Измерение электрической мощности и энергии

Для измерения сопротивления и других электрических величин широко используются измерительные мосты (рис. 89).

Переменные сопротивления r1, r2, и r4 образуют плечи моста. Пле­чо  моста  r3 является  неизвестным  измеряемым  сопротивлением (r3==rx). Плечи моста образуют две параллельные ветви. В ветвь ABD включены сопротивления r1 и r3, кото­рые соединены последовательно. Ветвь ACD состоит из сопротивлений r2 и r4, также соединенных последовательно. В диагональ моста ВС (мостовая ветвь) включен гальванометр магнито­электрической системы, а в диагональ AD — источник постоянного тока на­пряжением U в.

Подбором величин сопротивлений r1, r2, и r4 можно добиться того, что в цепи гальванометра (в мостовой вет­ви) на участке ВС тока не будет. В этом случае говорят, что мост уравновешен.

Когда в гальванометре ток равен нулю, потенциал точек В и С равны между собой.  Если в точках В и С потенциал различный, то через гальванометр  потечет ток и мост уравновешен не будет.

Потенциалы в точках В и С будут равны в том случае, когда на участках АВ и СА будет одинаковое падение напряжения.

Это равенство можно записать так:

но при этом условии должны быть равны между собой и напряже­ния на участках BD и CD. Запишем это равенство:

Разделим первое равенство на второе и получим пропорцию

Сопротивления r1, и r3 соединены последовательно и поэтому токи I1 и I3 равны между собой. Сопротивления r2  и r4  также соединены последовательно и, следовательно, токи I2 и I4 также равны. Произведя сокращение в пропорции равных токов, получим.

отсюда определим неизвестное сопротивление rх=r3:

В связи с тем что величины сопротивлений r1, r2 и r4 моста известны, подставим их значения в формулу (97) и определим величину неизвестного сопротивления rх.

Для измерения сопротивления таким мостом необходимо: под­ключить к зажимам rх моста неизвестное сопротивление, а к зажимам « + » и «—» подключить источник постоянного тока; установить соотношение плеч моста r1 и r2, включить гальванометр и подо­брать сопротивление плеча моста r4 так, чтобы стрелка гальвано метра стояла на нулевом делении (это укажет на то, что мост уравновешен); подставить в формулу (97) известные величины r1, r2 и r4 и вычислить величину измеряемого сопротивления.

§ 78. ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ И ЭНЕРГИИ

Мощность постоянного тока, потребляемая данным участком электрической цепи, равна произведению напряжения на силу тока:

Для определения мощности необходимо включить в цепь вольтметр и амперметр и показания приборов пе­ремножить.

Мощность постоянного и пере­менного тока можно также измерить ваттметром электродинамической системы (рис. 90).

Неподвижная обмотка ваттмет­ра, имеющая малое сопротивление, включается в цепь последовательно (как амперметр), а подвижная об­мотка, имеющая большое сопротив­ление,— параллельна нагрузке (как вольтметр).

Показания электродинамическом ваттметра при измерении мощности переменного тока  пропорциональны произведению  напряжения  на силу тока и коэффициент мощности:

Для измерения расхода электри­ческой энергии переменного тока применяют индукционные счетчики.

Счетчик включают в цепь по схе­ме  (см.  рис.  83,  б).  Как  и  при включении ваттметра одна обмотка счетчика включается в цепь по­следовательно, а вторая — параллельно нагрузке.

Провода сети присоединяются к зажимам 1 и 3, а провода, иду­щие через плавкие предохранители к нагрузке, подключают к зажи­мам 2 и 4.

На таблице счетчика указано, на какое напряжение, силу тока и частоту он рассчитан, в каких единицах измеряет энергию, какому количеству оборотов диска соответствует расход энергии в 1 квт·ч.

Для подсчета энергии за некоторый промежуток времени необ­ходимо знать начальное и конечное показания счетчика. Разность этих показаний определяет количество использованной электро­энергии.

Если, например, начальное показание счетчика было 603 квт·ч, а конечное — 790 квт·ч, то расход составляет:

790 — 603=187 квт·ч.

Стоимость 1 квт·ч энергии 4 коп., стоимость всей израсходован­ной энергии

§ 79. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Электроизмерительная техника по сравнению с другими видами измерительных устройств обладает большей надежностью, точ­ностью, дешевизной и простотой.

По этим причинам электроизмерительные приборы широко при­меняют для измерения неэлектрических величин.

Основными частями элек­трической системы, служа­щей для измерения неэлек­трических величин, являют­ся преобразователь (датчик), промежуточные устройства и индикатор. Сущность электрических измерений неэлек­трических величин заключа­ется в том, что датчик пре­образует неэлектрическую величину, например измене­ние уровня жидкости, темпе­ратуры, скорости движения и т. п., в изменение электри­ческой  величины  сопротивления,  тока  или  напряжения,  которое  измеряется  индикатором, представляющим собой обычный электроизмерительный прибор.

Рассмотрим устройство некоторых электрических датчиков и примеры их применения для электрических измерений неэлектриче­ских величин.

Резисторный датчик (рис. 91) представляет собой изогнутую (или прямую) пластину 1 из изоляционного материала, на которую намотана проволока 4 из материала с большим удельным сопро­тивлением. При повороте оси 2 подвижный контакт-щетка 3 датчи­ка перемещается по проволоке, в результате чего изменяется ее со­противление, что соответственно воздействует на показания электро­измерительного прибора.

Резисторный датчик используют для измерения уровня жидкости в баке.

Действие прибора, предназначенного для определения количества жидкости в баке (рис. 92), основано на использовании резисторного датчика, сопротивление которого меняется при повышении или понижении уровня жидкости.

Этот прибор состоит из датчика 2 и индикатора 1, Ползунок датчика через систему рычагов скреплен с поплавком 3, находя­щимся на поверхности жидкости в баке. Индикатором служит при­бор магнитоэлектрической системы, шкала которого проградуирована в литрах.

Когда в баке много жидкости, поплавок перемещается вверх. Вместе с ним передвигается щетка датчика, сопротивление которо­го уменьшается. Ток в цепи возрастает, и стрелка индикатора откло­няется на большой угол, указывая по шкале количество жидкости. При опускании поплавка сопротивление датчика увеличивается, ток в цепи становится меньше и стрелка прибора отклоняется вле­во, указывая, что в баке мало жидкости.

Электроконтактные датчики служат для преобразования меха­нического перемещения измерительного штока, соприкасающегося с поверхностью контролируемого объекта, в замыкание или размы­кание электрической цепи. Наиболее простым электроконтактным датчиком является однопредельный, который имеет одну пару кон­тактов. Многопредельные датчики с несколькими парами контактов могут одновременно контролировать несколько различных объектов.