電力計

電力計は、任意の回路の有効電力（または電気エネルギーの流量の平均）をワット単位で測定する機器です。電磁電力計は、商用周波数および可聴周波数電力の測定に使用されます。無線周波数測定には他のタイプが必要です。

電力計は積 v( t )i(t) = p(t)の平均値を読み取ります。ここでv(t)は電位コイルのもう一方の端子に対する ± 端子の正の基準極性の電圧、i (t)は電流コイルの ± 端子に基準方向で流入する電流です。電力計はP = (1/T) ∫ ₀ ^T v(t)i(t) dt を読み取ります。これは正弦定常状態ではV _rms I _rms cos(φ) に減少します。ここでTはp(t)の周期、φ は電流が電圧より遅れる角度です。^[1]

ハンガリー人のオットー・ブラーティは、 AC 電力計の特許を取得しました。^[要出典]

1974年、マガル・S・チャナ、ラモンド・L・クレイリー、エリック・A・ハウプトマン・バリー、M・プレスマンが初期の電子電力計の特許を取得しました。この装置は電力、電流、電圧の変圧器で構成されており、平均電力を測定します。^[2]

従来のアナログ電力計は電気力学的な計測器です。この装置は、電流コイルと呼ばれる一対の固定コイルと、電位コイルと呼ばれる可動コイルで構成されています。

電流コイルは回路に直列に接続され、電位コイルは並列に接続されます。また、アナログ電力計では、電位コイルに目盛り上を動く針が付いており、測定値を示します。電流コイルを流れる電流により、コイルの周囲に電磁場が発生します。この電磁場の強さは、線電流に比例し、同位相です。電位コイルには、通常、流れる電流を減らすために、直列に高抵抗器が接続されています。

この配置の結果、直流(DC) 回路では、針の偏向は電流( I )と電圧 ( V )の両方に比例し、式P = VIに従います。

AC電力の場合、回路のインダクタンスまたは静電容量の遅延効果により、電流と電圧の位相が一致しないことがあります。AC回路では、偏向は電圧と電流の平均瞬間積に比例するため、有効電力P = VI cos φが測定されます。ここで、cos φ は力率を表し、伝送される電力は、同じ回路内の 電圧計と電流計の読み取り値を掛け合わせて得られる皮相電力よりも小さい可能性があることを示します。

電子電力計は、直接的な小電力測定、または電気力計タイプの計測器の範囲を超える周波数での電力測定に使用されます。

最新のデジタル電力計は、電圧と電流を 1 秒間に数千回サンプリングします。各サンプルについて、電圧は同じ瞬間に電流で乗算されます。少なくとも 1 サイクルの平均が実効電力です。実効電力を見かけのボルトアンペア(VA) で割ったものが力率です。コンピュータ回路は、サンプリングされた値を使用して、RMS 電圧、RMS 電流、VA、電力 (ワット)、力率、およびキロワット時を計算します。読み取り値は、デバイスに表示したり、ログを提供して平均を計算するために保持したり、他の機器に送信してさらに使用したりできます。電力計は、特に実効電力が VA よりはるかに低い場合 (電気モーターなどの非常に反応性の高い負荷)、エネルギー消費を正確に計算する際に大きなばらつきがあります。単純なメーターは、正弦波の波形に対してのみ指定された精度を満たすように校正される場合があります。多くの電子機器で使用されているスイッチング モード電源の波形は正弦波から大きく離れている可能性があり、どの電力でも未知の、場合によっては大きな誤差が発生します。これはメーターのマニュアルには記載されていない可能性があります。

安価な電力計、あるいは低電力測定用に設計されていない電力計で電力を測定することには限界がある。これは特に、待機電力として使用される低電力（例：10ワット未満）に影響し、測定値が不正確すぎて役に立たない可能性がある（ただし、待機電力が高いのではなく低いことは確認できる）。^[3]この困難さは、主に電圧ではなく交流電流の正確な測定の難しさと、低電力測定の必要性が比較的少ないことに起因している。電力計の仕様では、さまざまな状況での読み取り誤差を明記する必要がある。一般的なプラグイン電力計の場合、ワット数の誤差は測定値の±5% ±10 Wと記載されている（例：測定値100 Wは、100 Wの5%プラス10 W、つまり±15 W、つまり85～115 Wの誤差となる可能性がある）。また、kW·hの誤差は測定値の±5% ±0.1 kW·hと記載されている。^[4]スリープモードのノートパソコンが5Wを消費する場合、非正弦波形による誤差を考慮に入れなければ、メーターは0～15.25Wの範囲で値を読み取る可能性があります。実際には、白熱電球などの固定負荷を接続し、スタンバイ状態のデバイスを追加して、消費電力の差を使用することで精度を向上させることができます。^[3]これにより、問題のある低電力ゾーンから測定値が移動します。

可動コイルを備えた計測器は、直流電流または数百ヘルツまでの電力周波数電流に対して校正できます。無線周波数(RF) では、一般的な方法は、伝送線路の電流に応答するように配置された整流回路です。システムは、既知の回路インピーダンスに対して校正されます。ダイオード検出器は、ソースに直接接続されるか、RF 電力の一部のみを検出器に流すサンプリング システムと共に使用されます。 サーミスタと熱電対は、RF 電力によって生成される熱を測定​​するために使用され、直接または既知の基準電力源と比較して校正できます。^[5]ボロメータ電力センサーは、入射する無線周波数電力を熱に変換します。センサー要素は、小さな直流電流によって一定温度に維持されます。温度を維持するために必要な電流の減少は、入射する RF 電力に関係します。このタイプの計測器は、RF スペクトル全体で使用され、可視光電力も測定できます。高電力測定の場合、熱量計はRF 電力によって生成される熱を直接測定します。^[5]

ワット時間で電気エネルギーを測定する機器は、本質的には電力を時間とともに積分する（本質的には電力を経過時間で乗算する）電力計です。デジタル電子機器は、ボルト、アンペアでの電流、瞬時見かけ電力、実際の電力、力率、一定期間のエネルギー（[k]Wh）、消費電気料金など、多くのパラメータを測定し、電力計が必要な場所で使用できます。

ウィキメディア・コモンズには、ワットメーターに関連するメディアがあります。

• マイクロ波電力計

• Rebuldela, Gregorio; Jargon, Jeffery A. (1992)。「NIST での高出力 CW ワットメーターの校正」。J Res Natl Inst Stand Technol  (国立標準技術研究所): 673–686。doi : 10.6028/jres.097.031。PMID 28053451。

 この記事には、現在パブリック ドメインとなっている出版物のテキストが組み込まれています:  Chisholm, Hugh編 (1911)。「ワットメーター」。Encyclopædia Britannica。第 28 巻 (第 11 版)。Cambridge University Press。

• 電気回路のレッスンシリーズのDC 計測回路の章