Un qualunque wattmetro generalmente non ha problemi a misurare potenze dell’ordine dei 20 W e superiori.

Quando invece si vogliono eseguire misure accurate sui consumi energetici in stand-by, le potenze in gioco sono molto piccole e le difficoltà di misura aumentano notevolmente.

Vediamo quali sono i problemi nella misura di piccole potenze e quali sono gli strumenti più adatti per verificare accuratamente i consumi energetici in stand-by.

Il cablaggio corretto del wattmetro

Ogni strumento di misura influenza necessariamente il circuito che si intende misurare. Nel caso delle misure col wattmetro, il problema si raddoppia, in quanto l’obiettivo è di misurare contemporaneamente tensione e corrente per ricavare il valore della potenza.

Il circuito di misura di wattmetro è infatti composto da due rami, uno per la misura di tensione, l’altro per la misura di corrente, che possono essere collegati in due modi diversi, e la cui scelta influenza notevolmente l’accuratezza delle misura di potenza.

Nei circuiti qui descritti, R_i rappresenta la resistenza del canale di misura della corrente di un wattmetro, tipicamente di basso valore, spesso anche indicata come shunt, mentre con R_u viene indicata la resistenza del canale di misura delle tensione, tipicamente di alto valore.

Il circuito qui sotto rappresenta una configurazione del circuito di misura del wattmetro che misura perfettamente il valore di tensione sul carico, ma che introduce un errore di misura sistematico della corrente.

Fig. 1 - Circuito che misura correttamente la tensione sul carico a scapito di un errore sistematico della corrente misurata. Preferibile per la misura di potenze elevate

Infatti, in questo caso il canale di misura della tensione non è influenzato dalla resistenza del canale di misura delle corrente e misura esattamente la tensione ai capi del carico. Invece, il canale di misura della corrente non misura esattamente la corrente che scorre nel carico, bensì la somma della corrente del carico con quella che scorre nel ramo di misura della tensione del wattmetro.

Il cablaggio di misura della figura 1 è preferibile quando la corrente che scorre in R_u è molto più piccola della corrente che scorre nel carico Z.

In pratica, il circuito della figura 1 consente di misurare bene potenze elevate, mentre introduce errori anche grossolani nella misura di basse potenze.

Ad esempio, la resistenza R_u tipica di un canale di misura della tensione è dell’ordine di 1 MΩ, per cui se si sta misurando un'apparecchiatura alimentata con la tensione di rete, la potenza da essa dissipata è dell’ordine di 50 mW.

E’ chiaro quindi che se si volesse misurare il consumo di un apparecchiatura in standby, per esempio che assorbe 100 mW, si otterrebbe un errore davvero grossolano con il circuito di figura 1, in quanto i 50 mW assorbiti dal canale di misura della tensione sarebbero confrontabili con la potenza da misurare assorbita del carico.

La configurazione alternativa del circuiti di misura è quella riportata qui sotto, la quale permette di misurare esattamente la corrente che attraversa il carico, introducendo però un errore sistematico nella misura della tensione.

Fig. 2 : Circuito che misura correttamente la corrente che attraversa il carico a scapito di un errore sistematico della tensione misurata. Preferibile per la misura di basse potenze assorbite dal carico

In questo caso, il ramo di misura della corrente del wattmetro è attraversato dalla stessa corrente del carico, per cui non vi sono errori, mentre il ramo di misura della tensione misura la somma delle tensione ai capi del carico e la caduta di tensione ai capi della resistenza shunt di misura.

Pertanto, questo circuito minimizza gli errori sistematici quando la caduta di tensione sulla resistenza R_i è trascurabile rispetto alla tensione sul carico. E’ quello che si verifica normalmente nel caso di misure di bassa potenza.

Pertanto, la configurazione del circuito di figura 2 è quella consigliabile per le misure col wattmetro della potenza assorbita in standby.

Considerando i valori dell’esempio precedente, con assorbimento in standby di 100 mW e alimentazione da rete, la potenza dissipata nel ramo di misura della tensione sarebbe di appena 9 μW, equivalente a un errore di circa il 0,01%, contro un errore di circa il 50% che si riscontrerebbe adottando il circuito dello figura 1.

Ma visto che abbiamo descritto errori sistematici, non basterebbe tenerne conto per ricavare la misura corretta in ogni caso?

Sfortunatamente servirebbero i valori esatti di R_i e R_u, che invece sono conosciuti solo approssimativamente e sono variabili con la frequenza, per cui la soluzione più sensata è quella di adottare lo schema di collegamento più adatto.