8.5 Калориметричний (тепловий) метод вимірювання потужності й 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 засновано 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 калориметричного 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 відрізок часу (калориметричні інтегратори), а також для вимірювання потужності.

Калориметричні ватметри зазвичай працюють в діатермічному режимі, при якому потужність визначається за зміною температури калориметричного середовища. Схема такого ватметра показана на рис. 8.3. Потужність P_x, що споживається навантаженням R_x, визначається з різниці температур рідини (теплоносія) 1 на виході і вході калориметра, яка вимірюється за допомогою термобатареї 2 і мілівольтметра при постійній витраті рідини

P_x=C·G· (Θ₂ – Θ₁), (8.20)

де C – питома об’ємна теплоємність рідини, Дж/(м³∙К); G – об’ємна витрата рідини, м³/с; Θ₁ і Θ₂ – температура рідини відповідно на вході і на виході калориметра.

Калориметричний ватметр зазвичай калібрують шляхом пропускання відомого постійного струму І₀ резистором з відомим опором R_N, що розташований в калориметрі.

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 50кГц…1МГц похибка вимірювання лежить в межах 0,1–2%.

Рисунок 8.3 – Схема калориметричного ватметра

Контрольні запитання:

1. В яких межах здійснюється вимірювання електричної потужності? Наведіть приклади.

2. Що таке активна потужність і як вона визначається?

3. Що називають повною потужністю і коефіцієнтом потужності? Як вони визначаються?

4. Що таке реактивна потужність і як вона визначається?

5. Як визначається імпульсна потужність?

6. Як визначається активна і реактивна потужність у багатофазних колах?

7. Які методи вимірювання потужності (енергії) вам відомі?

8. Охарактеризуйте коротко електромеханічний метод вимірювання потужності.

9. На чому засновано електричні методи вимірювання енергії?

10. Як застосовують калориметричний метод та метод компарування?

11. Чим зумовлюються похибки електродинамічних ватметрів і яким чином вони коректуються?

12. Поясніть принцип дії та наведіть схему індукційного лічильника електричної енергії.

13. На чому базується модуляційний метод вимірювання потужності?

14. Поясніть принцип вимірювання потужності за методом Монте-Карло.

15. Що називають калориметрами? Поясніть принцип дії калориметричного ватметра.