Kraft- en fysisk kvantitet som motsvarar förhållandet mellan utfört arbete och en viss tidsperiod.

Det finns ett koncept med medeleffekt över en viss tidsperiod AT. Genomsnittlig effekt beräknas med denna formel: N = AA/AT, momentan kraft enligt följande formel: N=dA/dt. Dessa formler har en ganska generaliserad form, eftersom begreppet makt finns i flera grenar av fysiken - mekanik och elektrofysik. Även om de grundläggande principerna för att beräkna effekt förblir ungefär desamma som i den allmänna formeln.

Effekten mäts i watt. Watt är en effektenhet lika med joule dividerat med sekund. Utöver watten finns det andra enheter för att mäta effekt: hästkrafter, erg per sekund, mass-force-meter per sekund.

• • Ett metriska hästkrafter lika med 735 watt, engelska - 745 watt.
  • Erg- en mycket liten måttenhet, en erg är lika med tio till minus sjunde potensen av watt.
  • Ett mass-kraft-meter per sekund lika med 9,81 watt.

Mätinstrument

Mätinstrument för att mäta effekt används huvudsakligen inom elektrofysik, eftersom du inom mekanik kan beräkna kraften oberoende av om du känner till en viss uppsättning parametrar (hastighet och kraft). Men på samma sätt kan du inom elektrofysik beräkna effekt med hjälp av parametrar, men i själva verket använder vi i vardagen helt enkelt inte mätinstrument för att registrera mekanisk kraft. Eftersom dessa parametrar för vissa mekanismer oftast är betecknade som sådana. När det gäller elektronik är huvudenheten en wattmätare, som används i vardagen i en konventionell elmätare.

Wattmätare kan delas in i flera typer enligt frekvenser:

• • Låg frekvens
  • Radiofrekvens
  • Optisk

Wattmätare kan vara antingen analoga eller digitala. Lågfrekventa (LF) sådana innehåller två induktansspolar, är både digitala och analoga och används i industrin och i vardagen som en del av konventionella elmätare. Radiofrekvenswattmätare är indelade i två grupper: absorberad effekt och överförd effekt. Skillnaden ligger i sättet som wattmätaren är ansluten till nätet, de som passerar är kopplade parallellt med nätet, som absorberas i slutet av nätet som en extra belastning. Optiska wattmätare används för att bestämma kraften hos ljusflöden och laserstrålar. De används främst i olika industrier och laboratorier.

Mekanisk kraft

Kraft inom mekanik beror direkt på kraften och det arbete som denna kraft utför. Arbete är en kvantitet som kännetecknar den kraft som appliceras på en kropp, under vilken kroppens inflytande färdas en viss sträcka. Effekten beräknas av skalärprodukten av hastighetsvektorn och kraftvektorn: P = F * v = F * v * för a (kraft multiplicerad med hastighetsvektorn och vinkeln mellan kraft- och hastighetsvektorn (cosinus alfa)).

Du kan också beräkna kraften i kroppens rotationsrörelse. P=M* w= π * M * n / 30. Effekt är lika med (M) vridmoment multiplicerat med (w) vinkelhastighet eller pi (n) multiplicerat med vridmoment (M) och (n) rotationshastighet dividerat med 30.

Kraft inom elektrofysik

Inom elektrofysik kännetecknar kraft överföringshastigheten eller omvandlingen av elektricitet. Det finns följande typer av kraft:

• • Omedelbar elektrisk kraft. Eftersom makt är det arbete som görs i särskild tid, och laddningen rör sig längs en viss del av ledaren, har vi formeln: P(a-b) = A/At. A-B karakteriserar området genom vilket laddningen passerar. A är laddningens eller laddningarnas arbete, Δt är den tid det tar laddningen eller laddningarna att färdas genom sektionen (A-B). Med samma formel beräknas andra effektvärden för olika situationer när du behöver mäta momentan effekt på en ledaresektion.

• • Du kan också beräkna effekten av ett konstant flöde: P = I * U = I^2 * R = U^2 / R.

