Napájení- fyzikální veličina rovnající se poměru vykonané práce k určitému časovému úseku.

Existuje koncept průměrného výkonu za určité časové období Δt. Průměrný výkon se vypočítá pomocí tohoto vzorce: N = AA / At, okamžitý výkon podle následujícího vzorce: N=dA/dt. Tyto vzorce mají spíše zobecněnou formu, protože pojem síly je přítomen v několika odvětvích fyziky - mechanice a elektrofyzice. Ačkoli základní principy pro výpočet výkonu zůstávají přibližně stejné jako v obecném vzorci.

Výkon se měří ve wattech. Watt je jednotka výkonu rovnající se joulu dělená sekundou. Kromě wattu existují další jednotky pro měření výkonu: koňská síla, erg za sekundu, hmotnost-síla-metr za sekundu.

• • Jeden metrický výkon rovných 735 wattů, anglicky - 745 wattů.
  • Erg- velmi malá jednotka měření, jeden erg se rovná deseti až mínus sedmé mocnině wattů.
  • Jeden metr hmotnosti za sekundu rovných 9,81 wattů.

Měřící nástroje

Měřicí přístroje pro měření výkonu se používají hlavně v elektrofyzice, protože v mechanice, se znalostí určité sady parametrů (rychlost a síla), můžete nezávisle vypočítat výkon. Ale stejně tak v elektrofyzice můžete vypočítat výkon pomocí parametrů, ale ve skutečnosti v každodenním životě prostě nepoužíváme měřicí přístroje k záznamu mechanického výkonu. Protože nejčastěji jsou tyto parametry pro určité mechanismy takto označeny. Pokud jde o elektroniku, hlavním zařízením je wattmetr, používaný v každodenním životě v běžném elektroměru.

Wattmetry lze rozdělit do několika typů podle frekvencí:

• • Nízká frekvence
  • Rádiová frekvence
  • Optický

Wattmetry mohou být buď analogové nebo digitální. Nízkofrekvenční (LF) obsahují dvě indukční cívky, jsou digitální i analogové a používají se v průmyslu a každodenním životě jako součást běžných elektroměrů. Radiofrekvenční wattmetry jsou rozděleny do dvou skupin: absorbovaný výkon a přenášený výkon. Rozdíl spočívá ve způsobu připojení wattmetru k síti, procházející se připojují paralelně k síti, která je absorbována na konci sítě jako přídavná zátěž. Pro stanovení výkonu světelných toků a laserových paprsků se používají optické wattmetry. Používají se především v různých průmyslových odvětvích a laboratořích.

Mechanická síla

Výkon v mechanice přímo závisí na síle a práci, kterou tato síla vykonává. Práce je veličina, která charakterizuje sílu působící na těleso, pod jejímž vlivem těleso urazí určitou vzdálenost. Výkon se vypočítá jako skalární součin vektoru rychlosti a vektoru síly: P = F * v = F * v * cos a (síla násobená vektorem rychlosti a úhlem mezi vektorem síly a rychlosti (kosinus alfa)).

Můžete také vypočítat sílu rotačního pohybu těla. P=M* w= π * M * n / 30. Výkon se rovná (M) kroutícímu momentu násobenému (w) úhlovou rychlostí nebo pi (n) násobenému kroutícím momentem (M) a (n) otáčkám děleno 30.

Výkon v elektrofyzice

V elektrofyzice výkon charakterizuje rychlost přenosu nebo přeměny elektřiny. Existují následující typy napájení:

• • Okamžitá elektrická energie. Protože síla je práce vykonaná v určitý čas a náboj se pohybuje po určité části vodiče, máme vzorec: P(a-b) = A / At. A-B charakterizuje oblast, kterou náboj prochází. A je práce náboje nebo nábojů, Δt je doba, za kterou náboj nebo náboje projdou úsekem (A-B). Pomocí stejného vzorce se vypočítají další hodnoty výkonu pro různé situace, kdy potřebujete změřit okamžitý výkon na části vodiče.

• • Můžete také vypočítat sílu konstantního průtoku: P = I * U = I^2 * R = U^2 / R.

