വാട്ട്മീറ്റർ

അനലോഗ് വാട്ട്മീറ്റർ
ഡിജിറ്റൽവാട്ട്മീറ്റർ

ഇലക്ട്രോണിക് സിഗ്നൽ പ്രോസസിങ് സംവിധാനം ഉപയോഗിച്ച് വൈദ്യുത ശക്തി മാപനം ചെയ്യുന്ന ഉപകരണമാണ് ഡിജിറ്റൽ വാട്ട്മീറ്റർ (Digital wattmeter) . വൈദ്യുത ധാര, വോൾട്ടത എന്നിവയുടെ ആർഎംഎസ് (rms) മൂല്യം, അവയുടെ പ്രതീത ശക്തി (apparent power), പ്രതിക്രിയാ ശക്തി, ശക്തി ഗുണകം (power factor) മുതലായവയും ഈ ഉപകരണം പ്രയോജനപ്പെടുത്തി മാപനം ചെയ്യാൻ കഴിയും.

വൈദ്യുത ധാരയുടേയും അതിന്റെ വോൾട്ടതയുടേയും മൂല്യങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഗുണന ഫലമാണ് വൈദ്യുത ശക്തി. മാപനം ചെയ്യേണ്ട വൈദ്യുത ശക്തിക്ക് ആനുപാതികമായ ഒരു അനലോഗ് (സാധർമ്യ) വോൾട്ടത ഇലക്ട്രോണിക് മൾട്ടിപ്ലെയെറുകൾ പോലുള്ള സംവിധാനങ്ങൾ വഴി സൃഷ്ടിച്ച്, അതിനെ ഡിജിറ്റൽ രൂപത്തിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു. തുടർന്ന് പ്രസ്തുത നിർഗമ വോൾട്ടതയുടെ മൂല്യത്തെ വാട്ട്മീറ്ററിന്റെ ഡിസ് പ്ലേ പാനലിൽ (display panel) ദശാംശ അക്കങ്ങളുടെ രൂപത്തിൽ സൂചിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

പ്രധാനമായി നാലു രീതികളിൽ ഡിജിറ്റൽ വാട്ട്മീറ്ററുകൾ നിർമ്മിക്കപ്പെടാറുണ്ട്:- 1. 'ഹാൾ ഇഫെക്ററ് മൾട്ടിപ്ലെയെർ', 2. 'പൾസ് ഹൈറ്റ്/വിഡ്ത് മൾട്ടിപ്ലെയെർ', 3. 'ഇലക്ട്രോണിക് തെർമെൽ വാട്ട്മീറ്റർ', 4. 'ഡിജിറ്റൽ സാംപ്ലിങ് വാട്ട്മീറ്റർ'.

ഹാൾ പ്രഭാവത്തെ (Hall effect) അടിസ്ഥാനമാക്കി പ്രവർത്തിക്കുന്ന വാട്ട്മീറ്ററിൽ നിർഗമ വോൾട്ടത സൃഷ്ടിക്കുന്നത് ഉപകരണത്തിലെ കാന്തിക മണ്ഡലത്തിന്റേയും ധാരയുടേയും മൂല്യങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള ഗുണന ഫലത്തിന് ആനുപാതികമായിട്ടാണ്. തന്മൂലം വൈദ്യുത ധാരയുടേയും കാന്തിക മണ്ഡലത്തിന്റേയും മൂല്യങ്ങൾ യഥാക്രമം ധനാത്മകം - ധനാത്മകം, ഋണാത്മകം - ധനാത്മകം, ധനാത്മകം - ഋണാത്മകം, ഋണാത്മകം - ഋണാത്മകം എന്ന രീതിയിൽ വരുന്ന നാലു അവസ്ഥകളിലും (നാല് ചതുർഥാംശങ്ങൾ) ഈ വാട്ട്മീറ്റർ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും. ഇവയുടെ ബാൻഡ്വിഡ്തും ഉയർന്നതാണ്. പക്ഷേ, നിർഗമ വോൾട്ടതയുടെ താഴ്ന്ന കേവല മൂല്യം (absolute value), വോൾട്ടതയിൽ സമയബന്ധമായി അനുഭവപ്പെടുന്ന വ്യതിയാനം (drift) എന്നിവ മാപന മൂല്യത്തിന്റെ സൂക്ഷ്മതയെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുന്നു.
ഡിജിറ്റൽ സാംപ്ലിങ് വാട്ട്മീറ്ററിന്റെ ഖണ്ഡക ചിത്രം