• • Växelström kan inte beräknas med formeln likström. Det finns tre typer av kraft i växelström:
    • Aktiv makt(P), vilket är lika med P = U * I * för f . Där U och I är de aktuella strömparametrarna och f (phi) är skiftvinkeln mellan faserna. Denna formel ges som ett exempel för enfas sinusström.
    • Reaktiv effekt (Q) karakteriserar de belastningar som skapas i enheter genom svängningar av elektrisk enfas sinusformad växelström. Q = U * I * synd f . Måttenheten är reaktiv volt-ampere (var).
    • Skenbar effekt (S) är lika med roten av kvadraterna av aktiv och reaktiv effekt. Det mäts i volt-ampere.
    • Inaktiv effekt är en egenskap hos passiv effekt som finns i kretsar med sinusformad växelström. Lika med kvadratroten av summan av kvadraterna av reaktiv effekt och övertonseffekt. I frånvaro av högre övertonseffekt är den lika med modulen för reaktiv effekt.

Vad är styrka och kraft? Hur denna indikator mäts, vilka instrument som används och hur dessa används i praktiken kommer vi att överväga senare i artikeln.

Tvinga

I världen börjar alla kroppar av fysisk natur att röra sig på grund av kraft. När den utsätts för det, med samma eller motsatta rörelseriktning av kroppen, utförs arbetet. Sålunda verkar en viss kraft på kroppen.

Således flyttar en cykel av tack vare styrkan i en persons ben, och tåget påverkas av dragkraften hos ett elektriskt lok. En liknande påverkan inträffar med alla rörelser. En krafts arbete är den kvantitet i vilken kraftmodulen, förskjutningsmodulen för dess appliceringspunkt och cosinus för vinkeln mellan vektorerna för dessa indikatorer multipliceras. Formeln i det här fallet ser ut så här:

A = F s cos (F, s)

Om vinkeln mellan dessa vektorer inte är noll, är arbetet alltid gjort. Dessutom kan det ha både positiv och negativ betydelse. Det kommer inte att finnas någon kraft som verkar på kroppen i en vinkel på 90°.

Tänk till exempel en vagn som dras av en hästs muskelkraft. Arbetet utförs med andra ord av dragkraften i vagnens rörelseriktning. Men när den är riktad nedåt eller vinkelrätt fungerar den inte (förresten, hästkrafter är vad motoreffekten mäts i).

Arbetet som utförs av en kraft är en skalär storhet och mäts i joule. Hon kan vara:

• resulterande (under påverkan av flera krafter);
• icke-konstant (då utförs beräkningen med en integral).

Kraft

Hur mäts denna mängd? Låt oss först titta på vad det är. Det är tydligt att kroppen börjar röra sig på grund av den kraft som utövas, men i praktiken är det utöver detta nödvändigt att veta exakt hur det åstadkoms.

Arbetet kan slutföras inom olika tidsramar. Till exempel kan samma åtgärd utföras av en liten motor eller en stor elmotor. Frågan är bara hur lång tid det tar att producera den. Den kvantitet som är ansvarig för denna uppgift är makt. Hur det mäts blir tydligt från definitionen - detta är förhållandet mellan arbete för en specifik tid och dess värde:

Med logiska steg kommer vi fram till följande formel:

det vill säga produkten av kraftvektorer och rörelsehastighet är kraft. Hur mäts det? Enligt det internationella SI-systemet är måttenheten för denna kvantitet 1 Watt.

Watt och andra kraftenheter

Watt betyder effekt, där en joule arbete utförs på en sekund. Den sista enheten fick sitt namn efter engelsmannen J. Watt, som uppfann och byggde den första ångmaskinen. Men han använde en annan mängd - hästkrafter, som används än idag. ungefär lika med 735,5 watt.

Sålunda, förutom watt, mäts effekten i metriska hästkrafter. Och för ett mycket litet värde används också Erg, lika med tio till minus sjunde potens Watt. Det är också möjligt att mäta i en enhet massa/kraft/meter per sekund, vilket är lika med 9,81 Watt.

Motoreffekt

Detta värde är ett av de viktigaste i alla motorer, som kommer i ett brett effektområde. Till exempel har en elektrisk rakhyvel hundradelar av en kilowatt, och en rymdskeppsraket har miljoner.

