Ваттметра схема: Измерение мощности тока. Схема включения ваттметра.

СХЕМА ВАТТМЕТРА

   Если вы стараетесь экономить энергию для уменьшения счетов за свет, то вам необходим прибор для контроля потребляемой мощности — ваттметр. Такое устройство позволит измерить энергопотребление техники в том числе и в дежурном режиме.

Принципиальная схема простого ваттметра

   Схема предлагаемого ваттметра работает по принципу датчика трансформатора тока. В качестве него можно взять обычный сетевой трансформатор с первичкой примерно 3000 витков на железном сердечнике. Эта катушка будет в качестве вторичной обмотки. Отношение тока, протекающего через первичную обмотку, является обратной отношению числа витков.

   Однополупериодный выпрямитель выполнен на основе германиевых диодов. Резистор R2 уменьшает чувствительность ваттметра в 10 раз, когда надо измерить мощность электрочайника, тепловентилятора и других мощных потребителей. Индикация выполняется стрелочным микроамперметром. Его шкалу можно проградуировать, для удобства. Настройка производится либо по эталонному цифровому ваттметру, либо по бытовому прибору, с заранее известной мощностью.

Поделитесь полезными схемами

Каждый потребитель, питаемый от электрической сети, потребляет какую-то мощность. Мощность характеризует в данном случае скорость выполнения электрической сетью работы, необходимой для функционирования того или иного прибора либо цепи, которая от этой сети питается. Разумеется, сеть должна быть в состоянии обеспечить данную мощность и не быть при этом перегруженной, иначе может случиться авария.

Для измерения потребляемой мощности в цепях переменного тока используют специальные приборы — ваттметры. Ваттметры показывают текущую потребляемую мощность, а некоторые из них способны даже подсчитать количество энергии в киловатт-часах, израсходованной за определенное время, пока потребитель работал. В данной статье мы рассмотрим несколько основных видов ваттметров.

Ваттметры находят применение в самых разных сферах промышленности и быта, особенно в электроэнергетике и в машиностроении. Кроме того ваттметры часто полезны в быту.

Их используют для определения мощности различной бытовой техники, для расчета приблизительной стоимости электроэнергии в месяц, для диагностики приборов, для тестирования сетей, да и просто в качестве наглядных индикаторов. Есть щитовые ваттметры, ваттметры в виде сетевых адаптеров, цифровые и аналоговые ваттметры.

Принцип работы данных приборов в общем виде прост: измеряются напряжение питания и потребляемый ток, а мощность определяется как произведение данных величин с учетом коэффициента мощности исследуемой цепи. Коэффициент мощности определяется по разности фаз между током и напряжением. Цифровые ваттметры отображают показания на дисплее или записывают их в цифровой форме, а аналоговые — показывают стрелкой на шкале.

Электродинамические измерительные приборы

Приборы, основанные на принципе взаимодействия двух магнитных полей, создаваемых токами, текущими в двух различных катушках по устройству и принципу действия называют электродинамическими.

Одна из этих катушек укреплена неподвижно, а вторая, помещенная внутри первой, может поворачиваться вокруг своей оси и удерживается в некотором начальном положении спиральными пружинами. По отклонению подвижной катушки можно непосредственно судить о силе протекающего по катушкам тока.

В зависимости отданных прибора и способа его включения с помощью этого прибора можно измерять либо силу тока в цепи (амперметр), либо напряжение на зажимах цепи (вольтметр), либо мощность, потребляемую в цепи (ваттметр).

Т. к. направление электрического тока, протекающего через обе катушки электродинамического измерительного прибора изменяется одновременно, то направление силы взаимодействия между катушками остается неизменным при изменении направления подводимого к прибору тока. Поэтому такие измерительные приборы пригодны для измерения как переменного, так и постоянного токов.

Аналоговые ваттметры

К аналоговым устройства относятся ваттметры электродинамической системы. Их работа основана на взаимодействии пары катушек, первая из которых неподвижна, а вторая — подвижна, то есть может отклоняться в сторону. Неподвижная катушка связана с током, а подвижная — с напряжением.

Неподвижная катушка имеет небольшое число витков и включается в цепь измерения мощности последовательно, в то время как подвижная катушка имеет значительно большее количество витков и включается через резистор параллельно исследуемому прибору.

Чем больший ток проходит по неподвижной катушке — тем сильнее ее магнитное поле отклоняет подвижную катушку, связанную со стрелкой. Шкала прибора отградуирована в ваттах. Как вы уже поняли, здесь автоматически учитываются и ток, и напряжение, и коэффициент мощности цепи.

Устройство ваттметра:

Схема подключения ваттметра:

Схема подключения ваттметра с крышки прибора Д5065:

Цифровые ваттметры

Цифровой ваттметр работает совершенно иначе. Ток измеряется косвенным путем по закону Ома посредством оценки падения напряжения на калиброванном шунте, а напряжение — по схеме цифрового вольтметра. Датчиком тока может быть не обязательно шунт, но и трансформатор тока.

Измеренные схемой мгновенные параметры тока и напряжения обрабатываются микропроцессором, который вычисляет на основе этих данных потребляемую мощность, а также величину суммарной электроэнергии, которая была израсходована потребителем за время проведения замеров. Результат отображается на цифровом дисплее прибора.

Аналоговые приборы часто можно встретить в виде щитовых, модульных изделий, а цифровые — в виде профессионального оборудования и портативных устройств.

Бытовой ваттметр

Очень распространенный пример простого цифрового ваттметра — бытовой ваттметр в виде сетевого адаптера — переходника. Он предназначен для наблюдения мощности потребления, а также для оперативной оценки стоимости электроэнергии в домашних условиях. Ваттметр вставляется в ту розетку, от которой обычно питается прибор, потребление которого необходимо узнать. Затем в розетку ваттметра втыкается вилка самого прибора.

По нажатии соответствующей кнопки, ваттметр начинает отсчет времени и запись количества потребленной с этого момента электроэнергии, то есть той энергии, которая была отдана через его розетку. Тут же считается стоимость электроэнергии, если предварительно задана цена киловатт-часа. Пока прибор работает а ваттметр измеряет мощность, стоимость на дисплее периодически обновляется. Ваттметры такого типа способны измерять мощности до 3600 Вт.

Стоит вставить прибор в розетку и воткнуть в него вилку — на дисплее тут же начинается отсчет времени и в режиме реального времени отображается потребляемая мощность. При помощи кнопок можно переключить отображаемый параметр с мощности — на ток, на напряжение, посмотреть пиковую мощность, минимальную мощность и т. д.

Кроме того на дисплее можно увидеть частоту переменного тока в розетке. Задав стоимость киловатт-часа электроэнергии, при помощи бытового ваттметра можно оценить стоимость электроэнергии, потребляемой холодильником, компьютером, вентилятором, кондиционером, обогревателем, водонагревателем и т. д.

Профессиональные ваттметры

Профессиональные ваттметры отличаются расширенным функционалом и повышенным классом точности. Данные приборы позволяют тестировать более простые измерительные приборы, а сами способны измерять мощности в значительно более широком диапазоне величин токов, напряжений и частот нежели бытовые.

Профессиональный ваттметр стоит дороже, как любой стационарный прибор подобного класса, просто в силу повышенных требований к точности и качеству измерений. Зачастую профессиональные ваттметры не критичны к форме тока, они могут измерять переменный и постоянный, синусоидальной, прямоугольный, пульсирующий и пилообразный токи, вычислять при этом мощность потребления с указанием коэффициента мощности и характера нагрузки (активная, индуктивная, емкостная, смешанная). Выпускаются как для работы с однофазными цепями, так и для трехфазных.

Аналоговый ваттметр в составе профессионального лабораторного измерительного комплекта К540:

Щитовые ваттметры

Для осуществления замеров и индикации активной и реактивной мощности в сетях трехфазного или однофазного переменного тока, полезны щитовые встраиваемые ваттметры. Значение текущей мощности индикатор показывает в виде цифр на своем дисплее, который может иметь обычно до четырех разрядов для обеспечения достаточно высокой точности. Прибор имеет вид своеобразной измерительной головки, монтируемой в корпус.

Привычное применение ваттметров данного вида — индикаторные панели различных электротехнических устройств, работающих в сетях с частотой 50 Гц, то есть такие, где ваттметр установлен стационарно и больше не снимается. Возможно сопряжение ваттметра с электронными схемами, которые корректируют работу цепи в которой он установлен в зависимости от динамики активной или реактивной мощности потребления.

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_svoimi_rukami

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Как измерить мощность в цепи трехфазного переменного тока

Мощность в цепи трехфазного тока может быть измерена с помощью одного, двух и трех ваттметров. Метод одного прибора применяют в трехфазной симметричной системе. Активная мощность всей системы равна утроенной мощности потребления по одной из фаз.

При соединении нагрузки звездой с доступной нулевой точкой или если при соединении нагрузки треугольником имеется возможность включить обмотку ваттметра последовательно с нагрузкой, можно использовать схемы включения, показанные на рис. 1.

Рис. 1 Схемы измерения мощности трехфазного переменного тока при соединении нагрузок а — по схеме звезды с доступной нулевой точкой; б — по схеме треугольника с помощью одного ваттметра

Если нагрузка соединена звездой с недоступной нулевой точкой или треугольником, то можно применить схему с искусственной нулевой точкой (рис. 2). В этом случае сопротивления должны быть равны Rвт+ Rа = Rb =Rc.

Рис 2. Схема измерения мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром с искусственной нулевой точкой

Для измерения реактивной мощности токовые концы ваттметра включают в рассечку любой фазы, а концы обмотки напряжения — на две другие фазы (рис. 3). Полная реактивная мощность определяется умножением показания ваттметра на корень из трех. (Даже при незначительной асимметрии фаз применение данного метода дает значительную погрешность).

Рис. 3. Схема измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока одним ваттметром

Методом двух приборов можно пользоваться при симметричной и несимметричной нагрузке фаз. Три равноценных варианта включения ваттметров для измерения активной мощности показаны на рис. 4. Активная мощность определяется как сумма показаний ваттметров.

При измерении реактивной мощности можно применять схему рис. 5, а с искусственной нулевой точкой. Для создания нулевой точки необходимо выполнить условие равенства сопротивлений обмоток напряжений ваттметров и резистора R. Реактивная мощность вычисляется по формуле

где Р1 и Р2 — показания ваттметров.

По этой же формуле можно вычислить реактивную мощность при равномерной загрузке фаз и соединении ваттметров по схеме рис. 4. Достоинство этого способа в том, что по одной и той же схеме можно определить активную и реактивную мощности. При равномерной загрузке фаз реактивная мощность может быть измерена по схеме рис. 5, б.

Метод трех приборов применяется при любой нагрузке фаз. Активная мощность может быть замерена по схеме рис. 6. Мощность всей цепи определяется суммированием показаний всех ваттметров.

Рис. 4. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами а — токовые обмотки включены в фазы А и С; б — в фазы А и В; в — в фазы В и С

Реактивная мощность для трех- и четырехпроводной сети измеряется по схеме рис. 7 и вычисляется по формуле

где РA, РB, РC — показания ваттметров, включенных в фазы А, В, С.

Рис. 5. Схемы измерения реактивной мощности трехфазного переменного тока двумя ваттметрами

Рис. 6. Схемы измерения активной мощности трехфазного переменного тока тремя ваттметрами а — при наличии нулевого провода; б — с искусственной нулевой точкой

На практике обычно применяют одно-, двух- и трехэлементные трехфазные ваттметры соответственно методу измерения.

Чтобы расширить предел измерения, можно применить все указанные схемы при подключении ваттметров через измерительные трансформаторы тока и напряжения. На рис. 8 в качестве примера показана схема измерения мощности по методу двух приборов при включении их через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Рис. 7. Схемы измерения реактивной мощности тремя ваттметрами

Рис. 8. Схемы включения ваттметров через измерительные трансформаторы.

Russian Hamradio :: Простой радиолюбительский ваттметр.

В нашем быту используется много самых различных устройств имеющих различную мощность потребления. При необходимости это сделать многие задают вопрос, как правильно определить мощность, чтобы не перегрузить сеть ~220В, какой нужен прибор для этого и т.д. Чтобы измерить потребляемую устройством мощность нужен ваттметр, например телевизором, приемником, магнитофоном, самодельный усилителем и т. д.

Для использования в своих радиолюбительских целях можно изготовить простой радиолюбительский ваттметр. Погрешность данного прибора незначительная но вполне хватает для того чтобы его изготовить из нескольких деталей, что значительно удешевляет конструкцию прибора и позволяет его изготовить даже начинающему радиолюбителю с небольшим опытом конструирования. Принципиальная схема простого радиолюбительского ваттметра приведена на рис. 1.

Рис.1.

Основа прибора — уже известный вам вольтметр переменного тока, в который входят стрелочный индикатор РА1, диоды VD1, VD2 и резисторы R1, R3. Резистор R3 шунтирует индикатор — микроамперметр М2003, чтобы получился миллиамперметр с током отклонения стрелки примерно 1 мА, а подстроечным резистором R1 устанавливают точнее выбранный диапазон измерений, в данном случае 100 Вт.

Подключен вольтметр параллельно резистору R2, который стоит в цепи питания нагрузки — между сетевой вилкой ХР1 и розеткой XS1. Когда ваттметр включен в сеть, а в розетку вставлена вилка питания нагрузки, скажем, настольной лампы, через резистор R2 протекает ток тем больший, чем больше потребляемая нагрузкой мощность. А значит, от мощности нагрузки будет зависеть падение напряжения на резисторе R2 — его и измеряет вольтметр.

Детали

Какие детали понадобятся для постройки этого прибора? Прежде всего, конечно, стрелочный индикатор. Хотя в данном случае он такой же, что и в предыдущем приборе, возможно применение другого индикатора — с током полного отклонения стрелки 1 мА и любым внутренним сопротивлением. В этом варианте резистор R3 не понадобится. Диоды — любые из серии Д9, подстроечный резистор также любого типа, например СПО.

Резистор R2 — проволочный, весьма малого сопротивления — 2 Ома. Его можно изготовить самостоятельно из провода с высоким удельным сопротивлением, к примеру — нихром, константан, манганин, но скорее всего такой провод найти не удастся и под руками окажется лишь медный провод марки ПЭВ или ПЭЛ в лакостойкой изоляции.

Тогда отрежьте 3,6 м такого провода диаметром 0,2 мм, намотайте его на корпус резистора МЛТ-2 сопротивлением не менее 100 Ом и припаяйте концы провода к выводам резистора — сопротивление получившегося резистора будет равно примерно 2 Ома.

Деталей в приборе немного, и их можно смонтировать на небольшой планке из изоляционного материала, укрепленной на выводах стрелочного индикатора. Сам же индикатор размещают на лицевой панели корпуса, а на боковой стенке корпуса крепят сетевую розетку.

Настройка

Включив в розетку настольную лампу мощностью 100 Вт, подают на ваттметр сетевое напряжение и перемещением движка подстроечного резистора устанавливают стрелку индикатора на конечное деление шкалы.

Внимание!

Осторожно, устанавливать стрелку индикатора на конечное деление шкалы только отверткой с изолированной ручкой!

Шкала ваттметра будет неравномерная, поскольку в нем работают диоды. Поэтому целесообразно снять характеристику прибора, как это делали в предыдущей конструкции. Для этого нужно отключить резистор R2 и подавать с регулируемого источника постоянное напряжение (примерно от 0 до 1 В) на верхние по схеме контакты вилки ХР1 (плюс) и розетки XS1 (минус). Смещать движок подстроечного резистора при этом не следует.

После этого проверяют показания ваттметра, отсчитывая их с помощью графика — характеристики диода и включая в розетку прибора лампы разной мощности — 75 Вт, 60 Вт, 40 Вт. А возможно ли измерить нашим ваттметром сравнительно малые мощности потребления, скажем, 5 или 10 Вт?

Это реально, если знать одну “хитрость”. Вставьте в розетку ваттметра тройник и включите в одну из пар гнезд его лампу, например, мощностью 60 Вт. Затем вставьте в другую пару гнезд вилку контролируемого маломощного устройства, и заметьте приращение показаний индикатора — оно и будет равно потребляемой мощности устройства.

Для тех, кто захочет построить ваттметр на мощность 200 Вт или 500 Вт, рекомендуем уменьшить сопротивление резистора R2 соответственно до 1 и 0,5 Ома, чтобы избежать излишнего падения напряжения на нем. Возможен, естественно, вариант многопредельного ваттметра, если установить в нем переключатель и подключать вместо R2 резисторы разного номинала. Надеемся, что такой прибор вы сможете сконструировать самостоятельно и использовать его для своих радиолюбительских нужд.

Ю. Верхало

БЫТОВОЙ ВАТТМЕТР

Пульт дистанционного управления тарифов в эксплуатацию электронного ваттметра схема обмена информацией

Пульт дистанционного управления тарифов ватт в час дозатора схема обмена информацией

  Метод предоплаты: Местного управления тарифов и удаленного управления тарифов.
(1)информацией схема ватт в час дозатора с местными тарифного контроля

4.

2. Измерение мощности

Мощность измеряют различными способами.

Мощность в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока, измеряют в основном ваттметрами электродинамической системы. На рис. 4.4 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки R_НАГ в цепях постоянного и однофазного переменного тока.

В цепях напряжения включено добавочное сопротивление R_Д. Начало токовой обмотки напряжения, так же как и в последующих схемах, показано, соответственно, левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приведет к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону. Если включить ваттметр в цепь постоянного тока (рис. 4.4, схема а), то он учтёт потребляемую электроприемниками мощность и потери в токовой обмотке ваттметра. Мощность Р определяют по формуле

P=IU’=I(U+IRт)=IU+I²RT=Pпp+Pт,

где I и U — соответственно, ток  и напряжение на нагрузке; U’ — напряжение питания; Rт — сопротивление токовой обмотки ваттметра; Рпр и Рт — соответственно, потребляемая приемниками мощность и потери мощности в токовой обмотке.

При включении (рис. 4.4, схема б) по схеме ваттметра учитываются дополнительные потери в обмотке напряжения Рн:

P=U(I+Iн)=UI+UIн=Pнр+Pн.

Таким образом, систематической погрешности, возникающей в следствии того, что цепи тока и напряжения измерительного механизма должны включаться также, как и приборы для измерения тока и напряжения избежать не удается. Если ожидаются значительные колебания мощности за счёт колебаний тока, то предпочтительней будет схема а. При включении ваттметра (рис. 4.4, схема в) на добавочном сопротивлении Rд окажется почти полное напряжение источника, на которое не может быть рассчитана изоляция подвижной катушки. Кроме того, появляется дополнительная погрешность за счет электростатического взаимодействия обмоток. Такую схему не следует применять.

Показания ваттметра, включенного в цепь переменного тока, пропорциональны произведению подведенного к нему напряжения U, тока в токовой обмотке I и cosφ:

Р = с·U·I·cosφ, где с — цена деления ваттметра.

При определенном положении переключателей пределов по току и напряжению цена деления составит

с = (U_ПРI_ПР)/_ПР, Вт/дел,

где U_ПР и I_ПР — верхние пределы ваттметра, _ПР — количество делений шкалы ваттметра.

При определении мощности косвенным методом в цепи постоянного тока измеряют ток и напряжение, а в цепи переменного тока (дополнительно, с помощью фазометра), коэффициент мощности cosφ.

Для расширения пределов измерения по току и напряжению применяют шунты, добавочные сопротивления и измерительные трансформаторы (рис. 4.5). Цену деления ватт-метра при пользовании измерительными трансформаторами определяют по уравнению:

С_ИЗМ= СК_IHК_UH, Вт/дел.

На сверхвысоких частотах (СВЧ) способы измерения мощности, рассмотренные выше очень трудно реализуемы, поэтому применяются другие способы измерения мощности. Несмотря на кажущееся разнообразие, все они сводятся к преобразованию энергии электромагнитных колебаний в другой вид энергии, более применяемый для измерения (тепловую, механическую и другие) с последующим вторичным преобразованием в электрический сигнал. Измерение производится в основном цифровыми приборами.

При измерении активной мощности в трёхфазных цепях (три фазовых провода и один нулевой — четырех проводная сеть) используют три однофазных ваттметра, включенных в отдельные фазы; измеряемую мощность определяют как сумму мощностей всех фаз. В, этом случае не следует пользоваться ваттметром, включенным в одну из фаз, так как велика вероятность неравномерности нагрузки, и погрешность измерения может оказаться значительно больше допустимой.

В трехфазных цепях без нулевого провода возникает затруднение с подключением цепи напряжения ваттметра, потому что в цепи имеется линейное напряжение. Однако при симметричной, нагрузке можно измерить мощность одним ваттметром. Для этого в месте измерения создается искусственная нулевая точка. Сопротивления всех фаз, образующие звезду, должны быть равными. Мощность в этом случае равна утроенному показанию ваттметра.

В несимметричных трехфазных трехпроводных цепях мощность можно измерить так же, как и в четырехпроводных цепях, т. е. как сумму трех мощностей. Здесь также необходима искусственная нулевая точка, однако ее можно очень просто создать соединением в звезду трех (одинаковых!) цепей напряжения ваттметров.

Более универсальным и точным методом измерения трехфазной мощности является метод двух ваттметров или так называемая схема Арона (рис. 4.6).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, В; обмотки по напряжению на АС и ВС (рис. 4.6, а).

Токовые обмотки ваттметров включены на линии А, С; обмотки по напряжению — на АВ и СВ (рис. 4.6, б).

Токовые обмотки ваттметров включены в линии В, С; обмотки по напряжению – на ВА и СА (рис. 4.6, в).

Построим векторную диаграмму (рис. 4.7) для схемы Арона (рис. 4.6, схема б).

Мощность определяют по сумме показаний ваттметров

P=P₁+P₂=U_авI_аcosψ1+U_свI_сcosψ2.

В зависимости от характера нагрузки один из углов (ψ1 или ψ2) может стать больше 90°. В этом случае один из ваттметров будет показывать отклонение в противоположную сторону. Чтобы получить отсчет, надо изменить направление тока в одной из обмоток этого ваттметра. Показания берут со знаком минус, т.е. общая мощность равна алгебраической сумме показаний. В частном случае, когда система симметрична, ψ1=30+φ, ψ2=30-φ и общую мощность находят по формуле

P=P₁+P₂=U_авI_аcos(30+φ)+U_свI_сcos(30-φ)=U_лI_л2cos30cosφ= U_лI_лcosφ.

Даже при полной симметрии показания ваттметров не равны и зависят от величины и знака угла φ. При значении φ, равном 0-60 показания обоих положительны; при φ=60 показания первого ваттметра Р₁=0; при φ>60 оба покажут отрицательные значения.

При измерении реактивной мощности однофазные реактивные ваттметры применяют для лабораторных измерений и поверки индукционных счетчиков. В отличии от обыкновенного ваттметра реактивный имеет усложненную схему параллельной цепи, в которую включают реактивное сопротивление для получения сдвига по фазе на 90° между током и напряжением. Тогда угол отклонения подвижной части будет пропорционален реактивной мощности. При измерении реактивной мощности в трехфазных цепях нет необходимости получать сдвиг по фазе на 90°, так как при переходе от схемы звезды к схеме треугольника всегда имеется напряжение, которое пропорционально измеряемому и сдвинуто по фазе на 90°. В соответствии с этим, например в несимметрично нагруженной трех- и четырехфазной сети, реактивную мощность Q определяют по схеме трех активных ваттметров, включенных по напряжению на «чужие» фазы (рис. 4.8).

Тогда реактивная мощность Q = (P₁+P₂+P₃)/

При равномерной нагрузке можно ограничиться одним из ваттметров. Тогда Q =·Р₁. В трехфазной сети с равномерной нагрузкой (рис. 4.6, любая схема), реактивную мощность Q определяют по формуле

Q =·(P₁-P₂).

Реактивную мощность в трехфазной сети с равномерной и неравномерной загрузкой фаз Q находят по схеме с искусственной нулевой точкой (рис. 4.9):

Q = ·(P₁+ Р₂).

Сопротивление, включенное на свободную фазу (R), подбирают так, чтобы оно вместе с обмотками напряжения ваттметров образовало симметричную звезду, а к ваттметрам были подведены фазовые напряжения:

R=R_w1=R_w2.

Для определении реактивной мощности указанными выше методами необходимо знать порядок чередования фаз сети. Если он окажется обратным, показания ваттметров во многих случаях будут отрицательными.

3 Простые схемы ваттметра переменного тока

Если вам требуется измерение мощности переменного тока. Использовать его совсем немного, чего не стоит. Когда нужно купить дорогой инструмент. Потому что мало использовать не требует высокой точности. Я хотел бы предложить концепцию схемы ваттметра настолько простой, насколько она была. Я собрал все три схемы следующим образом.

1.) Схема ваттметра Easy In-Line RF

Это небольшая идея схемы ваттметра Easy In-Line RF, она нечувствительна к частоте, поэтому калибровка будет лучше, чем в широком диапазоне частот.

Например, весь любительский КВ спектр; Если значения L2,
, делителя напряжения на конденсаторах C1 и C2 и сопротивления R1 и R2 выбраны правильно, R1-R2 и C1-R2 должны быть согласованы для достижения наилучшего результата.

Обычно резисторы R1 и R2 должны быть небольшими по сравнению с реактивным сопротивлением L2, чтобы избежать какого-либо важного влияния на ток L2, которое индуцируется током линии передачи, протекающим через L1.

Нижний предел частоты моста определяется соотношением R1-R2 / L2,
, и точка отсечки при значении R1-R2 становится большой по отношению к реактивному сопротивлению L2 в этой частотной точке.
Амперметр 100uA — 200uA, ток ограничен R6.
S1 использует для выбора диапазона частоты от низкого до высокого.

2.) Измеритель частоты линии электропередачи

Этот измеритель показывает частоту генератора , который имеет напряжение 110-240 В при 10-100 Гц.
Выходные синусоидальные волны преобразуются в прямоугольные с помощью резистора 100 кОм 2 Вт и стабилитрона 6,8 В 1 Вт (1N3829A).
Затем прямоугольная волна преобразуется конденсатором 0,22 мкФ, а ток усредняется диодами 1N4148.

Средний ток прямо пропорционален частоте, поэтому его можно прочитать на амперметре 100 мА (M1).
Для калибровки зарезервируйте схему до 60 Гц. Линия питания и отрегулируйте потенциометр VR1 5K на значение 60 мА.

3.) Простой светодиодный ваттный монитор

В этой схеме используется принцип разделения напряжения. И тока разделили. Раньше брал светодиодный дисплей до 80 Вт. Работа схемы при протекании тока через сопротивление. Он разделит напряжение в соответствии с каждым диапазоном ватт. Он имеет сопротивление 100 Ом для уменьшения потока перед светодиодом. При этом светодиодный дисплей будет гореть бесконечно долго. В зависимости от количества ватт. Например, 10-ваттные LED1, LED2, LED3 зажгут все. Постарайтесь увидеть, есть ли наблюдение, что даже ватт высокий. Сопротивление разделенному напряжению также дороже. То есть резисторы R1, R4, R7, R9, R11 и R13 определяют площадь в ваттах схемы.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Схема подключения и электрические схемы ваттметра

В этой статье мы рассмотрим схему подключения ваттметра и проводку. Здесь мы увидим, как подключить ваттметр к нагрузке и источнику питания. Ваттметр — это электрическое измерительное оборудование, которое помогает измерять электрическую мощность в ваттах, киловаттах или мегаваттах. Как правило, ваттметр имеет две катушки — катушки тока и катушки давления или напряжения. Катушка тока измеряет поток электрического тока, а катушка давления или напряжения измеряет напряжение питания.Комбинируя напряжение и ток, он измеряет электрическую мощность. Итак, сначала давайте посмотрим на внутреннюю схему ваттметра, это поможет выполнить подключение ваттметра.

Внутренняя цепь ваттметра

Как видно на рисунке выше, счетчик воды имеет две катушки — катушку тока и катушку напряжения или давления. Катушка тока должна быть подключена последовательно с нагрузкой, а катушка напряжения или давления должна быть подключена к источнику питания или нагрузке.

Два вывода катушки тока обозначены буквами M и L.Клемма M должна быть подключена к источнику питания, а клемма L должна быть подключена к нагрузке. Две клеммы катушки напряжения или давления обозначены буквами C и V. Клемма C должна быть подключена к фазе, а клемма V должна быть подключена к нейтрали.

Некоторые характеристики токовой катушки в ваттметре:

1. У нее меньше витков, чем у катушки давления

2. Она имеет очень низкое сопротивление

3. Она позволяет протекать через нее току полной нагрузки.

4. Производит потери меди.

Некоторые характеристики катушки давления или напряжения в ваттметре:

1. У нее больше витков, чем у катушки тока

2. Она имеет высокое сопротивление

3. Она пропускает через нее очень мало тока, почти нет тока

4. Поскольку он проводит очень слабый ток, потери в меди отсутствуют

Схема подключения ваттметра

Если у вашего ваттметра четыре клеммы, и они отмечены цифрами 1,2,3,4, тогда должна быть следующая схема подключения. следовать.

В этом ваттметре клеммы 1 и 2 для катушки напряжения или давления и клеммы 3, 4 для катушки тока. Поэтому сначала закоротите клеммы 1 и 3. Затем подключите фазу к клемме 1, а нейтраль — к клемме 2. На этом подключение источника питания завершено. Подключите фазную клемму нагрузки к клемме 4 и подключите нейтраль нагрузки к клемме 2. Здесь, на приведенном выше рисунке, мы взяли лампочку в качестве нагрузки.

Теперь, если ваш ваттметр имеет четыре клеммы и обозначен как M, L, C, V, тогда необходимо следовать следующей схеме подключения.

Как вы видите на схеме выше, сначала закоротите клеммы M и C. Подключите фазу к клемме M, а нейтраль к клемме V. Подключите фазу нагрузки к клемме L, а нейтраль нагрузки к клемме V.

Читайте также:

Спасибо за посещение веб-сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений.

Измерение мощности в однофазной цепи с помощью ваттметра

Измерение мощности в однофазной цепи с помощью ваттметра:

Ваттметры обычно используются для измерения мощности в цепях.Ваттметр в основном состоит из двух катушек, одна катушка называется токовой катушкой, а другая — катушкой давления или напряжения. Схематическое изображение ваттметра, подключенного для измерения мощности в однофазной цепи, показано на рис. 9.42.

Катушка, представленная с меньшим количеством витков между M и L, является токовой катушкой, которая переносит ток в нагрузке и имеет очень низкий импеданс. Катушка с большим количеством витков между общей клеммой (comn) и V — это катушка давления, которая подключена к нагрузке и имеет высокое сопротивление.

Напряжение нагрузки подается на катушку давления. Клемма M обозначает сторону сети, L обозначает сторону нагрузки, общий обозначает общую точку катушки тока и катушки давления, а V обозначает вторую клемму катушки давления, обычно выбираемую в соответствии с диапазоном напряжения нагрузки в цепи. Из рисунка видно, что ваттметр имеет четыре вывода, два для катушки тока и два для катушки потенциала. Когда ток течет через две катушки, они создают магнитные поля в космосе.

Электромагнитный момент создается взаимодействием двух магнитных полей. Под действием крутящего момента одна из катушек (которая подвижна) перемещается по калиброванной шкале против действия пружины. Мгновенный крутящий момент, создаваемый электромагнитным воздействием, пропорционален произведению мгновенных значений токов в двух катушках. Небольшой ток в катушке давления равен входному напряжению, деленному на полное сопротивление катушки давления. Инерция движущейся системы не позволяет ей отслеживать мгновенные колебания крутящего момента.

Таким образом, отклонение ваттметра пропорционально средней мощности (VI cos Φ), подаваемой в цепь. Иногда ваттметр, подключенный к цепи для измерения мощности, дает показания в меньшем масштабе или отклонение назад. Это связано с неправильным подключением катушки тока и катушки давления.

Для увеличения значения шкалы клемма, обозначенная как «Comn» катушки давления, подключается к одной из клемм катушки тока в однофазной цепи, как показано на рис.9,43. Обратите внимание, что соединение между клеммой катушки тока и клеммой катушки давления не является внутренним, а должно выполняться извне. Даже при правильном подключении иногда ваттметр будет давать пониженные показания всякий раз, когда фазовый угол между напряжением на катушке давления и током, протекающим через катушку источника тока, превышает 90 °. В таком случае подключение катушки тока или катушки давления необходимо поменять местами.

Учебное пособие по подключению

ваттметров — DIY Electrical Projects

Как подключить ваттметр к цепи?

В предыдущих постах мы обсуждали типы ваттметров, типичные ошибки при построении измерений и принцип работы.В этом посте мы обсудим подключения ваттметра.
Настоятельно рекомендуется прочитать следующие сообщения, прежде чем продолжить.

Как работает ваттметр?
Типы ваттметров
Погрешности показаний ваттметра

Ваттметр типа динамо-метр состоит из двух катушек, а именно: фиксированной катушки (катушка тока) и подвижной катушки (катушка давления).
Катушка тока подключена последовательно с нагрузкой, следовательно, по ней проходит ток цепи.
Катушка потенциала подключена к нагрузке, поэтому по ней проходит ток, пропорциональный напряжению.

Токовая катушка (CC):

• Катушка тока в ваттметре подключена вдоль цепи для передачи тока нагрузки.
• Две клеммы катушек тока обозначены как M и L.
• M обозначает главную сторону, а L обозначает сторону нагрузки.
• При подключении токовой катушки в цепь необходимо строго соблюдать эту последовательность.

Катушка давления (ПК):

• Катушка давления представляет собой катушку с высоким сопротивлением (добавлено внутреннее последовательное сопротивление).
• Он подключен к цепи нагрузки.
• Он пропускает ток, пропорциональный напряжению на его выводах.
• Клеммы катушки давления помечены как ± и V. В некоторых метрах обозначены как COM и V.
• Первый — это общий вывод, а второй — для указанного напряжения с маркировкой фактического напряжения как 115 В, 230 В или 440 В.
• Общий вывод катушки давления может быть подключен после или перед катушкой тока.
• На основе этого подключения существует два метода подключения ваттметров.
• Каждый метод подходит для одного конкретного случая. Эти два метода подключения ваттметра объясняются ниже;

Первый метод:

1. Катушка давления располагается перед катушкой тока, движущейся со стороны питания.
2. При этом способе подключения катушка давления считывает падение напряжения на нагрузке, а также небольшое падение тока в катушке.
3. Таким образом, измеренная мощность будет включать потерянную мощность в сопротивлении катушки тока. Это ошибка.
4. Таким образом, этот метод подключения подходит для цепей с небольшими токами нагрузки, и в этом случае падение напряжения в токовой катушке будет пренебрежимо малым.

Второй метод:

1. В этом методе катушка давления подключается к цепи нагрузки после катушки тока.
2. Теперь катушка давления считывает правильное напряжение, но катушка тока будет пропускать небольшой дополнительный ток, который потребляется катушкой давления.Это ошибка.
3. Этот метод подходит для цепей с большим током нагрузки.
4. По сравнению с большим током нагрузки, ток, потребляемый катушкой давления, незначителен.
5. Когда принят второй метод, компенсационная катушка используется последовательно с катушкой давления.
6. Компенсирующая катушка — это просто еще одна токовая катушка, подключенная в обратной последовательности. т.е. магнитные эффекты токовой катушки и компенсирующей катушки противоположны друг другу.Это сведет к нулю ошибку из-за тока катушки давления.

Спасибо, что прочитали … Пожалуйста, подпишитесь, чтобы получать новые сообщения на свой почтовый идентификатор …

Подробнее:
Учебное пособие по проводникам воздушной линии передачи
Типы амперметров, вольтметров Электрические инструменты
Методы улучшения коэффициента мощности
Учебное пособие по недостаткам низкого коэффициента мощности

Ваттметр

ВАТМЕТР

Электрическая мощность измеряется ваттметром.Этот инструмент относится к
электродинамический тип. Он состоит из пары фиксированных катушек, известных как токовые катушки, и
подвижная катушка, известная как потенциальная катушка. (См. Рис. 1-44.) Неподвижные катушки состоят из
несколько витков относительно большого проводника. Катушка потенциала состоит из множества витков.
тонкой проволоки. Он установлен на валу в подшипниках с драгоценными камнями, поэтому он может вращаться.
внутри неподвижных катушек. Подвижная катушка несет иглу, которая перемещается по подходящему
отмеченная шкала.Спиральные винтовые пружины удерживают иглу в нулевом положении.

Рисунок 1-44. — Упрощенная схема электродинамического ваттметра.

Токовая катушка (неподвижная катушка) ваттметра подключена последовательно с
цепь (нагрузка), а катушка потенциала (подвижная катушка) подключена через линию. Когда
линейный ток протекает через токовую катушку ваттметра, поле создается вокруг
катушка. Сила этого поля пропорциональна линейному току и находится в фазе с ним.Потенциальная катушка ваттметра обычно имеет высокоомный резистор, подключенный к
серия с ним. Это сделано для того, чтобы сделать цепь потенциальной катушки измерителя
как можно более чисто резистивный. В результате ток в потенциальной цепи равен
практически совпадают по фазе с линейным напряжением. Следовательно, когда напряжение подается на
Потенциальная цепь, ток пропорционален и синфазен с линейным напряжением.

Движущая сила ваттметра возникает от поля его токовой катушки и
поле его потенциальной катушки.Сила, действующая на подвижную катушку в любой момент (стремящаяся
чтобы повернуть его) пропорционально мгновенным значениям линейного тока и напряжения.

Ваттметр состоит из двух цепей, каждая из которых будет повреждена, если слишком
через них проходит ток. Этот факт следует особо подчеркнуть в случае
ваттметры, потому что показания прибора не говорят пользователю, что
катушки перегреваются. Если амперметр или вольтметр будут перегружены, указатель будет
индикация за верхней границей его шкалы.В ваттметре и ток, и
потенциальные цепи могут испытывать такую ​​перегрузку, что их изоляция горит, и
однако указатель может быть только частично вверх по шкале. Это потому, что позиция
указатель зависит от коэффициента мощности схемы, а также от напряжения и
Текущий. Таким образом, схема с низким коэффициентом мощности будет давать очень низкие показания ваттметра.
даже когда токовые и потенциальные цепи нагружены до максимально безопасного предела. Этот
рейтинг безопасности обычно указывается на лицевой стороне прибора.Ваттметр всегда
отчетливо измеряется не в ваттах, а в вольтах и ​​амперах. Рисунок 1-45 показывает правильный способ
для подключения ваттметра в различные схемы.

Рисунок 1-45. — Ваттметр, подключенный по разным цепям. ДВУХФАЗНАЯ СИСТЕМА

СЧЕТЧИК Ватт-часов

Счетчик ватт-часов — это прибор для измерения энергии. Поскольку энергия — это продукт
мощности и времени, счетчик ватт-часов должен учитывать оба этих фактора.

В принципе, счетчик ватт-часов представляет собой небольшой двигатель, мгновенная скорость которого равна
пропорционально проходящей через него POWER . Общее количество оборотов за данный момент времени
пропорциональны общему количеству ENERGY , или ватт-часов, потребленных за это время.
время.

При считывании циферблатов ватт-часа необходимо соблюдать следующие указания.
метр. В данном случае счетчик имеет четыре циферблата.

Стрелка на правом циферблате (рис. 1-46) показывает 1 киловатт-час, или 1000
ватт-часы на каждое деление циферблата.

Полный оборот стрелки на этом циферблате переместит стрелку на второй циферблат.
одно деление и зарегистрируйте 10 киловатт-часов, или 10 000 ватт-часов. Полная революция
стрелки второго циферблата переместит третью стрелку на одно деление и зарегистрирует 100
киловатт-часы или 100 000 ватт-часов и так далее.

Рисунок 1-46. — Счетчик ватт-часов.

Соответственно, вы должны читать стрелки слева направо и добавлять три нуля к
чтение самого нижнего циферблата для получения показаний счетчика в ватт-часах. Циферблат
руки всегда должны читаться как указывающие на цифру, которую они имеют ПОСЛЕДНИЙ ПРОЙДЕН ,
а не тот, к которому они приближаются.

Q.60 Зачем использовать приставной вольтаметр вместо мультиметра?
В.61 Какую электрическую величину измеряет ваттметр?
В.62 Какое количество электричества измеряется ваттметром?
Q.63 Какое количество отображается на ватт-часах на рис. 1-46?

Быстрый ответ: как использовать ваттметр

Как работает ваттметр?

Когда ваттметр подключен к цепи переменного тока, через катушку шунтирующего магнита протекает ток, который пропорционален напряжению питания, и последовательный магнит переносит ток нагрузки.Потоки, создаваемые двумя магнитами, индуцируют вихревые токи в алюминиевом диске под действием электромагнитной индукции.

Какова формула коэффициента мощности?

Находится умножением (кВА = V x A). Результат выражается в единицах кВА. PF выражает отношение истинной мощности, используемой в цепи, к полной мощности, подаваемой в цепь.

Почему мы используем метод двух ваттметров?

Использует. Метод двух ваттметров используется для определения полной мощности, полученной от трехфазной нагрузки, которая всегда постоянна, независимо от изменений фазной мощности, а также углового смещения.Таким образом, выходная мощность трехфазного двигателя также является постоянной на основании результатов указанного измерения.

Какой коэффициент мощности хороший?

Идеальный коэффициент мощности равен единице или единице. Значение меньше единицы означает, что для выполнения поставленной задачи требуется дополнительная мощность. Весь текущий поток вызывает потери как в системе подачи, так и в системе распределения. Нагрузка с коэффициентом мощности 1,0 обеспечивает наиболее эффективную загрузку источника питания.

Что такое метод двух ваттметров?

Метод двух ваттметров сокращает с шести до четырех количество входных каналов, необходимых для измерения мощности в трехфазной системе. С помощью этого метода вычисленные значения мощности для каждой пары линейное напряжение и фаза-нейтраль не совпадают по фазе или не сбалансированы, хотя общее значение трехфазной мощности является правильным.

От чего зависит, насколько переместится стрелка ваттметра?

Последовательные катушки измеряют ток, протекающий по цепи, параллельная катушка измеряет напряжение. Последовательный резистор ограничивает ток через подвижную катушку. Он расположен между двумя неподвижными катушками и прикреплен к стрелке индикатора.Магнитные поля во всех трех катушках влияют на движение стрелки.

Какие два типа ваттметров?

Типы ваттметров Амперметр. Техника, используемая в амперметре, лежит в основе большинства ваттметров. Цифровые ваттметры. Профессиональные ваттметры.

Что такое постоянная ваттметра?

Ваттметр используется для измерения мощности в любой момент (для определения мгновенного значения) в цепи. Ваттметр дает прямую индикацию средней мощности в цепи.

Одинаковы ли коэффициент добротности и коэффициент мощности?

Противоположность коэффициента мощности называется добротностью, или добротностью катушки, или ее добротностью.Q = 2π (максимальная запасенная энергия / энергия, рассеиваемая за цикл) в катушке. Как мы знаем, мощность в чистых емкостных и индуктивных цепях равна нулю. Таким образом, коэффициент мощности цепи также равен нулю.

Что такое киловатт?

The Kill A Watt (каламбур на киловаттах) — это устройство для измерения расхода электроэнергии, производимое Prodigit Electronics и продаваемое P3 International. Он измеряет энергию, потребляемую устройствами, подключенными непосредственно к счетчику, в отличие от индикаторов использования энергии в домашних условиях, которые отображают энергию, потребляемую всем домом.

Коэффициент мощности равен RZ?

Из векторной диаграммы импеданса переменного тока видно, что коэффициент мощности равен R / Z. Для чисто резистивной цепи переменного тока R = Z и коэффициент мощности = 1.

Почему мы используем ваттметр?

Ваттметр — это прибор для измерения активной электрической мощности (или средней скорости потока электрической энергии) в ваттах любой заданной цепи. Электромагнитные ваттметры используются для измерения полезной частоты и мощности звуковой частоты; другие типы требуются для радиочастотных измерений.

Как измеряется мощность PSIM?

Измерение коэффициента мощности PSIM содержит в своей библиотеке измеритель пФ. Его можно найти в Element → Other → Probes → VAR / pf meter. Вставьте этот элемент между источником переменного тока и выпрямителем.

Какой тип ваттметра?

Ваттметр — это электрический прибор, который используется для измерения электрической мощности различных электрических цепей. Он состоит из катушки тока и катушки напряжения. Ваттметры динамометрического типа представляют собой приборы с подвижной катушкой, и их рабочее поле создается другой неподвижной катушкой.

Сколько существует типов ваттметров?

Электростатический ваттметр подходит для высоковольтных цепей с низким коэффициентом мощности, таких как измерение диэлектрических потерь в конденсаторах. Они используются при измерениях очень малой мощности. Ваттметры индукционного типа и ваттметры с поворотной катушкой и прямым считыванием очень часто используются для измерения мощности.

Как преобразовать напряжение в ток?

Формула для преобразования вольт в амперы при фиксированной мощности: ампер = ватт / вольт.

Как вы рассчитываете ватт в час?

