El vatímetro es un instrumento para medir la potencia eléctrica (o la tasa de suministro de energía eléctrica ) en vatios de cualquier circuito dado . Vatímetros electromagnéticas se utilizan para la medición de la frecuencia de utilidad y el poder de frecuencia de audio; se requieren otros tipos para las mediciones de radiofrecuencia.
Un vatímetro lee el valor promedio del producto v (t) i (t) = p (t) , donde v (t) es el voltaje con polaridad de referencia en el terminal ± con respecto al otro terminal de la bobina de potencial, y i (t) es la corriente con dirección de referencia que fluye hacia el terminal ± de la bobina de corriente. El vatímetro lee P = (1 / T) ∫ 0 T v (t) i (t) dt , que en estado estable sinusoidal se reduce a V rms I rms cos (φ), donde T es el período de p (t) y φ es el ángulo por el cual la corriente se retrasa respecto al voltaje. [1]
Historia
El 14 de agosto de 1888, Oliver B. Shallenberge patentó un medidor de vatios-hora. El húngaro Ottó Bláthy patentó su vatímetro AC. [2] En 1974 Maghar S. Chana, Ramond L. Kraley, Eric A. Hauptmann Barry y M. Pressman patentaron un vatímetro electrónico. Este dispositivo está compuesto por transformadores de potencia, corriente y tensión, que miden la potencia media. [3]
Electrodinámico
El vatímetro analógico tradicional es un instrumento electrodinámico . El dispositivo consta de un par de bobinas fijas , conocidas como bobinas de corriente , y una bobina móvil conocida como bobina de potencial .
Las bobinas de corriente están conectadas en serie con el circuito, mientras que la bobina de potencial está conectada en paralelo . Además, en los vatímetros analógicos , la bobina de potencial lleva una aguja que se mueve sobre una escala para indicar la medición. Una corriente que fluye a través de la bobina de corriente genera un campo electromagnético alrededor de la bobina. La fuerza de este campo es proporcional a la corriente de línea y está en fase con ella. La bobina de potencial tiene, por regla general, una resistencia de alto valor conectada en serie con ella para reducir la corriente que la atraviesa.
El resultado de esta disposición es que en un circuito de CC , la deflexión de la aguja es proporcional tanto a la corriente ( I ) como a la tensión ( V ), de acuerdo con la ecuación P = VI .
Para la alimentación de CA , la corriente y el voltaje pueden no estar en fase, debido a los efectos retardadores de la inductancia o capacitancia del circuito . En un circuito de CA , la deflexión es proporcional al producto instantáneo promedio de voltaje y corriente, por lo que se mide la potencia activa , P = VI cos φ . Aquí, cos φ representa el factor de potencia que muestra que la potencia transmitida puede ser menor que la potencia aparente obtenida al multiplicar las lecturas de un voltímetro y un amperímetro en el mismo circuito.
Los dos circuitos de un vatímetro pueden resultar dañados por una corriente excesiva. El amperímetro y el voltímetro son vulnerables al sobrecalentamiento; en caso de sobrecarga, sus indicadores se saldrán de la escala, pero en el vatímetro, uno o incluso los circuitos de corriente y potencial pueden sobrecalentarse sin que el indicador se acerque al final de la escala. Esto se debe a que la posición del puntero depende del factor de potencia , el voltaje y la corriente. Por lo tanto, un circuito con un factor de potencia bajo dará una lectura baja en el vatímetro, incluso cuando ambos circuitos estén cargados al límite máximo de seguridad. Por lo tanto, un vatímetro se clasifica no solo en vatios, sino también en voltios y amperios .
Un vatímetro típico en los laboratorios educativos tiene dos bobinas de voltaje (bobinas de presión) y una bobina de corriente. Las dos bobinas de presión se pueden conectar en serie o en paralelo para cambiar los rangos del vatímetro. La bobina de presión también se puede tocar para cambiar el rango del medidor. Si la bobina de presión tiene un rango de 300 voltios, la mitad se puede usar para que el rango se convierta en 150 voltios.
Electrónico
Los vatímetros electrónicos se utilizan para medidas directas de potencia pequeña o para medidas de potencia a frecuencias más allá del rango de los instrumentos de tipo electrodinamómetro.