Olika laster kräver olika effekt för att hålla en viss hastighet. Till exempel kommer en bil att bli tyngre om mer last placeras i den. Då kommer vägen att öka. För att bibehålla samma hastighet som i obelastat tillstånd kommer därför mer kraft att krävas. Följaktligen kommer motorn att förbruka mer bränsle. Alla förare känner till detta faktum.

Men vid höga hastigheter är maskinens tröghet också viktig, som är direkt proportionell mot dess massa. Erfarna förare som är medvetna om detta faktum hittar den bästa kombinationen av bränsle och hastighet när de kör så att mindre bensin förbrukas.

Aktuell effekt

Hur mäts strömeffekten? I samma SI-enhet. Det kan mätas med direkta eller indirekta metoder.

Den första metoden implementeras med hjälp av en wattmätare, som förbrukar betydande energi och kraftigt belastar strömkällan. Den kan användas för att mäta tio watt eller mer. Den indirekta metoden används när det är nödvändigt att mäta små värden. Instrumenten för detta är en amperemeter och en voltmeter kopplade till konsumenten. Formeln i det här fallet kommer att se ut så här:

Med ett känt belastningsmotstånd mäter vi strömmen som flyter genom den och hittar effekten enligt följande:

P = I 2 ∙ R n.

Med hjälp av formeln P = I 2 /R n kan strömeffekten också beräknas.

Hur det mäts i ett trefasströmnät är heller ingen hemlighet. För detta används en redan bekant enhet - en wattmätare. Dessutom är det möjligt att lösa problemet med vad som mäts med ett, två eller till och med tre instrument. Till exempel skulle en fyrtrådsinstallation kräva tre enheter. Och för en tretråd med en asymmetrisk belastning - två.

Begreppet kraft (M) är förknippat med produktiviteten hos en viss mekanism, maskin eller motor. M kan definieras som mängden arbete som utförs per tidsenhet. Det vill säga, M är lika med förhållandet mellan arbete och den tid som spenderas på dess slutförande. I det allmänt accepterade internationella enhetssystemet (SI) är den gemensamma måttenheten M watt. Tillsammans med detta är hästkrafter (hk) fortfarande en alternativ indikator för M. I många länder runt om i världen är det vanligt att mäta M för förbränningsmotorer i hk och M för elmotorer i watt.

Sorter av EIM

Som den vetenskapliga och tekniska framsteg Ett stort antal olika enheter för effektmätning (PMU) dök upp. Bland dem är de som efterfrågas idag W, kgsm/s, erg/s och hp. För att undvika förvirring vid övergång från ett mätsystem till ett annat sammanställdes följande EIM-tabell, där verklig effekt mäts.

Tabeller över samband mellan 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 kgcm per sekund	9,81	1	9,81 x 10^7	1,36 x 10^-2
1 erg per sekund	10^-7	1,02 x 10^-8	1	1,36 x 10^-10
1 hk	735,5	75	7,355 x 10^9	1

Mätning av M i mekanik

Alla kroppar i den verkliga världen sätts i rörelse av en kraft som appliceras på dem. Effekten på kroppen av en eller flera vektorer kallas mekaniskt arbete(R). Till exempel sätter dragkraften i en bil den i rörelse. Detta åstadkommer därmed mekanisk R.

Ur en vetenskaplig synvinkel är P en fysisk storhet "A", bestäms av produkten av storleken på kraften "F", rörelseavståndet för kroppen "S" och cosinus för vinkeln mellan vektorerna för dessa två kvantiteter.

Arbetsformeln ser ut så här:

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

M "N" i detta fall kommer att bestämmas av förhållandet mellan mängden arbete och tidsperioden "t" under vilken krafterna verkade på kroppen. Därför kommer formeln som definierar M att vara:

Mekanisk M-motor

Den fysiska kvantiteten M i mekaniken kännetecknar olika motorers kapacitet. I bilar bestäms motorns M av volymen av förbränningskamrarna för flytande bränsle. M av en motor är arbete (mängden genererad energi) per tidsenhet. Under sin drift omvandlar motorn en typ av energi till en annan potential. I detta fall omvandlar motorn termisk energi från bränsleförbränning till kinetisk energi för roterande rörelse.