Чтобы получить количество кВтч, просто умножьте количество кВт на количество часов, в течение которых прибор используется. Например, устройство мощностью 1500 Вт, работающее 2,5 часа: 1500 ÷ 1000 = 1,5. Это 1,5 кВт.

Что означает PSIM?

Управление информацией физической безопасности (PSIM) — это категория программного обеспечения, которое предназначено для интеграции нескольких несвязанных приложений безопасности, обеспечения автоматизации рабочих процессов и процессов и обеспечения контроля над устройствами с помощью унифицированного взаимодействия с пользователем.

Что такое модель Simulink?

Simulink — это графическое расширение MATLAB для моделирования и симуляции систем. Одним из основных преимуществ Simulink является возможность моделировать нелинейную систему, чего не может сделать передаточная функция. Еще одно преимущество Simulink — это возможность принимать начальные условия.

Что такое штекерный измеритель мощности?

Измеритель вилки питания находится между розеткой и отдельным устройством и показывает, сколько энергии (нагрузки) потребляет подключенное устройство в данный момент. Он может отслеживать потребление энергии во время подключенного сеанса и рассчитывать киловатты и доллары в день, неделю, месяц или год.

Может ли коэффициент мощности быть больше 1?

Коэффициент мощности, равный 1, означает, что нагрузка является чисто резистивной, а мощность потребляется на 100%. Если имеется реактивная нагрузка (индуктивная или емкостная), коэффициент мощности меньше 1, что означает потери мощности. Вы не можете потреблять больше, чем генерируется, поэтому PF никогда не может быть больше 1.

Project 189

Project 189

Авторские права © Май 2019, Род Эллиотт

Введение

Аудиоваттметр обычно не особо востребован, так как большинство людей достаточно счастливы, чтобы оценить мощность на основе приложенного напряжения и номинального импеданса динамика. В большинстве случаев это действительно все, что вам нужно, но иногда вам может потребоваться узнать фактическую мощность, потому что импеданс громкоговорителя вряд ли является плоским и сильно зависит от частоты.

Для одного драйвера вы можете просто измерить сопротивление звуковой катушки постоянному току, а затем измерить среднеквадратичный ток, подаваемый на динамик. Мощность определяется по стандартной формуле P = I² × R, где R — сопротивление звуковой катушки постоянному току. Это работает, потому что подавляющая часть мощности, подаваемой на любой динамик, просто преобразуется в тепло, и большая часть этого тепла рассеивается в звуковой катушке.Есть некоторые дополнительные безреактивные потери, но они сравнительно небольшие. Обычно вы можете рассчитывать получить в пределах 5% от фактической мощности с помощью этой техники.

Однако, когда задействована акустическая система , система , этот простой прием не сработает. Это может быть близко, но есть слишком много других вещей, которые могут вызвать ошибки. Главной из них является кроссоверная сеть, которая делает определение резистивных потерь где-то между трудным и невозможным. Хотя описанный выше метод (вероятно) не будет слишком далеким от истины, потери в подвеске динамиков и кроссоверной сети нелегко компенсировать.Тем не менее, это, безусловно, самый простой способ получить репрезентативное измерение без особых проблем. Конечный результат обычно будет ближе к фактической мощности, чем вы получите, используя среднеквадратичное значение напряжения и номинальное сопротивление.

Хотя ваттметр может быть построен с использованием PIC (или другого микроконтроллера), АЦП (аналого-цифровые преобразователи) должны быть не менее 14-битными, иначе точность будет сильно нарушена. Наиболее распространенные PIC недостаточно быстры, чтобы обрабатывать полнодиапазонный аудиосигнал (минимум 41.Требуется выборка 1 кГц, для и аналоговых входов), и когда это объединено с кодом, необходимым для расчета мгновенной мощности, вы, вероятно, обнаружите, что вам нужно что-то намного более быстрое, чем обычно доступно. Я не собираюсь пытаться это делать, поэтому, если вы этого хотите, вам придется поискать в другом месте.

Вы также увидите бесчисленное количество «ваттметров» в сети, но подавляющее большинство из них — всего лишь вольтметры. Они показывают только напряжение , подаваемое на динамик, но, хотя они могут показывать калибровку в ваттах, это просто оценка, основанная на напряжении и номинальном сопротивлении динамика.Сюда входит ESP Project 180, который измеряет только пиковое напряжение и отображает только «номинальные» ватты. Проект можно охарактеризовать как «конфетка для глаз» — он выглядит красиво и при правильной настройке сообщит вам, что усилитель ограничивает мощность, но он измеряет мощность , а не .

Хотя они не особенно распространены, вы можете купить настоящий ваттметр, хотя и с ограниченным частотным диапазоном и множеством функций, которые вы не будете использовать (по крайней мере, при любых измерениях звука). Тот, на который я смотрел, продается за жалкие 1276 австралийских долларов, и это вариант для людей, у которых есть глубокие карманы (с кучей денег в нем) или где требуется сертифицированное измерение. Описанный здесь счетчик даже не пытается конкурировать, потому что по большей части он не актуален.

При условии, что вы можете обойтись стоимостью аналогового умножителя IC (около 20 долларов за штуку), этот проект интересен. Я построил основы и убедился, что он работает, как ожидалось, и результаты интересны. Более того, это отличный инструмент для обучения, и его можно использовать для измерения мощности, потребляемой всем, что работает от сети переменного тока. Хотя он может быть адаптирован для измерения мощности сети, это абсолютно не рекомендуется .Он будет работать, но риск для жизни просто слишком велик, а ваттметры переменного тока в сети можно получить за очень небольшую плату на ebay и т.п. (см. Проект 172, если вы хотите измерить мощность сети).

Измерение мощности

Настоящих измерителей мощности, предназначенных для работы со звуком, очень мало. В первую очередь это связано с минимальным спросом — в основном людей не волнует реальная мощность, а только ее значение, определяемое приложенным напряжением и номинальным сопротивлением. Вы не можете просто измерить среднеквадратичное значение напряжения и тока и умножить их вместе, потому что это дает показатель ВА (вольт × ампер), который в электротехнике известен как «кажущаяся мощность».Это то, что должен обеспечивать усилитель, но громкоговорители являются реактивной нагрузкой и объединяют сопротивление, емкость и индуктивность для создания полного сопротивления. Как многие люди увидят, импеданс широко варьируется в диапазоне рабочих частот. Реактивные нагрузки вызывают сдвиг фазы тока относительно напряжения (обычно до ± 45 °, иногда больше).

Чисто реактивная нагрузка (без сопротивления) потребляет ток от источника, но не рассеивает мощность. Это применимо к конденсаторам, но индукторы всегда имеют некоторое последовательное сопротивление и всегда рассеивают некоторую мощность.В отличие от электрической цепи, которая работает на одной частоте, громкоговоритель подвергается воздействию постоянно меняющейся частоты (или частот), потому что это сама природа звука. Следовательно, сложно (но на самом деле невозможно) заставить громкоговоритель работать как чисто резистивная нагрузка. Дополнительная схема (катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы) в конечном итоге потребляет значительную мощность, но не влияет на работу самих драйверов. В некоторых случаях (например, в настроенном корпусе) существуют дополнительные реактивные элементы, создаваемые портом настройки, воздушной массой (индуктивностью), а захваченный воздух обеспечивает конусную нагрузку и «упругость» (емкость).

Коррекция импеданса важна вблизи частоты кроссовера, чтобы гарантировать, что частота (или частоты) кроссовера не будет подвергаться неблагоприятному влиянию изменяющегося импеданса драйверов на (или около) частоты кроссовера. Эти сети неизменно потребляют некоторую мощность, но это не всегда легко рассчитать. Во многом это связано с постоянно меняющейся частотой и амплитудой любого звукового сигнала. Сочетание всех этих факторов очень затрудняет точное измерение мощности.

Рисунок 1 — Имитация акустической системы

Схема выше показывает акустическую систему, состоящую из низкочастотного динамика, высокочастотного динамика и основного кроссовера 12 дБ / октаву.Не было предпринято никаких попыток оптимизировать что-либо, кроме коррекции импеданса вуфера (6,8 Ом и 22 мкФ), отсутствует схема коррекции импеданса твитера, и это просто пример. График импеданса показан ниже, и мы можем поэкспериментировать с основными расчетами. Динамик имеет номинальный импеданс 8 Ом, что означает только то, что это среднее сопротивление , измеренное во всем частотном диапазоне. Фактическое сопротивление варьируется от минимального 5,56 Ом (при 270 Гц) до максимального 44 Ом при резонансе низкочастотного динамика.Импеданс является резистивным (в основном) на двух частотах — 47 Гц (резонанс низкочастотного динамика) и 270 Гц, хотя в диапазоне от 1 кГц до 3,6 кГц он сносно резистивный. Совершенно очевидно, что при резонансе на низкочастотный динамик подается лишь небольшая мощность (11 Вт при входном напряжении 22 В при 47 Гц).

Рисунок 2 — Имитация импеданса динамика

Если входное напряжение настроено как шумовой сигнал с номинальным выходным значением 22 В RMS, мы можем проверить три метода расчета мощности. Если использовать 20.7 В в качестве эталона (фактическое напряжение шума от симулятора), мощность составляет 53,6 Вт. Среднеквадратичный ток, потребляемый системой, составил 2,54 А, что дает мощность 51,6 Вт. Симулятор сообщает мне, что фактическая мощность составляет чуть более 49 Вт, поэтому два других метода довольно переоценили истинную мощность. Если мы умножим среднеквадратичное значение напряжения и среднеквадратичное значение тока, получится 52,6 Вт (на самом деле ВА, вольт-амперы), что также является ошибкой. Общая погрешность составляет около 7%, что не совсем точное измерение.Вы можете видеть, что измерение среднеквадратичного тока дает наиболее близкую к реальной мощности, и во многих случаях этого будет «достаточно хорошо». Обратите внимание, что непрерывные измерения мощности с использованием напряжения или тока надежно работают только при малой мощности. При высокой мощности звуковая катушка нагревается, ее сопротивление увеличивается, а мощность уменьшается.

Настоящая проблема здесь в том, «кого это волнует?». В большинстве случаев мы этого не делаем, но если вы действительно хотите получить лучший результат, вам нужно читать дальше. Имейте в виду, что этот пример может быть либо намного лучше, либо намного хуже, чем реальная система, поэтому, если у вас нет средств для расчета истинной мощности , вы никогда не узнаете, ошиблись ли ваши базовые измерения или нет.

На самом деле, поскольку громкоговорители используются с непредсказуемыми уровнями и с материалом, точные измерения обычно не важны. Однако есть много людей, которые действительно или хотят знать правильный ответ, и возможность измерить истинную мощность, безусловно, поможет количественно оценить реальную чувствительность динамика или системы. Это также позволяет вам оценить степень сжатия мощности, не требуя точных измерений SPL (уровня звукового давления). Тем не менее, тестируемый динамик по-прежнему будет издавать много шума, поэтому звукоизоляционная камера может быть хорошей идеей.

Измеритель мощности

Первые счетчики электроэнергии работали по тому же принципу, что и счетчики электроэнергии старого образца, которые использовались в блоке предохранителей на открытом воздухе. В них использовались две катушки с проволокой — одна с толстым проводом (и несколькими витками) для контроля тока, а другая с тонким проводом (и множеством витков) для измерения напряжения. Две катушки были (расположены) расположены таким образом, что мощность (не ВА) заставляла алюминиевый диск вращаться, причем скорость вращения определялась используемой мощностью.Затем были запущены шестерни с указателями, показывающими общий расход.

