vatimetros

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ÍNDICE:

10.1. Conceptos básicos y definiciones.10.2. Medida de potencia por transmisión.10.3. Medida de potencia por absorción.10.4. Medidas de energía eléctrica..10.5. Bibliografía.

OBJETIVOS:

Descripción de los equipos electrónicos destinados a medir potencia tanto en circuitos de continua y baja frecuencia como en sistemas de radiofrecuencia y microondas. Descripción de los equipos electrónicos destinados a la medida de energía eléctrica

LECCIÓN 10

MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA

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CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES:

LECCIÓN 10


POTENCIA INSTANTÁNEA: )()()( titvtP

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LECCIÓN 10


POTENCIA INSTANTÁNEA: )()()( titvtP

POTENCIA MEDIA O ACTIVA:

POTENCIA APARENTE:

POTENCIA REACTIVA:

FACTOR DE POTENCIA:

T

dttitvT

P0

)()(1

RMSRMS IVS 22 PSQ

2

2

1

1

P

QS

PPF

cosS

PPF

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LECCIÓN 10


PARA SEÑALES SENOIDALES SE CUMPLE:

POTENCIA MEDIA O ACTIVA:

picopicoRMSRMS IVIVS 2

cosRMSRMS IVP

senRMSRMS IVQ

cosS

PPF

POTENCIA APARENTE:

POTENCIA REACTIVA:

FACTOR DE POTENCIA:

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En ocasiones se utiliza como unidad de potencia el decibelio vatio (dB) o decibelio milivatio (dBm) que se definen como

LECCIÓN 10


WPdBPdBWP 10log10

mWPdBmPdBmWP 10log10

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MEDIDA DE POTENCIA POR TRANSMISIÓN:

La medida de potencia mediante el método de transmisión se consigue por la observación del efecto de las señales (tensión y corriente) sobre un sistema calibrado siendo disipada la potencia en su mayor parte sobre la carga del circuito y no sobre el equipo de medida (efecto de carga reducido). Es el modo más indicado para realizar medida de potencia de bajas frecuencias (desde cc hasta centenares de kHz).

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LECCIÓN 10


VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:

Galvanómetros SCMC (Stationary Coil, Movable Coil)

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LECCIÓN 10



Sean im(t) e if(t) las corrientes que pasan por las bobinas móvil y fija, respectivamente. Sobre la bobina móvil actúan tres pares: un par motor, debido a la interacción magnética entre las corrientes por las bobinas, un par antagonista, debido a resortes antagonistas, y un par de amortiguamiento, debido al amortiguador de aire. El par antagonista tiene magnitud Mant= k α, donde α es el ángulo de desviación respecto del equilibrio del resorte

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LECCIÓN 10



10

LECCIÓN 10



En la práctica se intenta que la distribución de las bobinas sea tal que, en el rango de variación de , M resulte proporcional a . De este modo resulta M/= C, constante, por lo que la expresión para el par motor resulta Mm = C im if.

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El ángulo de equilibrio de la aguja vendrá dado por la ecuación mant MM o sea:

Por lo tanto, el ángulo de desviación de la aguja indicadora resulta proporcional al valor medio del producto de las corrientes if e im:

LECCIÓN 10



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LECCIÓN 10



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LECCIÓN 10



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LECCIÓN 10


VATÍMETROS ELECTRÓNICOS:

V

IPinst P

S Q

XVin

Z

RMSX

RMS

SQRT

2

2

LPF

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LECCIÓN 10


MEDIDA DE POTENCIA POR ABSORCIÓN.

En este método de medida de potencia se utiliza como carga del circuito el propio elemento sensor de la medida. Calorímetro. Método general teóricamente no existen limitaciones respecto a la frecuencia de entrada, rango dinámico o sensibilidad de la medida de potencia.

Dispositivos específicos. (termistor, termoacoplador, diodo detector) que tienen como salida una señal de cc o baja frecuencia proporcional a la potencia disipada. Medida de potencia en alta frecuencia (RF y microondas)

Señal cc o debaja frecuenciaPotencia

absorbida porel sensor

Sensor de potenciaMedidor

dePotencia

DisplayDiodo Detector

TermoacopladorTermistor

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LECCIÓN 10


CALORÍMETRO

Se calcula la potencia disipada observando el incremento de temperatura de un determinado fluido, de capacidad calorífica y flujo (caudal) conocida que se utiliza para refrigerar la carga del circuito

QcPP

= 995 kg m-3 y c = 4180 J kg-1 K-1

PARA EL AGUA

TlQWPP min)/(69)(

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LECCIÓN 10


BALÓMETROS. TERMISTORES.Se basan en el uso de dispositivos cuya resistividad varía en función de la potencia que disipan

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LECCIÓN 10


BALÓMETROS. TERMISTORES.

Puente auto-balanceado

R F

T e r m i s t o r

R R

R

RT

-+

P o l a r i z a c i ó n

Modificación del puente auto-balanceado para bloquear IRF

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LECCIÓN 10


BALÓMETROS. TERMISTORES.

Compensación en temperatura

R

VVP rfC

rf 4

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LECCIÓN 10


TERMOACOPLADORES.Principio de funcionamiento de un termoacoplador

Vh

Unióncaliente

Metal 1

Metal 2

- +V1

- +V2

Unión fria-

+

1 2hV = V + V - V0

Campo E

Electrones de difusión

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LECCIÓN 10


TERMOACOPLADORES.Realización práctica de un sensor de potencia con termoacoplador

RF

Resistenciade películametálica

Unióncaliente

caliente

fria

Uniónfria

Resistenciade películametálica

Al Voltímetro CC

Cc

Cb

Semiconductortipo N

Contactosdorados

Contactosdorados

Potenciade RF

Termoacopladores

Semiconductortipo N

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LECCIÓN 10


DIODOS DETECTORES.

Zona cuadrática

0.01 mW-70 dBm

VO (log)

Zona lineal

[w]0.1 nW

-20 dBm

Voµ PIN

PIN

Ruido defondo

Vs CbRm

Rs

Vo

+

-

Característica de pequeña señal de un diodo

Respuesta del diodo detector como medidor de potencia

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LECCIÓN 10


DIODOS DETECTORES.

Circuito completo de medida con diodo detector

Diodo SensorChopper

DiodoDetector

MedidorDetectorSíncrono LPF ADCAtenuadorBPF

Generadorde ondacuadrada

µProcesador

RF CACC

220Hz

DAC

AUTOCERO

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LECCIÓN 10


Rango de entrada válido para los distintos dispositivos de medición de potencia de radiofrecuencia estudiados

-70 --60 -50 -40 -30 -20 -10 0 +10 +20 +30 +40 +50[dBm]

Termistor

Termoacoplador(zona cuadrática)

Rango extendidousando atenuador

Diodo detector(zona cuadrática)

Rango extendidousando atenuador

Diodo detector para señales no pulsantes oseñales moduladas

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LECCIÓN 10


MEDIDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA

2

1

)()(t

t

tdtPE

Sistemas electromecánicos. VatihorímetroSistemas electrónicos.

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LECCIÓN 10


VATIHORÍMETRO

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LECCIÓN 10


SISTEMAS ELECTRÓNICOS

Diagrama de bloques de un sistema electrónico de medición de energía.

IPinst

VP

CONTADORVin

Z

LPF VCO 1/N 888

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