APARATE ANALOGICE INDICATOARE

APARATE ANALOGICE INDICATOARE

In reprezentarea analogica, fiecarei valori x_i a marimii de masurat X, ii corespunde o valoare unic determinata y_i a marimii de iesire Y si reciproc. O marime fizica ce variaza continuu va fi reprezentata printr-o marime de iesire a carei variatie este tot continua, deci analoaga intrarii (de unde si numele de aparat analogic).

Marimi analogice

x y

A_n B_n

A₃ B ₃

A₂ B₂

A₁ B₁

t t

x - marimea de intrare      y - marimea de iesire

t - timpul      t - timpul

1. Principiul de functionare

Circuit de intrare

Principiul de functionare a aparatelor analogice indicatoare se bazeaza pe conversia marimii de masurat electrice intr-o marime mecanica, care determina deplasarea unui indice in fata unei scari gradate pe care se citeste valoarea masurata.

Dispozitiv de afisare

Dispozitiv de masurat

Deoarece functionarea aparatelor analogice se bazeaza pe conversia energiei electrice in energie mecanica, ele sunt de fapt convertoare electromecanice. De aceea, aceste aparate poarta denumirea de aparate electromecanice.

Din punct de vedere constructiv, aparatele analogice sunt alcatuite din parti functionale grupate intr-o schema bloc.

Schema bloc a unui aparat de masurat analogic

Circuitul de intrare are rolul de a transforma marimea de masurat intr-o marime convenabila dispozitivului de masurare si poate fi un traductor, un redresor, un amplificator, un atenuator.

Dispozitivul de masurare este un ansamblu de componente in care are loc conversia electromecanica, dupa o anumita lege fizica.

Dispozitivul de afisare permite observarea sau citirea valorii masurate.

Functionarea aparatelor de masurat analogice se bazeaza pe functionarea dispozitivele de masurare analogice.

Dispozitivele de masurare transforma o marime electrica de masurat (X) intr-o marime mecanica, de obicei un cuplu de forte, numit cuplu activ (M_a). Acest cuplu se produce din interactiunea marimilor fizice ce caracterizeaza la un moment dat componentele principale ale dispozitivului (sistemul fix si sistemul mobil, denumit si echipaj fix si mobil).

Cuplul activ provoaca rotirea sistemului mobil al aparatului cu un unghi α proportional cu valoarea marimii masurate X.

M_a= f(x)

Cuplul active este echlibrat cu un cuplu rezistent (M_r) care se opune miscarii si este proportional cu deviatia indicatorului α :

M_r= kα

unde k este o constanta constructiva.      

Din conditia de echilibru al sistemului aflat in miscare:     

M_a = M_r , f(x) = kα Cuplul activ echilibrat de un cuplu rezistent

se obtine:

α = F(x),

unde F este o functie ce caracterizeaza fiecare aparat de masurat.

Expresia matematica α = F (X), poarta denumirea de caracteristica de conversie si exprima relatia dintre marimea de masurat X si deplasarea α a echipajului mobil.

2. Clasificarea aparatelor de masurat analogice in functie de principiul de functionare

In functie de natura fenomenelor fizice care stau la baza producerii cuplului activ, dispozitivele de masurare analogice se realizeaza intr-o mare varietate constructiva. Dispozitivele de masurare se denumesc dupa principiul de functionare si determina totodata denumirea aparatului analogic din care fac parte. Pe cadranul aparatului este inscriptionat un simbol care corespunde principiului de functionare.

In tabelul de mai sus sunt prezentate diverse dispozitive de masurare, principiilor lor de functionare si simbolurile dupa care se identifica.

3. Elemente constructive ale aparatelor de masurat analogice

Cu toata diversitatea tipurilor costructive ale aparatelor de masurat analogice, acestea poseda totusi, o serie de elemente costructive si functionale comune.

Astfel, daca ne referim la aparatele de masurat cele mai uzuale, toate sunt alcatuite dintr-o cutie in interiorul caruia se gaseste dispozitivul de masurat. Pe partea frontala a cutiei, se gaseste un cadran cu scara gradata; de-a lungul scarii gradate se deplaseaza indicatorul; pentru legarea aparatului in circuitul de masurare, se folosesc bornele situate intr-o anumita parte a cutiei.

