Vatímetro

El vatímetro es un instrumento para medir la potencia eléctrica activa (o el promedio del flujo de energía eléctrica ) en vatios de cualquier circuito . Los vatímetros electromagnéticos se utilizan para medir la potencia de la red eléctrica y la frecuencia de audio; se requieren otros tipos para mediciones de radiofrecuencia.

Un vatímetro lee el valor promedio del producto v(t)i(t) = p(t) , donde v(t) es la tensión con polaridad de referencia positiva en el terminal ± con respecto al otro terminal de la bobina de potencial, e 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 estacionario sinusoidal se reduce a V _rms I _rms cos(φ), donde T es el período de p(t) y φ es el ángulo en el que la corriente está retrasada con respecto a la tensión. ^{[ 1 ]}

El húngaro Ottó Bláthy patentó su vatímetro de corriente alterna.

En 1974, Maghar S. Chana, Ramond L. Kraley, Eric A. Hauptmann Barry y M. Pressman patentaron un vatímetro electrónico primitivo. Este dispositivo está compuesto por transformadores de potencia, corriente y voltaje, que miden la potencia promedio. ^{[ 2 ]}

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 a su alrededor. La intensidad de este campo es proporcional a la corriente de línea y está en fase con ella. Por lo general, la bobina de potencial tiene una resistencia de alto valor conectada en serie para reducir la corriente que la atraviesa.

El resultado de esta disposición es que en un circuito de corriente continua (CC), la desviación de la aguja es proporcional tanto a la corriente ( I ) como al voltaje ( V ), conforme así a la ecuación P = VI .

En corriente alterna (CA) , la corriente y el voltaje pueden no estar en fase debido a los efectos de retardo de la inductancia o capacitancia del circuito . En un circuito de CA, la desviación es proporcional al producto instantáneo promedio del voltaje y la corriente, lo que permite medir la potencia activa , P = VI cos φ . Aquí, cos φ representa el factor de potencia , que indica 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 vatímetros electrónicos se utilizan para mediciones directas de baja potencia o para mediciones de potencia en frecuencias que superan el rango de los instrumentos tipo electrodinamómetro.

There are limitations to measuring power with inexpensive wattmeters, or indeed with any meters not designed for low-power measurements. This particularly affects low power (e.g. under 10 watts), as used in standby; readings may be so inaccurate as to be useless (although they do confirm that standby power is low, rather than high).^[3] The difficulty is largely due to difficulty in accurate measurement of the alternating current, rather than voltage, and the relatively little need for low-power measurements. The specification for the meter should specify the reading error for different situations. For a typical plug-in meter the error in wattage is stated as ±5% of measured value ±10 W (e.g. a measured value of 100 W may be wrong by 5% of 100 W plus 10 W, i.e., ±15 W, or 85–115 W); and the error in kW·h is stated as ±5% of measured value ±0.1 kW·h.^[4] If a laptop computer in sleep mode consumes 5 W, the meter may read anything from 0 to 15.25 W, without taking into account errors due to non-sinusoidal waveform. In practice accuracy can be improved by connecting a fixed load such as an incandescent light bulb, adding the device in standby, and using the difference in power consumption.^[3] This moves the measurement out of the problematic low-power zone.

Instruments with moving coils can be calibrated for direct current or power frequency currents up to a few hundred hertz. At radio frequencies (RF) a common method is a rectifier circuit arranged to respond to current in a transmission line; the system is calibrated for the known circuit impedance. Diode detectors are either directly connected to the source, or used with a sampling system that diverts only a portion of the RF power through the detector. Thermistors and thermocouples are used to measure heat produced by RF power and can be calibrated either directly or by comparison with a known reference source of power.^[5] A bolometer power sensor converts incident radio frequency power to heat. The sensor element is maintained at a constant temperature by a small direct current. The reduction in current required to maintain temperature is related to the incident RF power. Instruments of this type are used throughout the RF spectrum and can even measure visible light power. For high-power measurements, a calorimeter directly measures heat produced by RF power.^[5]

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 utilizarse donde se necesita un vatímetro: voltios , corriente en amperios , potencia aparente instantánea, potencia real, factor de potencia, energía en [kW·h] durante un período de tiempo y coste de la electricidad consumida.

• Medidor de potencia de microondas

• Rebuldela, Gregorio; Jargon, Jeffery A. (1992). "Calibración de vatímetros de onda continua de alta potencia en el NIST" . J Res Natl Inst Stand Technol . 97 ( Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ): 673–686 . doi : 10.6028/jres.097.031 . PMC 4909189. PMID 28053451 .  

Este artículo incorpora texto de una publicación que ahora es de dominio público : Chisholm, Hugh , ed. (1911). " Wattmeter ". Encyclopædia Britannica . Vol. 28 (11.ª ed.). Cambridge University Press.    

• Capítulo sobre circuitos de medición de CC de la serie Lecciones sobre circuitos eléctricos