3.4 Калориметричний (тепловий) метод вимірювання потужності і енергії
Калориметричний метод широко застосовується для вимірювань потужності на високих та надвисоких частотах, наприклад для вимірювання втрат у феромагнітних матеріалах, а також для визначення енергетичних параметрів лазерного випромінювання. Метод грунтується на перетворенні електромагнітної енергії на теплову і визначенні змін параметрів якого-небудь нагрітого тіла (температура, видовження, електричний опір, кількість речовини, що змінила агрегатний стан і т. ін.) Калориметричний метод – це єдиний метод, при якому вимірювана потужність (енергія) поглинання безпосередньо перетворюється у вихідний сигнал або порівнюється з відомою потужністю постійного струму.
В залежності від виду калириметричного середовища (теплоносія) калориметри діляться на рідинні, газові і твердотілі. Як рідкі теплоносії використовують мінеральні оливи, дистильовану воду, нітробензол, кремній-органічні рідини та ін.
Калориметричний метод можна використовувати для вимірювання енергії, пропорційної до кількості тепла, що виділилося за визначений віддтинок часу (калориметричні інтегратори), а також для вимірювання потужності.
Калориметричні ватметри зазвичай працюють в діатермічному режимі, при якому потужність визначається по зміні температури калориметричного середовища. Схема такого ватметра показана на рис. 3.3. Потужність Px, що споживається навантаженням Rx, визначається з різниці температур рідини (теплоносія) 1 на виході і вході калориметра, яка вимірюється за допомогою термобатареї 2 і мілівольтметра при постійній витраті рідини:
Px=CG(Θ2 – Θ1), (3.20)
де C – питома об’ємна теплоемність рідини, Дж/(м3∙К); G – об’ємна витрата рідини, м3/с; Θ1 і Θ2 – температура рідини відповідно на вході і на виході калориметра.
Рисунок 3.2 – Схема
калориметричного ватметра.
Калориметричний метод вимірювання енергії і потужності характеризується похибками від зміни температури оточуючого середовища (або температури теплоносія на вході в калориметр), а також від нестабільності теплових властивостей і швидкості теплоносія. Нижня межа вимірювання калориметричних ватметрів зазвичай становить 1 мВт. В діапазоні частот 50 кГц…1 МГц похибка вимірювання лежить в межах 0,1–2%.
Контрольні запитання:
В яких межах здійснюється вимірювання електричної потужності? Наведіть приклади.
Що таке активна потужність і як вона визначається?
Що називають повною потужністю і коефіцієнтом потужності? Як вони визначаються?
Що таке реактивна потужність і як вона визначається?
Як визначається імпульсна потужність?
Як визначається активна і реактивна потужність у багатофазних колах?
Які методи вимірювання потужності (енергії) вам відомі?
Охарактеризуйте коротко електромеханічний метод вимірювання потужності.
На чому грунтуються електричні методи вимірювання енергії?
Як застосовують калориметричний метод та метод компарування?
Де і як на вашу думку доцільно застосовувати електродинамічні та феродинамічні ватметри?
Чим зумовлюються похибки електродинамічних ватметрів і яким чином вони коректуються?
Поясніть принцип дії та наведіть схему індукційного лічильника елекртичної енергії.
За рахунок чого створюються обертові та гальмівний моменти в індукційному лічильнику елекртичної енергії? Як вони визначаються?
На чому грунтується модуляційний метод вимірювання потужності?
Поясніть принцип вимірювання потужності за методом Монте-Карло.
Що називають калориметрами? Наведіть класифікацію.
Які рідкі теплоносії використовують в калориметрах?
Поясніть принцип дії калориметричного ватметра.
Як здійснюють калібровку калориметричного ватметра?
Якими похибками характеризується калориметричний метод вимірювання?
Які комбінації ШМ, АМ і ЧМ використовують при вимірюванні потужності модуляційним методом?
Наведіть структкрну схему та поясніть принцип роботи ватметра типу ШМ–АМ.
Наведіть структкрну схему та поясніть принцип роботи ватметра типу ШМ–ЧМ.
Наведіть структкрну схему та поясніть принцип роботи ватметрів типу ШМ і АМ.