Det är viktigt att veta! Huvudindikatorn för M-motorn är det maximala vridmomentet.

Det är vridmomentet som skapar motorns dragkraft. Ju högre denna indikator, desto större M på enheten.

I vårt land beräknas M-kraftenheter i hästkrafter. Över hela världen finns en trend att beräkna M i W. Nu är det redan kraftkaraktäristik anges i dokumentationen i två dimensioner samtidigt i hp. och kilowatt. I vilken enhet som ska mätas M bestäms av tillverkaren av kraftelektriska och mekaniska installationer.

M el

Elektrisk M kännetecknas av hastigheten för omvandling av elektrisk energi till mekanisk, termisk eller lätt energi. Enligt International SI System är en watt en EIM där den totala effekten av elektricitet mäts.

Allmän information. Effektmätning är mycket vanligt vid utövandet av elektriska och elektroniska mätningar på lik- och växelström genom hela det bemästrade frekvensområdet - ner till millimetervågor och kortare vågor.

Av särskild betydelse är mätningen av effekt i mikrovågsområdet, eftersom effekt är den enda egenskapen för det elektriska läget för motsvarande väg, när mätning av ström och spänning i mikrovågen är praktiskt taget omöjlig på grund av det stora felet.

Effekten mäts med wattmätare som sträcker sig från bråkdelar av mikrowatt till enheter - tiotals gigawatt.

Beroende på de uppmätta effekterna är enheter indelade i lågwattmätare (<10 мВт), средней (10 мВт... 10 Вт) и большой (>10 W) effekt.

Grundenheten för effekt är watt (W). Multipler och submultiplar används också:

Gigawatt (1 GW = W);

Megawatt (1 MW = W);

Kilowatt (1 kW = W);

Milliwatt (1 mW = W);

Mikrowatt (1 µW = W).

Internationella beteckningar på kraftenheter finns i bilaga 1.

Effekt kan mätas inte bara i absoluta, utan också i relativa enheter - decibel:

För att mäta effekt används indirekta och direkta metoder. I katalogklassificeringen betecknas elektroniska wattmätare enligt följande: Ml - exemplarisk, M2 - överförd effekt, M3 - absorberad effekt, M4 - bryggor för effektmätare, M5 - omvandlare (huvuden) av wattmätare.

Elektromekaniska wattmätare klassificeras enligt de kraftenheter som anges på deras skalor och frontpaneler: W - wattmätare: kW - kilowattmeter; mW - milliwattmeter; W - mikrowattmätare.

Effektmätning i DC- och AC-kretsar låga frekvenser. För att mäta effekt i DC- och AC-kretsar av industriella frekvenser används oftast elektromekaniska wattmetrar av elektrodynamiska och ferrodynamiska system.

I laboratoriepraxis används främst wattmätare för det elektrodynamiska systemet i 3:e, 4:e och 5:e noggrannhetsklasserna (0,1; 0,2; 0,5). Inom industrin, för tekniska mätningar, används wattmätare för det ferrodynamiska systemet i 6:e, 7:e och 8:e noggrannhetsklasserna (1,0, 1,5 och 2,5).

Single-limit wattmeterskalor graderas i värdena för den uppmätta kvantiteten (watt, kilowatt, etc.). Multi-range wattmätare har en icke-graderad skala. Innan sådana wattmätare används, med det kända nominella strömvärdet och nominella spänningsvärdet för den valda gränsen, såväl som antalet skaldelningar av den använda wattmätaren, är det nödvändigt att bestämma dess divisionsvärde Med(enhetskonstant) vid enligt formeln

Genom att känna till divisionsvärdet för en given wattmätare i den valda gränsen är det lätt att beräkna värdet på den uppmätta effekten. Det uppmätta effektvärdet blir

Var P - räkna antalet divisioner på instrumentskalan.

Elektrodynamiska system wattmätare används för att mäta effekt i DC- och AC-kretsar med en frekvens på upp till flera kilohertz.

Ferrodynamiska system wattmätare används för att mäta effekt i DC- och AC-kretsar av industriella frekvenser.