Digital
Un vatímetro digital moderno toma muestras del voltaje y la corriente miles de veces por segundo. Para cada muestra, el voltaje se multiplica por la corriente en el mismo instante; el promedio durante al menos un ciclo es la potencia real. La potencia real dividida por los voltios-amperios aparentes (VA) es el factor de potencia. Un circuito de computadora usa los valores muestreados para calcular el voltaje RMS, la corriente RMS, VA, potencia (vatios), factor de potencia y kilovatios-hora. Las lecturas pueden mostrarse en el dispositivo, conservarse para proporcionar un registro y calcular promedios, o transmitirse a otros equipos para su uso posterior. Los vatímetros varían considerablemente en el cálculo correcto del consumo de energía, especialmente cuando la potencia real es mucho menor que VA ( cargas altamente reactivas , por ejemplo, motores eléctricos ). Los medidores simples se pueden calibrar para cumplir con la precisión especificada solo para formas de onda sinusoidales . Las formas de onda de las fuentes de alimentación de modo conmutado que se utilizan para muchos equipos electrónicos pueden estar muy lejos de ser sinusoidales, lo que conduce a errores desconocidos y posiblemente grandes en cualquier potencia. Es posible que esto no se especifique en el manual del medidor.
Precisión y exactitud
Existen limitaciones para medir la potencia con vatímetros económicos o, de hecho, con cualquier medidor que no esté diseñado para mediciones de baja potencia. Esto afecta particularmente a la baja potencia (por ejemplo, menos de 10 vatios), como se usa en modo de espera; Las lecturas pueden ser tan inexactas que resulten inútiles (aunque confirman que la energía de reserva es baja, en lugar de alta). [4] La dificultad se debe en gran parte a la dificultad para medir con precisión la corriente alterna, en lugar del voltaje, y la relativamente poca necesidad de mediciones de baja potencia. La especificación del medidor debe especificar el error de lectura para diferentes situaciones. Para un medidor enchufable típico, el error en vataje se establece como ± 5% del valor medido ± 10 W (por ejemplo, un valor medido de 100 W puede ser incorrecto en un 5% de 100 W más 10 W, es decir, ± 15 W, o 85-115 W); y el error en kW · h se expresa como ± 5% del valor medido ± 0,1 kW · h. [5] Si una computadora portátil en modo de suspensión consume 5 W, el medidor puede leer entre 0 y 15,25 W, sin tener en cuenta los errores debidos a la forma de onda no sinusoidal. En la práctica, la precisión se puede mejorar conectando una carga fija, como una bombilla incandescente, agregando el dispositivo en modo de espera y usando la diferencia en el consumo de energía. [4] Esto saca la medición de la zona problemática de baja potencia.
Frecuencia de radio
Los instrumentos con bobinas móviles se pueden calibrar para corrientes continuas o de frecuencia industrial de hasta unos pocos cientos de hercios. En radiofrecuencias, un método común es un circuito rectificador dispuesto para responder a la corriente en una línea de transmisión ; el sistema está calibrado para la impedancia conocida del circuito. Los detectores de diodos se conectan directamente a la fuente o se utilizan con un sistema de muestreo que desvía solo una parte de la potencia de RF a través del detector. Los termistores y termopares se utilizan para medir el calor producido por la potencia de RF y se pueden calibrar directamente o en comparación con una fuente de potencia de referencia conocida. [6] Un sensor de potencia de bolómetro convierte la potencia de radiofrecuencia incidente en calor. El elemento sensor se mantiene a una temperatura constante mediante una pequeña corriente continua. La reducción de la corriente necesaria para mantener la temperatura está relacionada con la potencia de RF incidente. Los instrumentos de este tipo se utilizan en todo el espectro de RF e incluso pueden medir la potencia de la luz visible. Para mediciones de alta potencia, un calorímetro mide directamente el calor producido por la potencia de RF. [6]
Metros de Watthour
Un instrumento que mide la energía eléctrica en vatios hora es esencialmente un vatímetro que integra la potencia a lo largo del tiempo (esencialmente multiplica la potencia por el tiempo transcurrido). Los instrumentos electrónicos digitales miden muchos parámetros y pueden usarse donde se necesita un vatímetro: voltios, corriente, en amperios, potencia instantánea aparente, potencia real, factor de potencia, energía en [k] W · h durante un período de tiempo y costo de electricidad consumida.
Ver también
- Amperímetro
- Medidor de potencia de microondas
- Voltímetro
Referencias
- ^ Cerrar, Charles M. "Capítulo 8: Poder y energía". El análisis de circuitos lineales . pag. 395.
- ^ Medidor eléctrico
- ^ US3959724A - Vatímetro electrónico
- ^ a b Laboratorio Lawrence Livermore de EE. UU., Energía en espera, medición en espera
- ^ Datos enumerados en el texto del manual para el económico medidor de electricidad enchufable Brennenstuhl PM230. La corriente medible más baja se da como 0.02 A, que corresponde a aproximadamente 5 W a 230 VCA
- ^ a b Joseph J. Carr, Circuitos y componentes de RF , Newnes, 2002 ISBN 978-0-7506-4844-8 páginas 351-370
enlaces externos
Este artículo incorpora texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chisholm, Hugh, ed. (1911). " Wattímetro ". Encyclopædia Britannica . 28 (11ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge.
- DC Medición Circuitos capítulo de lecciones en los circuitos eléctricos serie