• • Střídavý výkon nelze vypočítat pomocí vzorce stejnosměrný proud. Střídavý proud má tři typy napájení:
    • Aktivní výkon(P), což se rovná P = U * I * cos f . Kde U a I jsou aktuální parametry proudu a f (phi) je úhel posunu mezi fázemi. Tento vzorec je uveden jako příklad pro jednofázový sinusový proud.
    • Jalový výkon (Q) charakterizuje zátěže vytvářené v zařízeních oscilacemi elektrického jednofázového sinusového střídavého proudu. Q = U * I * hřích f . Jednotkou měření je jalový voltampér (var).
    • Zdánlivý výkon (S) se rovná odmocnině ze čtverců činného a jalového výkonu. Měří se ve voltampérech.
    • Neaktivní výkon je charakteristikou pasivního výkonu přítomného v obvodech se střídavým sinusovým proudem. Rovná se druhé odmocnině součtu druhých mocnin jalového výkonu a harmonického výkonu. Při absenci vyššího harmonického výkonu se rovná modulu jalového výkonu.

Co je síla a moc? Jak se tento ukazatel měří, jaké nástroje se používají a jak se používají v praxi, budeme zvažovat později v článku.

Platnost

Ve světě se všechna tělesa fyzické povahy začnou pohybovat vlivem síly. Při jeho vystavení, se stejným nebo opačným směrem pohybu těla, je práce vykonána. Na těleso tedy působí nějaká síla.

Kolo se tedy rozjede díky síle nohou člověka a na vlak působí tažná síla elektrické lokomotivy. K podobnému dopadu dochází při jakémkoli pohybu. Práce síly je veličina, ve které se násobí modul síly, modul posunutí bodu jejího působení a kosinus úhlu mezi vektory těchto indikátorů. Vzorec v tomto případě vypadá takto:

A = F s cos (F, s)

Pokud úhel mezi těmito vektory není nulový, pak je práce vždy vykonána. Navíc může mít pozitivní i negativní význam. Na těleso pod úhlem 90° nebude působit žádná síla.

Vezměme si například vůz tažený svalovou silou koně. Jinými slovy, práci vykonává tažná síla ve směru pohybu vozíku. Ale když je nasměrován dolů nebo kolmo, nefunguje to (mimochodem, výkon motoru se měří v koňských silách).

Práce vykonaná silou je skalární veličina a měří se v joulech. Může být:

• výslednice (pod vlivem více sil);
• nekonstantní (pak se výpočet provede s integrálem).

Napájení

Jak se tato veličina měří? Nejprve se podívejme, co to je. Je jasné, že se tělo začne pohybovat působením vynaložené síly, ale v praxi je kromě toho nutné přesně vědět, jak se to dělá.

Práce mohou být dokončeny v různých termínech. Stejnou akci může například provést malý motor nebo velký elektromotor. Jedinou otázkou je, jak dlouho bude trvat jeho výroba. Veličina zodpovědná za tento úkol je síla. Jak se měří, je zřejmé z definice - jedná se o poměr práce za určitou dobu k její hodnotě:

Logickými kroky dojdeme k následujícímu vzorci:

to znamená, že součinem vektorů síly a rychlosti pohybu je síla. Jak se to měří? Podle mezinárodní soustavy SI je jednotkou měření této veličiny 1 Watt.

Watt a další pohonné jednotky

Watt znamená výkon, kdy se za jednu sekundu vykoná jeden joul práce. Poslední jednotka byla pojmenována po Angličanovi J. Wattovi, který vynalezl a sestrojil první parní stroj. Použil ale jinou veličinu – koňskou sílu, která se používá dodnes. přibližně rovných 735,5 wattů.

Výkon se tedy kromě wattů měří v metrických koňských silách. A pro velmi malou hodnotu se používá i Erg, rovný deseti až mínus sedmé mocnině Wattu. Je také možné měřit v jedné jednotce hmotnosti/síly/metrů za sekundu, což se rovná 9,81 Wattu.

Výkon motoru

Tato hodnota je jednou z nejdůležitějších u každého motoru, který přichází v širokém rozsahu výkonu. Například elektrický holicí strojek má setiny kilowattu a raketa kosmické lodi miliony.

Různé zátěže vyžadují různý výkon k udržení určité rychlosti. Automobil například ztěžkne, pokud je do něj umístěno více nákladu. Pak se cesta zvýší. Pro udržení stejné rychlosti jako v nezatíženém stavu bude tedy zapotřebí více energie. V souladu s tím bude motor spotřebovávat více paliva. Tuto skutečnost znají všichni řidiči.

