цифровой ваттметр вполне пригоден для всех общегражданских применений, но без использования результатов измерений в качестве точных значений, в том числе для финансовых взаиморасчётов. Либо можно использовать для финансовых расчётов с условием, что их точность будет ниже, чем у сертифицированного счётчика электроэнергии.

С приведённой в обзоре доработкой ваттметр можно использовать для измерения мощности, тока и напряжения на выходе УНЧ, а также и в других относительно низковольтных цепях на частотах до 1 КГц. При этом надо иметь в виду, что при частоте сигнала свыше 400 Гц необходимо учитывать поправку на падение АЧХ прибора (показания будут заниженными).

Где купить: на Алиэкспресс, цена на момент обзора — $11.8. Если у других продавцов на Алиэкспресс этот товар будет дешевле, то тоже можно брать (но надо убедиться, что товар — действительно тот же).

Обзоры других контрольно-измерительные приборов, протестированных на данном сайте — здесь.

Весь раздел «Сделай сам! ( DIY) » — здесь.

Вступайте в группу SmartPuls.Ru

Ваттметр какая у него система прибора

Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам

Источник