Аналогичное расположение использовалось в измерителях мощности, в которых вместо алюминиевого диска использовалась стрелка, а шкала измерителя показывала мгновенную потребляемую мощность. Хотя это были произведения искусства ^[1] , их частотная характеристика была ограничена примерно 1 кГц в качестве верхнего предела. В отличие от счетчиков кВтч, они также могут измерять мощность постоянного тока. К сожалению, если вы найдете один из этих счетчиков в продаже, он почти наверняка будет очень дорогим, поскольку теперь они являются предметами коллекционирования и требуют более высокой цены.

Измерение истинной мощности (в отличие от ВА) определяется путем непрерывного умножения мгновенного значения напряжения и тока. Это можно сделать в цифровом виде, но для обеспечения аналогового выходного сигнала требуются АЦП (аналого-цифровые преобразователи) и ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь). В качестве альтернативы весь процесс может быть выполнен с использованием микроконтроллера или PIC для обеспечения цифрового считывания. Это включает в себя значительный объем программирования, и программист все равно должен гарантировать, что входящие напряжение и ток измеряются точно и масштабируются, чтобы они не перегружали АЦП или не вызывали ошибки «вне диапазона» во время вычислений.

ИС аналогового умножителя все еще легко доступны, но они дорогие ИС по сравнению с большинством операционных усилителей и других ИС, используемых в аудио. Множитель вполне способен на нужную математику, а формула работы рекомендованного умножителя AD633 составляет …

Vout = (X1 — X2) × (Y1 — Y2) / 10

Итак, напряжение X, равное (скажем) 5 В (мгновенное значение) и напряжение Y, равное 4 В, дадут выходной сигнал 2 В. Конфигурация выводов AD633 показана ниже, и для наших целей входы X2 и Y2 заземлены, поэтому в приведенной выше формуле вычитать нечего.Результат основан на мгновенных значениях напряжения и тока, поэтому фазовые углы приспособлены для получения «истинной» мощности, а не вольт-ампер.

Рисунок 3 — Контакты AD633JN и внутренние функции

AD633 — это 4-квадрантный умножитель, что означает, что и вход, и выход могут быть как положительными, так и отрицательными. Это абсолютное требование, поэтому нельзя использовать «меньшие» множители (например, двухквадрантные типы). Не то чтобы их еще много, и даже AD633 — дорогая микросхема, которая продается по цене около 22 австралийских долларов. 00 каждый. Есть и другие в наличии, но все они на намного дороже на !

Для того, что нам нужно, выводы X2 и Y2 заземлены, как и вывод Z (который можно использовать в конечной схеме для обнуления любого остаточного смещения). Отдельные входы (X и Y) могут быть обнулены с помощью , а не , заземляющего контакты X2 и Y2, а с помощью многооборотных подстроечных резисторов для обнуления любого смещения постоянного тока, которое может присутствовать. Вывод с маркировкой «W» является выходом. Обратите внимание, что существует несколько вариантов базового AD633, и не все имеют одинаковые распиновки.Помните об этом, если вы используете что-то другое, кроме версии «JN». Существует также версия AN, но она рассчитана на гораздо более широкий диапазон температур и обычно значительно дороже.

Тот факт, что AD633 представляет собой 4-квадрантный умножитель, важен, потому что, когда сигнал имеет напряжение и ток не в фазе, напряжение может быть положительным, а ток — отрицательным (и наоборот), и это именно то, что реактивная цепь (например, громкоговоритель) будет производить на разных частотах. Выход умножителя усредняется (с использованием интегрирующей схемы), и при измерении динамика результат (выходной сигнал умножителя) всегда будет положительным. Если вы измеряете выход усилителя (источника), результат всегда будет (или должен быть) отрицательным , потому что это источник энергии, а не прием энергии. Вы также можете измерить отрицательную мощность, если трансформатор тока не в фазе, поэтому просто поменяйте полярность первичной обмотки или на противоположную.

Разница между мощностью источника и потребляемой мощностью невелика, и идея здесь состоит в том, чтобы определить мощность, потребляемую динамиком, поэтому мы ожидаем общего положительного результата. Перед интеграцией напряжение будет отрицательным на некоторых участках сигнала, потому что динамик возвращает мощность усилителю. Этот довольно маловероятный сценарий связан с реактивной природой громкоговорителя и является ключом к получению «истинного» измерения мощности. Этого не происходит с резистивной нагрузкой.

AD633 может принимать пиковое значение на любом входе ± 10 В (7 В RMS для синусоиды), и важно, чтобы это значение не превышалось. Поскольку микросхема внутренне делит выход на 10, если на оба входа подается 10 В, на выходе будет 10 В (100/10). Интересно, что входы Y более точны, чем входы X, но это не должно нас сильно беспокоить. Однако имеет смысл использовать вход Y1 для тока, поскольку его лучшая точность позволяет точно измерить нижний уровень выходного тока.

Рисунок 4 — Принцип работы умножающего ваттметра

Базовая компоновка показана выше. Ток контролируется входом Y1 (через трансформатор тока), а напряжение — входом X1. Выходное напряжение является мерой мгновенной мощности в любой момент времени, и результат усредняется простым интегратором. Если вы предпочитаете использовать резистор (например, 0,1 Ом, минимум 5 Вт) для контроля тока, это также возможно, но не показано выше для ясности.Он просто подключается последовательно с выходом (относительно земли), и напряжение на нем будет таким же, как у трансформатора тока. Пиковый ток слишком пессимистичен, и в последней схеме он ограничен пиковым значением 10 А (но это можно легко изменить).

Из-за природы аудиосигнала максимальный входной уровень умножителя ограничен примерно 2 В RMS для напряжения или тока. Это соответствует пиковому значению около 6-7 В для материала с «типичным» отношением пикового значения к среднему 10 дБ.Вход напряжения легко организовать с помощью простого делителя напряжения, но для контроля тока мы должны использовать либо резистивный шунт (обычно 0,1 Ом), либо трансформатор тока 1000: 1, как показано выше. Оба будут производить выходное напряжение 100 мВ / А, поэтому, если динамик потребляет 5 А, выходной ток считывания будет 500 мВ. Вы можете задаться вопросом, предпочитаю ли я быть трансформатором тока. Они идеальны, потому что не создают значительного сопротивления в линии громкоговорителей и практически не рассеивают мощность.Резистор не только снижает напряжение (хотя и немного), но и сам рассеивает мощность.

На самом деле это, наверное, не имеет большого значения. Ожидать, что мощность широкополосного звука будет лучше, чем 5%, нереально, потому что она настолько изменчива по самой своей природе. Измерения шума ничем не отличаются, а у розового шума примерно такое же отношение пикового к среднему, что и у большинства музыкальных произведений, хотя, конечно, оно может меняться в зависимости от конкретного типа музыки. Кроме того, существуют пределы точности, которые можно ожидать от любого широкополосного сигнала.Хотя теория подсказывает, что множитель даст правильный ответ, из этого не обязательно следует, что практическое применение будет точным. Даже моделирование с «идеальным» множителем (настроенным как «нелинейная передаточная функция») не всегда дает правильный ответ. «Идеальные» результаты обычно возможны с одной синусоидой, но случайный шум (отфильтрованный или иным образом) приближает вас, но он не точен (есть типичный вариант 1-2 Вт для нагрузки 40 Вт). Нельзя ожидать, что аппаратное решение будет лучше, но можно ожидать, что будет хуже.

Процесс усложняется тем, что нет простого способа откалибровать систему. Резистивная нагрузка может дать точное значение, но как только используется сложная нагрузка (т.е. реактивная), больше не существует эталона, обеспечивающего точность калибровки во всем частотном диапазоне. «Идеальный» множитель (в симуляторе SIMetrix) дает идеальный результат с резистивной нагрузкой, а почти идеален с реактивной нагрузкой, но с одной частотой. Когда вместо него используется случайный шумовой сигнал, все может немного развалиться, даже после того, как он был отфильтрован для удаления самых высоких частот.

Диапазон измерения

Это на самом деле сложнее, чем кажется. При стандартной чувствительности по напряжению и току, полученной из концептуальной схемы, показанной на рисунке 4, выходной уровень составляет всего 1 мВ / Вт. Это затрудняет получение точных показаний при низкой мощности, потому что неизбежно будет некоторое смещение от микросхемы умножителя (хотя мой тестовый образец показывает, что он очень маленький). Даже при максимальной мощности, которая может обрабатываться с помощью этого устройства (70 В и 70 А RMS — допускается трансформатор тока), если используется музыкальный или шумовой сигнал, вы ограничены напряжением около 22 В RMS, что обеспечивает соотношение пиковое / среднее 10 дБ. (10 дБ).В нагрузке 4 Ом получается ток 5,5 А (в зависимости от номинального импеданса), что дает входной ток 550 мВ после трансформатора тока. Это не может быть усилено на 10, так как это вызовет перегрузку токового входа. Реальность иная, потому что ток, протекающий вблизи резонанса, низкий, что снижает общий ток, но пики все еще слишком высоки.

Создать диапазоны, которые имеют смысл и не требуют калькулятора, непросто. Нам нужно избегать очень низких напряжений, потому что даже небольшое смещение вызовет ошибки, но пиковое напряжение на любом входе умножителя никогда не может превышать 10 В, что является расчетным пределом IC.Единственное, что мы можем сделать, — это убедиться, что входы умножителя имеют очень низкий импеданс, потому что AD633 имеет (в худшем случае) входной ток 2 мкА (200 мкВ при 10 кОм). Диапазоны по умолчанию приемлемы только в том случае, если смещение постоянного тока на умножителе может быть ниже 1 мВ («ошибка» 1 Вт).

К настоящему времени вы должны увидеть, что общая концепция не так проста, как хотелось бы, и самая низкая непрерывная средняя мощность, которую мы можем надежно измерить, будет около 10 Вт (с ошибкой в ​​худшем случае до 10%).Это означает, что громкоговорители мощностью менее 100 Вт при сопротивлении 4 Ом становятся проблемой. Высокий диапазон чувствительности может выдавать 100 мВ / Вт, поэтому может работать с маломощными динамиками с пиковой мощностью не более 10 Вт (в среднем около 1 Вт с музыкой). Также возможен большой диапазон, позволяющий проводить измерения на основе выходного сигнала 1 мВ / Вт, который может выдерживать пиковую мощность 1 кВт.

Как показано ниже, диапазоны составляют 1 мВ / Вт (высокий), 10 мВ / Вт (средний) и 100 мВ / Вт (низкий). Можно включить очень высокий диапазон (Макс!) С 0.1 мВ / Вт (100 мкВ / Вт), но польза от этого, вероятно, будет довольно ограниченной. Он показан в таблице ниже, но это , а не , включенный в принципиальную схему. Включенные мной диапазоны показаны без звездочки (*). На схеме ниже используются диапазоны, показанные светло-желтым цветом. Наиболее полезным диапазоном для большинства усилителей будет «Средний» — до 70 В RMS при до 7 A RMS (синусоида).

Таблица 1 — Диапазоны ваттметров (* — см. Текст)

Средняя мощность основана на сигнале с отношением пиковой к средней 10 дБ.Если вы проводите тестирование с шумом (обычно розовым шумом), пиковая амплитуда должна быть подрезана стабилитронами или каким-либо другим способом, чтобы гарантировать, что отношение пикового к среднему не превышает 10 дБ (разница напряжений 3,16: 1, пиковое значение к среднеквадратичному значению). ). Если вы этого не сделаете, существует риск того, что пиковое значение множителя будет превышено, что приведет к ошибочным результатам. Без каких-либо ограничений, шумовой сигнал может иметь отношение пикового значения к среднему до 15 дБ, при этом статистическая вероятность некоторых пиков превышает это значение.