På lik- och växelström av låga, medelhöga och höga frekvenser används indirekta metoder för att mäta effekt, d.v.s. spänningar, strömmar och fasförskjutningar bestäms av efterföljande effektberäkningar. Den aktiva effekten av tvåfas växelström i en krets med en komplex belastning bestäms av formeln

Var U, jag- RMS spänning och ström;

Fasförskjutning mellan ström och spänning.

I en kedja med ren aktiv belastning , när=0,=1, AC-ström är

, (3.33)

kraft pulsström:

I praktiken mäts vanligtvis medeleffekten under pulsrepetitionsperioden:

(3-35)

Var q- arbetscykel: q =;

Pulsvaraktighet;

Pulsformfaktor 1;

Pulsupprepningsperiod.

Högfrekventa effektmätningsmetoder. Det finns två typiska metoder för att mäta effekt (beroende på dess typ: absorberad eller överförd).

Absorberad kraftär den effekt som förbrukas av lasten. I det här fallet ersätts belastningen med dess ekvivalent, och den uppmätta effekten försvinner helt på denna belastningsekvivalent, och sedan mäts effekten av den termiska processen. Belastningen på wattmätaren absorberar helt kraften, därför kallas sådana enheter absorberade effektwattmätare (Fig. 3.16, A). Eftersom belastningen helt måste absorbera den uppmätta effekten, kan enheten endast användas när förbrukaren är frånkopplad. Mätfelet kommer att bli mindre, ju mer fullständig matchningen av ingångsimpedansen för wattmätaren med utgångsimpedansen från källan som studeras eller den karakteristiska impedansen för transmissionsledningen säkerställs.

Ris. 3.16. Metoder för att mäta absorberad (ca) och överförd effekt med wattmätare (b)

Passerande kraft- detta är den effekt som överförs av generatorn till den verkliga belastningen. De enheter som mäter det kallas transmitted power wattmeters. Sådana wattmätare förbrukar en liten del av källeffekten, och huvuddelen av den allokeras i den faktiska nyttolasten (Fig. 3.16, b).

Wattmätare för överförd effekt inkluderar enheter som använder Hall-givare, med en absorberande vägg, och andra enheter.

I det höga och ultrahöga frekvensområdet används inte indirekta effektmätningsmetoder, eftersom strömstyrkan och spänningsfallet är olika i olika sektioner av transmissionsledningen; Dessutom ändrar anslutning av en mätanordning mätkretsens driftläge. Därför används andra metoder i mikrovågor: 1 till exempel omvandling av elektromagnetisk energi till termisk energi (kalorimetrisk metod), ändring av resistansen hos ett motstånd (termistormetod).

Kalorimetrisk metod Effektmätningar kännetecknas av hög noggrannhet. Denna metod används i hela radiofrekvensområdet vid mätning av relativt höga effekter där värmeförlust uppstår. Den kalorimetriska metoden bygger på omvandlingen av elektrisk energi till termisk energi när en del vätska värms upp i en wattmeterkalorimeter (Fig. 3.17). Därefter uppskattas effekten genom att bestämma, från en känd temperaturskillnad och en känd volym vätska som strömmar genom kalorimetern:

, (3.36)

var är koefficienten för den använda vätskan;

- volym uppvärmd vätska.

Ris. 3.17. Kalorimetrisk wattmätare

Felet för den kalorimetriska metoden är 1...7%.

Termistormetod (bolometrisk). effektmätning baseras på användningen av termistors egenskaper för att ändra deras motstånd under påverkan av kraften hos elektromagnetiska svängningar som de absorberar. Termistorer och bolometrar används som termistorer.

Termistorär en halvledarskiva (eller skiva) innesluten i en glasbehållare. Termistorer har en negativ temperaturkoefficient, d.v.s. När temperaturen ökar, minskar deras motstånd.

Bolometer Det är en tunn platta av glimmer eller glas med ett lager (film) av platina avsatt på den. Filmbolometrar har mycket hög känslighet (upp till ... W). Bolometrar har en positiv temperaturkoefficient, d.v.s. När temperaturen ökar ökar deras motstånd.

Termistorernas känslighet och tillförlitlighet är högre än bolometrar, men bolometrarnas parametrar är mer stabila, så de används i standardwattmätare (undergrupp M1).

