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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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
POTENCIA INSTANTÁNEA: )()()( titvtP
3
CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES:
LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
4
CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES:
LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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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CONCEPTOS BÁSICOS Y DEFINICIONES:
En ocasiones se utiliza como unidad de potencia el decibelio vatio (dB) o decibelio milivatio (dBm) que se definen como
LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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).
LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
Galvanómetros SCMC (Stationary Coil, Movable Coil)
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
10
LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTROMECÁNICOS:
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATÍMETROS ELECTRÓNICOS:
V
IPinst P
S Q
XVin
Z
RMSX
RMS
SQRT
2
2
LPF
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
BALÓMETROS. TERMISTORES.
Compensación en temperatura
R
VVP rfC
rf 4
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
MEDIDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA
2
1
)()(t
t
tdtPE
Sistemas electromecánicos. VatihorímetroSistemas electrónicos.
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
VATIHORÍMETRO
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LECCIÓN 10
MEDIDORES DE POTENCIA Y ENERGÍA
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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