На самом деле, пиковый ток ограничен чуть менее 100 А, в зависимости от трансформатора тока. Я тестировал ТТ от 5А до 20А (до 30 Гц), и все было хорошо, но это то, что вы должны проверить, прежде чем решите поверить результатам. Диапазон 10 кВт просто не будет — ни один известный усилитель не может обеспечить 700 В RMS (пиковое значение 1 кВ), и даже если бы это было так, минимальная нагрузка составила бы 7 Ом. Тем не менее, высокий диапазон позволяет измерять средней мощности до 500 Вт на 4 или 8 Ом.

В то время как промежуточные диапазоны легко получить с помощью соответствующих значений аттенюатора и усиления, считывание напряжения становится бессмысленным, если намерение состоит в том, чтобы использовать цифровой мультиметр для считывания мощности. Большинство людей сразу заметят, что в диапазоне 10 мВ / Вт средний выход 2 В (например) соответствует 200 Вт, или что 50 мВ в диапазоне 1 мВ / Вт составляет 500 Вт. Если используются «нечетные» коэффициенты умножения, тогда простая ментальная арифметика не работает так хорошо для большинства людей. Хотя этого можно избежать, используя измеритель с подвижной катушкой со шкалами (скажем) 0–3 и 0–10 (т.е.е. разделены на 10 дБ), я не думаю, что это заинтересует большинство конструкторов.

Описание проекта

Разобравшись с основной теорией расчета мощности, мы можем увидеть, как это преобразуется в схему, которую можно использовать. Выходом может быть измеритель с подвижной катушкой с чувствительностью не менее 1 мА для FSD (полное отклонение шкалы), и если вы это сделаете, после интегратора необходим буфер. В противном случае вы можете использовать мультиметр для измерения выходного напряжения.На самом деле нам не нужно использовать умножитель IC, поскольку его можно построить, используя логарифмические усилители (операционный усилитель с транзистором, подключенным для обеспечения логарифмического вывода). Однако для того, чтобы это работало, транзисторы должны быть в едином корпусе (массив транзисторов), чтобы гарантировать точное согласование характеристик транзистора и обеспечить тепловую связь. Они доступны, но обычно по значительной цене, и вы никогда не получите точности, доступной от ИС умножителя.

Диапазоны напряжения просты, так как для получения требуемых диапазонов требуется только переключаемый аттенюатор.В идеале измерения должны расширяться до 100 В RMS (141 В пиковое, 1,25 кВт на 8 Ом), но большинству конструкторов не нужно заходить так далеко. Для тока самый высокий полезный диапазон составляет 25 А (среднеквадратичное значение) (чуть выше пикового значения 35 А), но 50 А (пиковое значение) не так уж и глупо и, вероятно, является максимальным значением, необходимым на практике. Резистор 100 мОм подойдет, но если вы проведете тест синусоидального сигнала с выходным током 25 А, резистор будет рассеивать более 62 Вт. Это явно недопустимо.

Как уже отмечалось, я предпочитаю использовать трансформатор тока (ТТ).Хотя некоторые могут посчитать их « архаичными » (т. Е. Старой технологией), сегодня они так же полезны, как и когда-либо, и их производительность намного лучше, чем думает большинство людей. Я тестировал ТТ 5А до 20А без признаков искажения, а частотная характеристика простирается от 30 Гц до более 20 кГц … плоская . Здесь нет ± 3дБ, это полная выходная характеристика. Если вы хотите узнать больше об этих недооцененных и неправильно понятых компонентах, см. Раздел 17 «Трансформаторы», часть 2, где подробно объясняется их использование. Ключом к правильному использованию трансформаторов тока является нагрузочный резистор, который преобразует выходной ток в напряжение. Текущий рейтинг трансформатора тока важен для поддержания наилучшей линейности, и для этого проекта я предлагаю устройство 1000: 1 5A. Их можно приобрести у большинства крупных поставщиков не более чем по цене около 4 австралийских долларов каждый.

Трансформатор тока, который я использовал, тот же, что показан в проекте 139A, и является AC-1005. Подходящие трансформаторы тока также доступны на ebay, и их стоит приобрести, потому что они очень полезны.Несмотря на то, что он рассчитан на 5 А, вы можете ожидать хорошей линейности как минимум от 20 А (среднеквадратичное значение) до 40 Гц или около того. Поскольку это составляет до 1,6 кВт на 4 Ом, маловероятно, что он будет обнаружен каким-либо образом. Если вы используете более крупный трансформатор тока, соотношение , а не будет равно 1000: 1, и вам придется изменить коэффициент усиления U1B на рисунке 5, чтобы вернуться к 100 мВ / A. Например, трансформатор 500: 1 будет требуется усиление 2 и 20 для среднего и низкого диапазонов соответственно.

Для дальнейшего улучшения линейности выходной ток может быть получен с помощью «трансимпедансного» усилителя — преобразователя тока в напряжение.Однако никакие обычные операционные усилители не могут справиться с резистором обратной связи, который необходим для условия единичного усиления, и простой нагрузочный резистор на 100 Ом является лучшим вариантом. Выходной ток ТТ составляет 1 мА / А, поэтому на выходе 20 А выходной ток составляет 20 мА. Нагрузочный резистор 100 Ом преобразует его в напряжение 2,0 В. Входное напряжение получается от простого переключаемого делителя напряжения. Определить наиболее подходящие диапазоны непросто, и в идеале выходная мощность должна быть разумной, с выходной мощностью не менее 1 мВ / Вт.Это означает, что при (скажем) 50 Вт в динамик на выходе будет 50 мВ, что легко измерить с помощью мультиметра.

При максимальной расчетной входной мощности, установленной на 1200 Вт, выходная мощность будет 1,2 В постоянного тока, но выходная мощность может достигать 10 В (10 кВт!), Что вряд ли может быть измерено на практике. Фактически, необходимо использовать только один диапазон, который допускает пиковое значение 100 В и пиковое значение 100 А. Пиковый ток не будет использоваться, так как он представляет собой нагрузку в 1 Ом, которую могут выдержать некоторые усилители. Подавляющее большинство измерений будет при среднеквадратичном напряжении менее 50 В и до 12 В.5A RMS (625 Вт на резистивную нагрузку). Хотя заманчиво использование одного диапазона, включение трех предложенных диапазонов имеет смысл для тестирования усилителей (и динамиков) большего и меньшего размера. «Низкий» диапазон позволяет проводить репрезентативные измерения при более низкой мощности, а результаты могут быть экстраполированы на фактическую мощность, которая будет использоваться. Затем диапазон «Средний» позволяет измерить компрессию мощности (снижение эффективности динамика при нагревании звуковой катушки). Обычно это делается акустически, но также можно использовать ваттметр — вы сможете измерить потери мощности при нагревании звуковой катушки.

В любом диапазоне вы не можете превысить максимальное пиковое значение на входе умножителя, поэтому стоит включить детектор перегрузки. Это предупредит вас о перенапряжении или перегрузке по току, при любом из которых показания будут неточными. Хотя это, очевидно, усложняет схему ваттметра, без него вы могли бы блаженно не осознавать, что возникла проблема, что приведет к ошибочным результатам. ИМО, было бы глупо не включать это, поскольку это предназначено как инструмент тестирования и должно быть как можно более точным.

Рисунок 5 — Схема ваттметра

Сам по себе ваттметр не представляет особой сложности. В диапазонах используются отдельные переключатели SPST для изменения диапазонов напряжения и / или тока на более высокую чувствительность. Для каждого переключателя верхнее значение соответствует разомкнутому переключателю, а нижнее значение — замкнутому переключателю. Также есть переключатель «быстро / медленно», который изменяет время интеграции. Обратите внимание на четыре стабилитрона (12 В, 400 мВт или 1 Вт), которые защищают схему от перенапряжения или перегрузки по току. Серьезное перенапряжение, вероятно, вызовет дымку R2 и R3 (это может произойти, если переключатель 10 В / 100 В находится в положении 10 В и подается высокое напряжение). Резисторы дешевы, и при разумной эксплуатации этого все равно не произойдет. Индикатор перегрузки предупредит вас о любом повреждении.

Для тех, кто думает, что им нужен «Макс!» При допустимой мощности нагрузочный резистор ТТ (R4) изменен на 10 Ом, а R1 необходимо увеличить до 200 кОм (ошибка 1%, но это вряд ли будет важно при таких высоких уровнях мощности).При желании вы можете изготовить резистор 198 кОм, используя резистор 20 МОм параллельно с резистором 200 кОм. Польза от этого в лучшем случае сомнительна, так как в основном я ожидаю, что в любом случае будут использоваться резисторы 1%.

Имеется два выхода: один мгновенный (Inst.), Чтобы можно было наблюдать пиковую мощность на осциллографе, а другой — усредненный (Avg.), Чтобы его можно было отобразить на измерителе. Мгновенный выходной сигнал интересен тем, что он показывает пиковую мощность, в то время как среднее значение (естественно) является средней мощностью за более длительный период времени. Оба они полезны, и возможность видеть их стоит минимальных затрат на дополнительный выходной разъем.

Возможно, вы заметили, что для нулевого смещения не предусмотрено показанное положение. В построенной мной тестовой схеме я измерил смещение на 0,7 мВ, что для большинства измерений несущественно. Если вы действительно хотите удалить остаточное напряжение постоянного тока, достаточно просто подать очень маленькое корректирующее напряжение на контакт 5 (вход «Z»). Вам, вероятно, понадобится не более ± 2 мВ или около того, и это легко сделать с помощью потенциометра 10 кОм между + 15 В и -15 В.Контакт 5 возвращается на землю с резистором 10 Ом, а стеклоочиститель потенциометра подключается к резистору 10 Ом через резистор 39 кОм. Это позволяет корректировать смещение ± 3,8 мВ, чего должно быть более чем достаточно. Хотя схема обладает разумной точностью, на самом деле это не основная цель. Это больше касается понимания взаимосвязи между напряжением, током и мощностью с реактивной нагрузкой.

Одна вещь, которая может случиться легко, — это то, что вы получите отрицательный результат, а не ожидаемый положительный результат.Если это произойдет, просто поменяйте местами подключения трансформатора тока (первичного или вторичного, но не обоих). Это изменит полярность и станет правильным. Вероятность того, что у вас все получится с первого раза, составляет 50:50.

Соединения постоянного тока с U1A и U1B не показаны для ясности. Контакт 8 — +15 В, контакт 4 — -15 В. Операционный усилитель и умножитель должны быть соединены конденсаторами емкостью 100 нФ от каждого источника питания к земле. Вход напряжения защищен резистором 2 кОм (R3, который при желании может быть увеличен до 10 кОм для лучшей защиты) и пары стабилитронов на землю.Для токового входа строго не требуется защита, потому что ни один известный усилитель не может обеспечить достаточный ток, чтобы вызвать перегрузку (пик 100 А или 4,9 кВт на 1 Ом!), Но операционный усилитель по-прежнему защищен другой парой стабилитронов на 12 В. Обратите внимание на два выхода перегрузки (I O / L и V O / L). Они подключаются к детекторам перегрузки, показанным ниже.