Ale při vysokých rychlostech je důležitá i setrvačnost stroje, která je přímo úměrná jeho hmotnosti. Zkušení řidiči, kteří si tuto skutečnost uvědomují, najdou při jízdě nejlepší kombinaci paliva a rychlosti tak, aby spotřebovali méně benzínu.

Aktuální výkon

Jak se měří aktuální výkon? Ve stejné jednotce SI. Lze ji měřit přímou nebo nepřímou metodou.

První metoda je realizována pomocí wattmetru, který spotřebovává značnou energii a silně zatěžuje zdroj proudu. Může být použit k měření deseti wattů nebo více. Nepřímá metoda se používá, když je potřeba měřit malé hodnoty. Přístroji k tomu jsou ampérmetr a voltmetr připojené ke spotřebiteli. Vzorec v tomto případě bude vypadat takto:

Se známým odporem zátěže změříme proud, který jím protéká, a zjistíme výkon takto:

P = I 2 ∙ R n.

Pomocí vzorce P = I 2 /R n lze vypočítat i aktuální výkon.

Jak se měří v síti třífázového proudu, také není žádným tajemstvím. K tomu se používá již známé zařízení - wattmetr. Navíc je možné vyřešit problém, co se měří, pomocí jednoho, dvou nebo dokonce tří přístrojů. Například čtyřvodičová instalace by vyžadovala tři zařízení. A pro třívodič s asymetrickým zatížením - dva.

Pojem výkon (M) je spojen s produktivitou konkrétního mechanismu, stroje nebo motoru. M lze definovat jako množství práce vykonané za jednotku času. To znamená, že M se rovná poměru práce k času strávenému na jeho dokončení. V obecně uznávaném mezinárodním systému jednotek (SI) je běžnou jednotkou měření M watt. Spolu s tím zůstává výkon (hp) stále alternativním ukazatelem pro M. V mnoha zemích světa je zvykem měřit M spalovacích motorů v hp a M elektromotorů ve wattech.

Odrůdy EIM

Jako vědecký a technologický pokrok Objevilo se velké množství různých jednotek měření výkonu (PMU). Mezi ty, které jsou dnes žádané, patří W, kgsm/s, erg/s a hp. Aby se předešlo zmatkům při přechodu z jednoho měřicího systému na druhý, byla sestavena následující tabulka EIM, ve které se měří skutečný výkon.

Tabulky vztahů mezi EIM

EIM	W	kgsm/s	erg/s	hp
1 W	1	0,102	10^7	1,36 x 10^-3
1 kiloW	10^3	102	10^10	1,36
1 megaW	10^6	102 x 10^3	10^13	1,36 x 10^3
1 kg cm za sekundu	9,81	1	9,81 x 10^7	1,36 x 10^-2
1 erg za sekundu	10^-7	1,02 x 10^-8	1	1,36 x 10^-10
1 hp	735,5	75	7,355 x 10^9	1

Měření M v mechanice

Všechna tělesa v reálném světě se uvádějí do pohybu silou, která na ně působí. Účinek jednoho nebo více vektorů na tělo se nazývá mechanická práce(R). Například tažná síla automobilu jej uvádí do pohybu. Tím se dosáhne mechanického R.

Z vědeckého hlediska je P fyzikální veličina „A“, určená součinem velikosti síly „F“, vzdálenosti pohybu tělesa „S“ a kosinusu úhlu mezi vektory tyto dvě veličiny.

Pracovní vzorec vypadá takto:

A = F x S x cos (F, S).

M "N" v tomto případě bude určeno poměrem množství práce k časovému úseku "t", během kterého síly na těleso působily. Proto vzorec definující M bude:

Mechanický motor M

Fyzikální veličina M v mechanice charakterizuje schopnosti různých motorů. U automobilů je M motoru určeno objemem spalovacích komor na kapalné palivo. M motoru je práce (množství vyrobené energie) za jednotku času. Během svého provozu motor přeměňuje jeden druh energie na jiný potenciál. V tomto případě motor přeměňuje tepelnou energii ze spalování paliva na kinetickou energii rotačního pohybu.

Je důležité vědět! Hlavním ukazatelem motoru M je maximální točivý moment.

