Общие сведения. 4.1. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока

ТЕМА 4. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

4.1. Измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока

В практике электрорадиоизмерений с задачей измерения мощности приходится сталкиваться практически во всем используемом диапазоне – от постоянного тока и переменного тока низкой частоты до оптического диапазона. Методы измерения мощности в различных диапазонах различны. Например, мощность постоянного тока и переменного тока низкой частоты (при чисто активной нагрузке) измеряют в основном косвенным методом, с помощью вольтметра и амперметра измеряют ток и напряжение и по известным формулам определяют конечный результат

P = UI = I²R = U²/R (4.1)

Современные вычислительные средства позволяют реализовать данные вычисления аппаратурно и тем самым свести косвенные измерения к прямым.

На высокой частоте (ВЧ) предпочитают пользоваться прямыми измерениями мощности, т.к. такие измерения дают более точные результаты.

На сверхвысоких частотах (СВЧ) применяют только прямые измерения, однозначно характеризующие интенсивность электромагнитных колебаний.

Современные приборы позволяют измерять мощность в пределах от 10^-18 до 10⁸ Вт во всем частотном диапазоне от постоянного тока до миллиметровых и более коротких длин волн. При измерениях наряду с абсолютными (ватт, милливатт и т. д.) широко используют относительные (логарифмические) единицы мощности. При этом измеряемую мощность Р_х оценивают числом децибел, определяемым из соотношения

а (дБ)= 10 log Р_х/Р₀, (4.2)

где Ро – мощность, принимаемая за исходный уровень. Практически значение Ро выбирают равным 1 мВт или 1 Вт. В первом случае единица измерения 1 дБ/ мВт, во втором 1 дБ/Вт. В зависимости от соотношения Р_х и Р₀ значение а может быть положительным или отрицательным. Знак минус означает, что Р_х меньше Ро. Отметим, что относительные единицы измерения имеют ряд существенных преимуществ и применяются для оценки мощности источников радиотехнических сигналов, степени их усиления или ослабления, чувствительности приемных устройств, погрешностей измерений и т. д.

Активная составляющая мощности однофазного переменного тока определяется по формуле

P = U I cos φ, (4.3)

где U, I - среднеквадратические значения напряжения и тока;

φ - фазовый сдвиг между ними.

Если нагрузка чисто активная (φ = 0), то мощность переменного тока определяется, как показано в формуле (4.1)

P = U I = I²R_н = U² /R_н (4.4)

Здесь R_н – активная нагрузка.

Отметим, что при активной нагрузке электрическая энергия полностью преобразуется в теплоту и ее количество Q, выделяющееся за 1с, пропорционально подведенной мощности:

Q = k P_x (4.5)

где k — коэффициент пропорциональности.

Дата добавления: 2014-01-04