Рисунок 6 — Детекторы перегрузки (требуется два)

Датчики перегрузки рассчитаны на работу при напряжении около 10 В. Фактическая цифра — 9.1 В, но возможны небольшие отклонения, так как он зависит от напряжения питания ± 15 В. Однако небольшие вариации не должны вызывать никаких проблем, потому что имеется достаточно буфера, чтобы гарантировать, что перегрузка будет обнаружена. Используются два сдвоенных операционных усилителя LM358, они дешевы, как микросхемы, и идеально подходят для этой цели. Вам нужно два, один для напряжения, а другой для тока. Хотя их можно комбинировать, вы не узнаете, какой раздел перегружен, что будет довольно неприятно. Стоимость невелика, и их всегда можно «переключить» на Project 146, если вы решите, что измеритель мощности не стоит усилий.

Обратите внимание, что для индикаторов перегрузки нет развязки, чтобы скачки напряжения не влияли на умножитель. В этом нет необходимости, потому что светодиоды перегрузки никогда не должны загораться во время теста. Если они это сделают, точность в любом случае ухудшится, поэтому небольшой шум питания не имеет значения. В отличие от усилителя мощности или микшерного пульта, кратковременное ограничение не допускается

Рисунок 7 — Фильтр нижних частот 22 кГц

Одна небольшая проблема с аналоговыми умножителями заключается в том, что они относительно шумные.Выходной шум можно минимизировать, включив фильтр с частотой -3 дБ около 22 кГц. Показанная схема представляет собой оптимизированную конструкцию для заказа 4 ^-й для необходимого диапазона частот и только на 1,2 дБ ниже на 20 кГц. На частоте 13 кГц наблюдается очень маленький пик (менее 0,1 дБ), который не оказывает существенного влияния на показания. Максимальный спад составляет 24 дБ / октаву, при измеренной частоте -3 дБ чуть менее 23 кГц. Все значения находятся в наиболее распространенном диапазоне E12 (12 значений на декаду), поэтому нет необходимости в нечетных значениях. Конечно, можно добиться именно 22 кГц с «правильными» значениями резистора, но в этом нет смысла — как показано на рисунке, этого более чем достаточно.

Использование ваттметра

При использовании усилитель подключается к входным клеммам, а динамик — к выходным клеммам (держу пари, это стало неожиданностью). Увеличивайте громкость до желаемого уровня мощности, поступающей на динамик (или нагрузку). Средняя мощность контролируется цифровым мультиметром в диапазоне постоянного напряжения.Для большинства материалов показания не будут стабильными, поэтому вы можете использовать настройку «Медленно», чтобы получить общее среднее значение. Для стабилизации медленной настройки потребуется время, потому что интегрирующий конденсатор довольно большой, и до достижения конечного напряжения требуется не менее пяти секунд. Он по-прежнему будет двигаться, потому что музыкальный (или шумовой) сигнал нестабилен.

При желании для считывания можно использовать измеритель с подвижной катушкой. Обычно людям довольно легко определить среднее значение, даже когда указатель движется, но с цифровым дисплеем это намного сложнее.Если измеритель используется для долгосрочного считывания показаний мощности, то C2 можно увеличить с 220 мкФ до большего (до 1000 мкФ не является необоснованным), но потребуется около одной минуты, прежде чем вы получите реалистичное измерение. Если тестируется громкоговоритель высокой мощности, этого достаточно, чтобы произошло значительное сжатие мощности, поэтому показание может быть ниже ожидаемого.

Когда вы начинаете, если вы не уверены на 100% в выходной мощности усилителя, начинайте с разомкнутых всех переключателей. Это обеспечивает диапазон 1 мВ / Вт, и вы можете довольно быстро решить, какой переключатель можно замкнуть для повышения чувствительности.Когда оба переключателя диапазонов замкнуты, чувствительность находится на максимальном уровне (нижний диапазон), позволяя пиковое значение до 10 В и / или 10 А. Вероятно, наиболее распространенным диапазоном будет 100 В и 10 А. Это позволяет тестировать большинство усилителей мощности и громкоговорителей средней мощности. Имейте в виду, что при пиковом напряжении 50 В пиковый ток может составлять около 6,25 А для динамика 8 Ом, но может достигать 12,5 А для динамика 4 Ом. Если загорается один из светодиодов перегрузки, вам необходимо выбрать более высокий диапазон напряжения или тока.

Обратите внимание: Если используется с усилителем BTL, никогда не пытается использовать осциллограф для измерения пиковой мощности, поскольку осциллографы всегда заземлены в целях безопасности. Подключение заземленного осциллографа может вызвать отказ усилителя, а также может повредить осциллограф и / или провод осциллографа. Если у вас есть дифференциальный датчик, который обеспечивает всего изоляция, которую можно использовать, но она есть у немногих любителей, так как они очень дороги.

Указанные диапазоны см. В таблице 1. Я не включил «Макс!» Диапазон, потому что сомнительно, будет ли он когда-либо понадобится, но дополнительная схема включает только добавление еще одного делителя напряжения, чтобы получить деление 100, а также варианты деления на 10 и единичного усиления, показанные на рисунке 5.Вы также можете указать промежуточные диапазоны, но выходное напряжение не будет основываться на десятичных множителях, поэтому для расчета мощности потребуется некоторая математика.

Рисунок 8 — Мгновенный выходной сигнал измерителя мощности (осциллограмма)

Я приложил все усилия для написания этой статьи, и с моей стороны было бы упущением не включить в нее захват выходных данных. Это было сделано с использованием диапазонов 10 В и 10 А, поэтому выходная мощность составляет 100 мВ / Вт. Кривая была намеренно смещена до -200 мВ, чтобы я мог лучше показать пики.Пиковая мощность во время захвата составляла 5 Вт, но, конечно, она все время меняется в зависимости от программного материала. Прицел также показывает уровень RMS (не средний), но для этого они достаточно близки. Мне не удалось одновременно наблюдать форму волны и милливольтметр (по крайней мере, с какой-либо точностью), но во время теста уровень постоянного тока (средняя мощность) колебался около 70 мВ (700 мВт). Это отношение пикового значения к среднему 8,5 дБ.

Средняя мощность обычно измеряется с помощью измерителя постоянного тока, и измеритель с подвижной катушкой лучше, чем цифровой, потому что легче увидеть среднее значение с помощью указателя, чем пытаться угадать среднее значение чисел, которые постоянно меняются.Бывают периоды, когда выходной сигнал очень слабый, что указывает на то, что нагрузка (которая была громкоговорителем) является реактивной. Однако динамик, который я использовал, довольно доброкачественный, так что радикальных негативных экскурсий здесь нет. Я использовал встроенный фильтр нижних частот осциллографа, чтобы удалить все, что выше 20 кГц, чтобы убедиться, что след был как можно более чистым, потому что я не построил схему фильтра, показанную на Рисунке 7, когда был проведен тест.

Усилители BTL

Существуют некоторые особые меры предосторожности, о которых следует помнить перед использованием измерителя мощности с усилителем мощности с мостовой схемой подключения нагрузки (BTL).Поскольку оба выхода передают сигнал, не должны подключать осциллограф , потому что зажим заземления приведет к короткому замыканию на одном выходе усилителя! Вы также не можете использовать трансформатор для передачи мгновенной выходной мощности осциллографу, потому что выход является «униполярным» (одной полярности) и в основном несет постоянно изменяющееся смещение постоянного тока. Хотя трансформатор 1: 1 может (теоретически) иметь емкостную связь, выходной сигнал, отображаемый на осциллографе, будет чрезвычайно трудно интерпретировать.

Можно обеспечить выход с оптической связью, который будет работать с постоянным током, но это непростая задача. Это то, что я могу изучить дальше в какой-то момент (я уже провел некоторое исследование и есть несколько решений, одни лучше, чем другие). Вы можете купить полностью изолированный усилитель, но это будет стоить немалых денег. Analog Devices выпускает усилитель с изоляцией AD215AY в 12-контактном SIP-корпусе (с одним встроенным контактом), но почти по 150 австралийских долларов каждый (на момент написания), это, вероятно, не то, что большинство людей будут готовы покупать.

Итак, если вам действительно нужно протестировать усилитель BTL, вы сможете прочитать среднюю мощность на измерителе, но анализ пиковой мощности не является жизнеспособным вариантом. Поскольку основная идея состоит в том, чтобы охарактеризовать громкоговорители, а не усилители, используйте «обычный» усилитель мощности, чтобы не было проблем с измерением пикового выхода. Использование усилителя BTL, который не позволяет измерять пиковое напряжение и ток на осциллографе, очень ограничивает.

Выводы

Это не тот проект, который нужен всем, хотя интересно посмотреть, сколько мощности вы фактически потребляете при прослушивании на своем нормальном уровне. В первую очередь, это еще один инструмент, который можно использовать, и, что более важно, вы многому научитесь, построив его и используя его. Маловероятно, что печатные платы будут доступны, поскольку они вряд ли будут достаточно популярны, чтобы гарантировать изготовление плат. Конечно, я могу ошибаться, и если да, то разработаю подходящую доску.

Для схемы требуется источник питания ± 15 В (например, Project 05-Mini, а должен быть линейного типа. Импульсные источники питания слишком шумны, особенно если вы хотите использовать осциллограф для измерения мгновенной мощности.Поскольку уровни на выходе низкие (обычно около 50 мВ или около того), любой уловленный шум делает дисплей очень трудным для чтения. Линейные источники очень тихие и добавляют наименьшее количество шума к выходному сигналу. Выход источника питания должен быть плавающим (т. Е. Выход не должен быть подключен к земле / земле).

Во всех тестах, которые я проводил с моим прототипом, смещение выходного постоянного тока меньше 1 мВ, что представляет ошибку 1 Вт в диапазоне «High». Если ваттметр получает только напряжение или ток (не оба сразу), изменение выходного сигнала невелико — достаточно, чтобы его обычно можно было игнорировать.AD633 — это прецизионная ИС, и ее более чем достаточно для работы. Должно быть очевидно, что если у вас есть только напряжение, но нет тока, мощность равна нулю.

В конечном счете, для большинства любителей, вероятно, довольно сложно оправдать создание «настоящего» измерителя мощности, если у вас нет реальной необходимости в нем. Поскольку мне нравится следить за тем, чтобы все, что я публикую, работало так, как заявлено, у меня не было выбора, но маловероятно, что это устройство когда-нибудь найдет широкое применение. В течение многих лет люди были вполне счастливы использовать приложенное напряжение и номинальное сопротивление динамика для определения мощности, и оказалось, что это достаточно точно для общих расчетов.Однако, если вам нужно было абсолютно количественно оценить сжатие мощности (например), то вам, вероятно, понадобится один из них в вашем наборе инструментов. Конечно, вы можете просто использовать трансформатор тока и наблюдать, как падает ток, когда звуковая катушка нагревается при постоянной мощности, но это не так весело.

Хотя схему можно (теоретически) использовать для измерения мощности, потребляемой устройством с питанием от сети (при 50/60 Гц), это не только не рекомендуется, но и абсолютно запрещено! Все будет подключено к сети, что делает это чрезвычайно опасным и может привести к летальному исходу.Однако его можно использовать при низких напряжениях, получаемых от трансформатора, при условии, что трансформатор обеспечивает изоляцию от напряжения сети. Если вы используете его таким образом, вы делаете это исключительно на свой страх и риск. Ваттметр Project 172 — гораздо лучший вариант, если вам нужно измерить мощность в сети.

Список литературы

https://hackaday.com/2018/12/18/old-wattmeter-uses-magnetics-to-do-the-math/
Analog Devices — Руководство по применению умножителей (1978).