Je to moment, který vytváří tažnou sílu motoru. Čím vyšší je tento indikátor, tím větší je M jednotky.

U nás se M pohonné jednotky počítají v koňských silách. Po celém světě je trend výpočtu M ve W. Teď už je výkonová charakteristika uvedené v dokumentaci ve dvou rozměrech najednou v hp. a kilowatty. V jaké jednotce měřit M určuje výrobce silových elektrických a mechanických instalací.

M elektřina

Elektrický M je charakterizován rychlostí přeměny elektrické energie na mechanickou, tepelnou nebo světelnou energii. Podle mezinárodního systému SI je watt EIM, ve kterém se měří celkový výkon elektřiny.

Obecná informace. Měření výkonu je velmi běžné v praxi elektrických a elektronických měření na stejnosměrném a střídavém proudu v celém zvládnutém frekvenčním rozsahu - až po milimetrové vlny a kratší vlny.

Obzvláště důležité je měření výkonu v mikrovlnném rozsahu, protože výkon je jedinou charakteristikou elektrického režimu příslušné cesty, kdy je měření proudu a napětí v mikrovlnce prakticky nemožné kvůli velké chybě.

Výkon se měří wattmetry v rozmezí od zlomků mikrowattů až po jednotky – desítky gigawattů.

Podle naměřených výkonů se zařízení dělí na nízké wattmetry (<10 мВт), средней (10 мВт... 10 Вт) и большой (>10 W) výkon.

Základní jednotkou výkonu je watt (W). Používají se také násobky a dílčí násobky:

Gigawatt (1 GW = W);

Megawatt (1 MW = W);

kilowatt (1 kW = W);

miliwatt (1 mW = W);

Mikrowatt (1 µW = W).

Mezinárodní označení pohonných jednotek jsou uvedena v příloze 1.

Výkon lze měřit nejen v absolutních, ale také v relativních jednotkách - decibelech:

K měření výkonu se používají nepřímé a přímé metody. V katalogovém třídění jsou elektronické wattmetry označeny následovně: Ml - vzorový, M2 - přenášený výkon, M3 - příkon, M4 - můstky pro měřiče výkonu, M5 - převodníky (hlavice) wattmetrů.

Elektromechanické wattmetry jsou klasifikovány podle výkonových jednotek uvedených na jejich stupnici a čelním panelu: W - wattmetry: kW - kilowattmetry; mW - miliwattmetry; W - mikrowattmetry.

Měření výkonu ve stejnosměrných a střídavých obvodech nízké frekvence. Pro měření výkonu ve stejnosměrných a střídavých obvodech průmyslových frekvencí se nejčastěji používají elektromechanické wattmetry elektrodynamických a ferodynamických systémů.

V laboratorní praxi se používají především wattmetry elektrodynamického systému 3., 4. a 5. třídy přesnosti (0,1; 0,2; 0,5). V průmyslu se pro technická měření používají wattmetry ferodynamického systému 6., 7. a 8. třídy přesnosti (1,0, 1,5 a 2,5).

Jednomezní wattmetrové stupnice jsou odstupňovány v hodnotách měřené veličiny (watty, kilowatty atd.). Vícerozsahové wattmetry mají nedělenou stupnici. Před použitím takových wattmetrů se známou hodnotou jmenovitého proudu a jmenovitého napětí zvolené meze, jakož i počtem dílků stupnice použitého wattmetru, je nutné určit hodnotu jeho dílku. S(konstanta zařízení) při podle vzorce

Při znalosti hodnoty dělení pro daný wattmetr ve zvoleném limitu je snadné vypočítat hodnotu měřeného výkonu. Naměřená hodnota výkonu bude

Kde P - počítání počtu dílků na stupnici přístroje.

Wattmetry elektrodynamického systému se používají k měření výkonu ve stejnosměrných a střídavých obvodech s frekvencí až několika kilohertzů.

Ferodynamické wattmetry se používají k měření výkonu ve stejnosměrných a střídavých obvodech průmyslových frekvencí.

Na stejnosměrném a střídavém proudu nízkých, středních a vysokých frekvencí se používají nepřímé metody měření výkonu, tzn. napětí, proudy a fázové posuny jsou určeny následnými výpočty výkonu. Činný výkon dvoufázového střídavého proudu v obvodu s komplexní zátěží je určen vzorcem

Kde U, já- RMS napětí a proud;

Fázový posun mezi proudem a napětím.

V řetězci s čistým aktivní zátěž , když=0,=1, je střídavé napájení

, (3.33)

Napájení pulzní proud:

V praxi se průměrný výkon za dobu opakování pulsu obvykle měří:

(3-35)

Kde q- pracovní cyklus: q =;

Doba trvání pulsu;

Faktor tvaru pulsu 1;

Doba opakování pulsu.

Metody vysokofrekvenčního měření výkonu. Existují dva typické způsoby měření výkonu (v závislosti na jeho typu: absorbovaný nebo přenášený).

Absorbed Power je výkon spotřebovaný zátěží. V tomto případě je zátěž nahrazena jejím ekvivalentem a naměřený výkon je zcela rozptýlen na tomto ekvivalentu zátěže a poté je měřen výkon tepelného procesu. Zátěž wattmetru zcela pohlcuje výkon, proto se taková zařízení nazývají wattmetry s absorbovaným výkonem (obr. 3.16, A). Protože zátěž musí zcela absorbovat měřený výkon, lze zařízení používat pouze při odpojeném spotřebiči. Chyba měření bude tím menší, čím plněji bude zajištěno sladění vstupní impedance wattmetru s výstupní impedancí studovaného zdroje nebo charakteristickou impedancí přenosového vedení.

Rýže. 3.16. Metody měření absorbovaného (asi) a přenášeného výkonu pomocí wattmetrů (b)

Přechodová síla- to je výkon přenášený generátorem na skutečnou zátěž. Zařízení, která jej měří, se nazývají wattmetry přenášeného výkonu. Takové wattmetry spotřebují malý zlomek výkonu zdroje a jeho hlavní část je alokována ve skutečném užitečném zatížení (obr. 3.16, b).

Mezi wattmetry přenášeného výkonu patří zařízení využívající Hallovy snímače, s absorbující stěnou a další zařízení.

Ve vysokofrekvenčním a ultravysokém frekvenčním rozsahu se metody nepřímého měření výkonu nepoužívají, protože síla proudu a pokles napětí jsou v různých částech přenosového vedení různé; Připojením měřicího zařízení se navíc změní provozní režim měřicího obvodu. Proto se v mikrovlnách používají jiné metody: 1 například přeměna elektromagnetické energie na tepelnou energii (kalorimetrická metoda), změna odporu rezistoru (termistorová metoda).

Kalorimetrická metoda Měření výkonu se vyznačují vysokou přesností. Tato metoda se používá v celém radiofrekvenčním rozsahu při měření relativně vysokých výkonů, kde dochází ke ztrátám tepla. Kalorimetrická metoda je založena na přeměně elektrické energie na tepelnou energii při zahřátí nějaké kapaliny ve wattmetrovém kalorimetru (obr. 3.17). Dále se odhadne výkon určením ze známého teplotního rozdílu a známého objemu kapaliny protékající kalorimetrem:

, (3.36)

kde je koeficient použité kapaliny;

- objem ohřáté kapaliny.

Rýže. 3.17. Kalorimetrický wattmetr

Chyba kalorimetrické metody je 1...7 %.

Termistorová (bolometrická) metoda měření výkonu je založeno na využití vlastnosti termistorů měnit svůj odpor vlivem výkonu elektromagnetických kmitů, které absorbují. Jako termistory se používají termistory a bolometry.

Termistor je polovodičový wafer (nebo disk) uzavřený ve skleněné nádobě. Termistory mají záporný teplotní koeficient, tzn. S rostoucí teplotou jejich odpor klesá.

Bolometr Jedná se o tenkou desku slídy nebo skla, na které je nanesena vrstva (film) platiny. Filmové bolometry mají velmi vysokou citlivost (až ... W). Bolometry mají kladný teplotní koeficient, tzn. S rostoucí teplotou se zvyšuje jejich odpor.

Citlivost a spolehlivost termistorů jsou vyšší než u bolometrů, ale parametry bolometrů jsou stabilnější, proto se používají ve standardních wattmetrech (podskupina M1).