മാപന ആവശ്യത്തിനായി വൈദ്യുത പൾസുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നവയാണ് പൾസ് ഹൈറ്റ് മൾട്ടിപ്ലെയെർ. ആദ്യമായി പൾസുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. തുടർന്ന് മാപനം ചെയ്യേണ്ട വൈദ്യുത സിഗ്നലിലെ ധാര, വോൾട്ടത എന്നിവ പ്രയോജനപ്പെടുത്തി യഥാക്രമം പൾസിന്റെ വീതിയേയും ആയാമത്തേയും ക്രമീകരിച്ച് ഒരു ഫിൽറ്റർ പരിപഥത്തിലൂടെ കടത്തിവിട്ട് നിർഗമ വോൾട്ടത ലഭ്യമാക്കുന്നു. ഈ വോൾട്ടതയുടെ മൂല്യവും നിവേശ സിഗ്നലിന്റെ വൈദ്യുത ശക്തിക്ക് ആനുപാതികമായിരിക്കും. ഹാൾ പ്രഭാവം കൊണ്ടു പ്രവർത്തിക്കുന്നവയെപ്പോലെ ഇതും നാലു ചതുർഥാംശങ്ങളിലെ വൈദ്യുത ശക്തിമാപനത്തിന് പ്രയോജനപ്പെടുന്നവയാണ്. പക്ഷേ, മാപനം ചെയ്യേണ്ട സിഗ്നലിലെ ഉയർന്ന ആവൃത്തി ഘടകത്തെക്കാൾ കൂടിയ ആവൃത്തിയുള്ളതാവണം പൾസുകൾ എന്നതിനാൽ, ഈ ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തക ബാൻഡ്വിഡ്ത് മറ്റുള്ളവയെ അപേക്ഷിച്ച് താരതമ്യേന കുറഞ്ഞതായിരിക്കും.

വോൾട്ടതാ - ധാര ഗുണനം പ്രാവർത്തികമാക്കാൻ ഓപ്പറേഷനൽ പ്രവർധകങ്ങൾ (operational amplifiers) ഉപയോഗിക്കുന്നവയാണ് ഇലക്ട്രോണിക് തെർമൽ വാട്ട്മീറ്റർ. വളരെ ഉയർന്ന 0.001 ശതമാനത്തിലും താഴ്ന്ന പിശക് - സൂക്ഷ്മതയോടെ മാപന മൂല്യം പ്രദർശിപ്പിക്കാൻ ഇവയ്ക്കു സാധിക്കുന്നു.

വൈദ്യുത ശക്തി മാപനത്തിനായി സാംപ്ലിങ് സംവിധാനങ്ങൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നവയാണ് ഡിജിറ്റൽ സാംപ്ലിങ് വാട്ട്മീറ്ററുകൾ. മാപനം ചെയ്യേണ്ട വൈദ്യുത ധാര, ഉപകരണത്തിലെ 'സാംപിൾ - ആൻഡ് - ഹോൾഡ്' യൂണിറ്റുകളിൽ സൃഷ്ടിക്കുന്ന അനലോഗ് വോൾട്ടതയേയും ധാരയേയും, അനലോഗ്-ടു-ഡിജിറ്റൽ പരിവർത്തകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്, തത്സമയത്തു തന്നെ ഡിജിറ്റൽ രൂപത്തിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു. തുടർന്ന് കംപ്യൂട്ടർ വഴി വോൾട്ടതാ - ധാര ഗുണന ക്രിയയും നടത്തി തൽസമയ ശക്തിയുടെ മൂല്യം കണ്ടുപിടിക്കുന്നു. ഇങ്ങനെ വ്യത്യസ്ത സമയങ്ങളിലെ 'തത്സമയ ശക്തി' കണക്കാക്കി, അവയുപയോഗിച്ച് മാപനം ചെയ്യേണ്ട വൈദ്യുത ശക്തിയുടെ മൂല്യവും, കണ്ടെത്താൻ കഴിയുന്നു.

ഡിജിറ്റൽ രൂപത്തിലുള്ള ഡിസ് പ്ലേ, ഉയർന്ന ബാൻഡ്വിഡ്ത് (നൂറ് കിലോ ഹെർട്സോ അതിലും കൂടുതലോ), മെച്ചപ്പെട്ട സൂക്ഷ്മത എന്നിവ ഡിജിറ്റൽ വാട്ട്മീറ്ററുകളുടെ എടുത്തു പറയേണ്ട സവിശേഷതകളാണ്.