Elementele constructive si functionale comune sunt prezentate in tabelul de mai jos:

Dispozitiv	Rol functional	Constructie	Desen / Observatii
Dispozitiv pentru producerea cuplului activ	Produce cuplul activ prin interactiunea marimilor fizice ce caracterizeaza la un moment dat sistemul fix si sistemul mobil	.sistemul fix: magneti permanenti, bobine, electromagneti, piese metalice .sistemul mobil: bobine mobile, piese metalice, placi feromagnetice, discuri nemagnetice	ac indicator N S magnet bobina
Dispozitiv pentru producerea cuplului rezistent	Produce un cuplu rezistent, de sens contrar cuplului activ care echilibreaza sistemul	. arcuri spirale, fire sau benzi de care este suspendat echipajul mobil, confectionate din materiale elastice si nemagnetice magnet permanent	Daca asupra echipajului mobil ar actiona numai cuplul activ, acesta s-ar deplasa pana la limita extrema, indiferent de valoarea marimii masurate.
Dispozitiv de afisare	Permite observarea sau citirea valorii masurate.	. Indice (ac indicator) fixat solidar de sistemul mobil . Scara gradata trasata pe un cadran
Corector de zero	Permite reglarea din exterior a pozitiei indicatoului atunci cand acesta se abate de la pozitia zero, in absenta semnalului de masurare	Butonul crestat aflat pe carcasa aparatului se prelungeste cu o tija excentrica. Tija actioneaza o parghie care este fixata la un capat al acului spiral. Prin rotirea butonului, parghia actioneaza arcul spiral care deplaseaza sistemul mibil din care face parte si indicatorul
Amortizor	Amortizeaza miscarea acului indicator si limiteaza oscilatiile acestuia in jurul pozitiei de echilibru, micsorand in acest mod timpul de raspuns al aparatului	. de tip pneumatic -cu paleta -cu piston .de tip electromagnetic	piston
Elemente de conectare	Realizeaza legatura aparatului cu circuitul electric de masurare	borne conectori
Elemente de fixare	Realizeaza fixarea elementelor costructive	sasiu
Elemente de protectie	Asigura protectia elementelor costructive si a utilizatorului	carcasa garnituri ecrane

4. Caracteristici metrologice ale aparatelor de masurat analogice

Caracteristica de conversie Pentru aparatele de masurat analogice, aceasta exprima de regula dependenta dintre deplasarea α indicatorului si intensitatea curentului care strabate elementele constructive ale dispozitivului de producere a cuplului activ.

Caracterul uniform sau neuniform al scarii gradate este determinata de expresia matematica a caracteristicii de conversie.

Astfel, o caracteristica de forma α = kX exprima o dependenta liniara a marimii de iesire α fata de marimea de intrare (de masurat) X, ceea ce determina o scara uniforma.

Sensibilitatea si pragul de sensibilitate sunt caracteristici importante ale aparatelor electrice, deoarece acestea trebuie sa masoare marimi incepand cu valori de ordinul micronilor din marimea respectiva.

Puterea consumata este puterea absorbita de aparatul de masurat in timpul masurar La masurarea intensitatii curentului, tensiunii, puterii, marimea masurata furnizeaza singura energia necesara. In schimb, la masurarea rezistentei electrice, marimea nu furnizeaza energie, aceasta provenind de la o sursa exterioara suplimentara.

Exactitatea instrumentala se exprima cantitativ prin indicele clasei de exactitate (c).

Indicele de clasa informeaza pe utilizator asupra erorii maxime ce poate sa apara la masurarea cu aparatul respectiv, in conditii de referinta, acul indicator fiind la capatul superior al scarii gradate. Aceasta eroare se numeste eroare relativa tolerata maxima, iar nivelul ei este mentionat in tabelul urmator:

Se observa ca eroarea este egala numeric (in procente) cu indicele de clasa.

Un voltmetru, cu domeniul maxim U_max =100V si indicele clasei de exactitate c = 1, masoara 20V; 50V; 80V; 100V. Eroarea absoluta tolerata maxima (∆X)_max si eroarea relativa tolerata maxima (∆X/X)_max, sunt prezentate in tabelul urmator:

In figurile urmatoare este prezentata repartizarea erorilor relative tolerate: grafic (a.) si pe scara gradata (b.)

a.)

∆X

X

20 40 60 80 100 U α - unghiul acului indicator

Pentru o masurare corecta, acul indicator trebuie sa fie plasat in ultima treime a scarii gradate.

5. Tipuri constructive de aparate analogice

In practica, cele mai utilizate aparate analogice sunt cele magnetoelectrice, feromagnetice, electrodinamice, ferodinamice, ale caror caracteristici sunt prezentate in urmatorul tabel: