Вимірювання потужності

1. Вимірювання потужності в колах постійного струму.

2. Вимірювання потужності в колах змінного струму.

Измерение мощности в электрических цепях (устройствах) является одним из широко распространенных видов измерений, а в радиотехнических цепях — основным видом измерений как при производстве аппаратуры, так и в процессе ее эксплуатации. Особенно большое значение имеет измерение мощности при настройке и эксплуатации раз­личной измерительной, радиоприемной и радиопередающей аппаратуры.

Измерение мощности производится в цепях постоянного и переменного тока. В цепях постоянного тока потребляемая нагрузкой мощность определяется произведением тока в нагрузке на падение напряжения на ней: P=IU. В цепях синусоидального напряжения измеряют активную Р_а, реактивную Р_р и полную S мощности:

P_a = UI cos φ;

P_p = UI sin φ;

S = UI,

где U и I — среднеквадратичное значение напряжения и тока в цепи; φ — фазовый сдвиг между током и напряжением в нагрузке.

В большинстве практических случаев ограничиваются измерением активной мощности.

В цепях, питаемых напряжением в виде периодической последовательности однополярных прямоугольных импульсов, измеряют импульсную Р_и и среднюю Р_ср мощности:

где U_M и І_М — размах соответственно напряжения и тока импульса; τ — длительность импульса; Т — период следования импульсов; Q = Т/τ — скважность импульсной последовательности.

Практическими единицами измерения мощности в системе СИ приняты ватты (Вт) и производные от них: микроватты — мкВт (10^-6 Вт), милливатты — мВт (10^-3 Вт), киловатты — кВт (10³ Вт) и мегаватты — МВт (10⁶ Вт). Приборы, предназначенные для измерения мощности, называются соответственно ваттметрами. Кроме абсолютных единиц мощности в практике измерений, особенно при измерениях мощности в диапазоне высоких частот, применяются также относительные единицы — децибелы (дБ), определяемые формулой

где Р — значение мощности на выходе устройства, Вт; Р₁ — значение мощности на входе устройства, Вт.

В выражении относительная величина а может быть как положительной, например, для усилителей мощности, так и отрицательной, например, для аттенюаторов. В некоторых измерительных приборах, например генераторах, шкалы стрелочных измерителей выходного напряжения градуируются в децибелах относительно некоторого (чаще всего 1 мВт или 1 Вт) уровня мощности.

В зависимости от значения измеряемой мощности принято различать ваттметры для измерения большой мощности, превышающей 10 Вт, средней — от 10 Вт до 0,1 Вт, малой — от 0,1 до 10^-6 Вт и очень малой — меньше 10^-6 Вт.

В цепях постоянного тока мощность измеряют косвенным и прямым методами. В первом случае определение мощности производится путем измерения напряжения и тока в цепи либо только напряжения или тока при известном сопротивлении нагрузки с последующим расчетом. Во втором случае используют специальные электромеханические ваттметры.

В цепях переменного тока в диапазоне частот 15 Гц — 50 кГц активную мощность измеряют в основном прямым методом с помощью электромеханических ваттметров (диапазон 20—5000 Гц) и ваттметров с квадраторами (диапазон 20 Гц — 50 кГц).

В цепях переменного тока в диапазоне частот 10 кГц — 200 МГц измерение мощности также производится косвенным и прямым методами. В первом случае мощность, потребляемая нагрузкой или отдаваемая генератором во внешнюю согласованную нагрузку, определяется путем измерения тока в цепи или напряжения на нагрузке с последующим расчетом. Во втором случае мощность измеряют специальными ваттметрами.