Termistormetoden ger hög känslighet, så den används för att mäta låga och medelhöga effekter. Användningen av kopplingar och avdelare gör att metoden kan användas för att mäta höga effekter. Termistorwattmätarnas fel är 4...10% och beror oftast på graden av belastningskonsistens.

De viktigaste metrologiska egenskaperna hos wattmätare som du behöver veta när du väljer en enhet inkluderar följande:

Typ av enhet (absorberad eller överförd effekt);

Effektmätningsområde;

Frekvensomfång;

Tillåtet mätfel;

Koefficient stående våg(SWR) effektmätaringång eller reflektansmodul.

Kontrollfrågor

1. Ge regeln för att inkludera en amperemeter i den krets som studeras.

2. Vad är syftet med shuntar?

3. Hur förändras motståndet på en amperemeter med en shunt kopplad?

4. Hur är shunten kopplad till amperemetern?

5. Vilket system av amperemeter används oftast vid mätning av likström?

6. Vilket system av amperemetrar används för att mäta effekten I av högfrekvent växelström?

7. Vilka regler måste följas vid mätning av högfrekvent ström?

8. Ge en ekvivalent krets av en amperemeter för mätning av lågfrekvent ström.

9. Ge en ekvivalent krets av en amperemeter för mätning av högfrekvent ström.

10. Lista huvudparametrarna för amperemetern.

11. Vad är kravet på internt motstånd amperemeter?

12. Varför kan man inte använda en elektromekanisk amperemeter i ett elektrodynamiskt system när man mäter högfrekvent växelström?

13. Lista fördelarna med amperemetrar i ett magnetoelektriskt system.

14. Lista nackdelarna med amperemetrar i det magnetoelektriska systemet.

15. Hur många shuntar innehåller en elektromekanisk amperemeter med fem mätgränser?

16. Vad är den grundläggande skillnaden mellan en voltmeter och en amperemeter?

17. Hur är en voltmeter kopplad till en krets?

18. Vad är syftet med ytterligare motstånd?

19. Vad behöver göras för att utöka spänningsmätområdet för en elektromekanisk voltmeter?

20. Lista fördelar och nackdelar med elektromekaniska voltmetrar.

21. Enligt vilka kriterier klassificeras elektroniska analoga voltmetrar?

22. Enligt vad strukturella diagram Byggs elektroniska analoga voltmetrar?

23. Lista fördelar och nackdelar med elektroniska analoga voltmetrar.

24. Varför har voltmetrar av typ U - D hög känslighet?

25. Varför har voltmetrar av typ D-U ett brett frekvensområde?

26. Vilka är fördelarna med elektroniska digitala voltmetrar framför elektroniska analoga?

27. Varför har elektroniska analoga voltmetrar en skala graderad i decibel?

28. Vilka är de viktigaste metrologiska egenskaperna för att välja en voltmeter?

29. I vilka enheter mäts spänning?

30. Vad är multimetrar?

31. Vilka instrument kan mäta effekt i DC-kretsar?

32. Vilka instrument kan användas för att mäta effekt i sinusformade växelströmkretsar av industriella frekvenser?

33. Vilken metod kan användas för att mäta låg effekt i mikrovågsområdet?

34. Vilken metod kan användas för att mäta hög effekt i mikrovågsområdet?

35. Vad du behöver veta när du bestämmer effekt pulssignal?

36. Bestäm den effekt som tilldelas motståndet R= 1 kOhm när en konstant ström på 5 mA flyter.

37. Bestäm resistorns förlust R- 2 kOhm effekt om en sinusformad ström med en amplitud på 4 mA flyter genom den.

38. Vilken är den kalorimetriska metoden för att mäta effekt?

39. Vad är termistormetoden för effektmätning?

40. Vad är en bolometer och var används den?

41. Ange fördelarna med en termistor jämfört med en bolometer.

42. Ange nackdelarna med en termistor jämfört med en bolometer.

43. Lista fördelar och nackdelar med elektrodynamiska wattmätare.

44. Till vilken grupp och undergrupp tillhör wattmätare för absorberad effekt?

45. Vilken del av energin förbrukas av wattmeters överförd effekt?