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.

Existen limitaciones para medir la potencia con vatímetros económicos, o incluso con cualquier medidor no diseñado para mediciones de baja potencia. Esto afecta particularmente a la baja potencia (por ejemplo, menos de 10 vatios), como la que se usa en modo de espera; las lecturas pueden ser tan inexactas que resultan inútiles (aunque confirman que la potencia en modo de espera es baja, en lugar de alta). ^{[ 3 ]} La dificultad se debe principalmente a la dificultad para medir con precisión la corriente alterna, en lugar del voltaje, y a 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 vatios se indica como ±5% del valor medido ±10  W (por ejemplo, un valor medido de 100  W puede tener un error del 5% de 100  W más 10  W, es decir, ±15  W, o 85–115  W); y el error en kW·h se indica como ±5% del valor medido ±0,1  kW·h. ^{[ 4 ]} Si un ordenador portátil en modo de suspensión consume 5  W, el medidor puede indicar 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 puede mejorarse conectando una carga fija, como una bombilla incandescente, añadiendo el dispositivo en modo de espera y utilizando la diferencia en el consumo de energía. ^{[ 3 ]} Esto saca la medición de la problemática zona de baja potencia.

Los instrumentos con bobinas móviles pueden calibrarse para corriente continua o corrientes de frecuencia industrial de hasta unos pocos cientos de hercios. En radiofrecuencias (RF), un método común es un circuito rectificador configurado para responder a la corriente en una línea de transmisión ; el sistema se calibra para la impedancia conocida del circuito. Los detectores de diodo 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 pueden calibrarse directamente o por comparación con una fuente de potencia de referencia conocida. ^{[ 5 ]} 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. ^{[ 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