Termistorová metoda poskytuje vysokou citlivost, proto se používá pro měření nízkých a středních výkonů. Použití spojek a děličů umožňuje použití metody pro měření vysokých výkonů. Chyba termistorových wattmetrů je 4... 10 % a nejčastěji závisí na míře konzistence zátěže.

Mezi hlavní metrologické vlastnosti wattmetrů, které potřebujete znát při výběru zařízení, patří:

Typ zařízení (absorbovaný nebo přenášený výkon);

Rozsah měření výkonu;

Frekvenční rozsah;

Přípustná chyba měření;

Součinitel stojatá vlna(SWR) vstup měřiče výkonu nebo modul odrazivosti.

Kontrolní otázky

1. Uveďte pravidlo pro zařazení ampérmetru do zkoumaného obvodu.

2. K čemu slouží bočníky?

3. Jak se změní odpor ampérmetru se zapojeným bočníkem?

4. Jak je bočník připojen k ampérmetru?

5. Které soustavy ampérmetrů se nejčastěji používají při měření stejnosměrného proudu?

6. Která soustava ampérmetrů se používá k měření výkonu I vysokofrekvenčního střídavého proudu?

7. Jaká pravidla je třeba dodržovat při měření vysokofrekvenčního proudu?

8. Uveďte ekvivalentní obvod ampérmetru pro měření nízkofrekvenčního proudu.

9. Uveďte ekvivalentní obvod ampérmetru pro měření vysokofrekvenčního proudu.

10. Vyjmenujte hlavní parametry ampérmetru.

11. Na co je požadavek vnitřní odpor ampérmetr?

12. Proč při měření vysokofrekvenčního střídavého proudu nemůžete použít elektromechanický ampérmetr elektrodynamického systému?

13. Vyjmenujte výhody ampérmetrů magnetoelektrického systému.

14. Vyjmenujte nevýhody ampérmetrů magnetoelektrického systému.

15. Kolik bočníků obsahuje elektromechanický ampérmetr s pěti mezemi měření?

16. Jaký je zásadní rozdíl mezi voltmetrem a ampérmetrem?

17. Jak se zapojuje voltmetr do obvodu?

18. K čemu slouží přídavné rezistory?

19. Co je třeba udělat pro rozšíření rozsahu měření napětí elektromechanického voltmetru?

20. Vyjmenujte výhody a nevýhody elektromechanických voltmetrů.

21. Podle jakých kritérií jsou klasifikovány elektronické analogové voltmetry?

22. Podle čeho strukturální schémata Staví se elektronické analogové voltmetry?

23. Vyjmenujte výhody a nevýhody elektronických analogových voltmetrů.

24. Proč mají voltmetry typu U - D vysokou citlivost?

25. Proč mají voltmetry typu D-U široký frekvenční rozsah?

26. Jaké jsou výhody elektronických digitálních voltmetrů oproti elektronickým analogovým?

27. Proč mají elektronické analogové voltmetry stupnici odstupňovanou v decibelech?

28. Jaké jsou hlavní metrologické charakteristiky výběru voltmetru?

29. V jakých jednotkách se měří napětí?

30. Co jsou multimetry?

31. Jaké přístroje mohou měřit výkon ve stejnosměrných obvodech?

32. Jakými přístroji lze měřit výkon v obvodech střídavého sinusového proudu průmyslových frekvencí?

33. Jakou metodou lze měřit nízký výkon v mikrovlnné oblasti?

34. Jakou metodou lze měřit vysoký výkon v mikrovlnné oblasti?

35. Co potřebujete vědět při určování výkonu pulzní signál?

36. Určete výkon přidělený rezistoru R= 1 kOhm, když protéká konstantní proud 5 mA.

37. Určete ztrátový výkon rezistoru R- 2 kOhm výkon, pokud jím protéká sinusový proud o amplitudě 4 mA.

38. Co je to kalorimetrická metoda měření výkonu?

39. Jaká je termistorová metoda měření výkonu?

40. Co je to bolometr a kde se používá?

41.Uveďte výhody termistoru ve srovnání s bolometrem.

42. Uveďte nevýhody termistoru ve srovnání s bolometrem.

43. Vyjmenujte výhody a nevýhody elektrodynamických wattmetrů.

44. Do které skupiny a podskupiny patří wattmetry příkonu?

45. Jakou část energie spotřebují wattmetry přenášeného výkonu?