Instrumente electrice de masurare analogice

Dispozitive componente. Elemente de proiectare

1. Obiectul lucrarii il constituie cunoasterea principalelor instrumente de masurare analogice: magnetoelectric, feromagnetic, electrodinamic, ferodinamic, de inductie, electrostatic si termic.

2. Notiuni pregatitoare:

Instrumentul electric de masurare constituie cea mai simpla asociere de dispozitive si elemente care pot furniza de sine statator informatii de masurare privind marimea electrica aplicata la intrare.

In tabelul din capitolului II.1 am prezentat clasificarea instrumentelor de masurare analogice in functie de principiul de functionare.

Fenomenele care stau la baza functionarii instrumentelor electrice analogice permit producerea unui cuplu activ sub actiunea caruia dispozitivul mobil se pune in miscare. Pentru a obtine o deviatie a carei valoare sa fie functie de marimea electrica de masurat, exista un dispozitiv pentru producerea cuplului rezistent.

Pentru micsorarea timpului de raspuns, instrumentele de masurare sunt prevazute cu un dispozitiv pentru amortizarea miscarii.

In anexa sunt prezentate la fiecare tip de instrument de masurare posibilitatile de obtinere a cuplurilor activ, rezistent si de amortizare.

3. Programul lucrarii

a)   Probleme de studiat

Se vor evidentia pentru instrumentele de masurare analogice: tipul, principiul de functionare, dispozitivele pentru obtinerea cuplului activ, rezistent si de amortizare;

Se vor identifica partile constructive componente;

Determinarea repartitiei inductiei magnetice din intrefierul unui instrument electromagnetic;

Ridicarea caracteristicii la un ampermetru feromagnetic;

Ridicarea caracteristicii la un ampermetru electrodinamic;

Determinarea scarii gradate pentru un ampermetru feromagnetic de 10A;

Proiectarea scarii gradate pentru ampermetrul feromagnetic de 10A in doua situatii;

Considerand constant si avand valoarea obtinuta pentru curentul maxim la punctul 4;

Considerand curba , obtinuta la punctul 4;

4. Modul de experimentare

3. Schema de montaj pentru determinarea repartitiei inductiei magnetice din intrefierul aparatului magnetoelectric este prezentata in figura 1, unde: STC - sursa de tensiune continua 220V/6V; A₁ - ampermetru de studiat; A₂ - ampermetru etalon pentru citirea exacta a curentului; R_h - cutie de rezistente etalon; K₁ - intrerupator.

Se determina din 10s in 10s geometrice la aparatul A₁ intensitatea curentului electric citita la A₂.

Inductia B se calculeaza cu relatia:       (1)

unde: D - cuplul rezistent specific; N - numarul de spire al bobinei mobile; A - sectiunea bobinei mobile.

Fig. 1. Schema de montaj pentru trasarea caracteristicii B = f(α)

Rezultatele se vor trece in tabelul 1.     

Tabelul 1

4. Pentru ridicarea caracteristicii la ampermetrul feromagnetic se realizeaza schema din figura 2, unde: K₁ - intrerupator; R_h - reostat; A₁ - ampermetru de studiat; A₂ - ampermetru etalon pentru citirea exacta a curentului;

Se regleaza R_h incat acul indicator al ampermetrului A₁ sa se fixeze in dreptul reperelor scarii gradate geometrice din 5s in 5s. Se citeste I la aparatul A₂. Rezultatele se trec in tabelul 2.

Relatia de calcul utilizata este:       (2)

unde: D este cuplul rezistent specific.

5. Pentru ridicarea caracteristicii la un ampermetru electrodinamic se foloseste schema din figura 2; rezultatele se trec in tabelul 3. Pentru obtinerea datelor se procedeaza la fel ca la punctul 2.

Figura 2. Schema de montaj pentru determinarea caracteristicilor si

Relatia de calcul este: (3)

unde: D - cuplul rezistent specific.

Tabelul 2

Tabelul 3

6. Pentru determinarea numarului de diviziuni din cantitatea de informatie furnizata de aparatul de masurat se foloseste relatia:

(4)

in care: N_d - numarul de diviziuni; c - indicele de clasa.

Legislatia metrologica prevede ca valoarea oricarei diviziuni (principala, intermediara) sa fie egala cu 110ⁿ, 210ⁿ sau 510ⁿ unitati ale marimii de masurat, n putand fi orice numar intreg (pozitiv, negativ sau zero).

Aceasta conditie poate fi scrisa:

(5)

unde: k = 1, 2, 5; X_max este limita maxima a intervalului de masurare.

Pentru determinarea numarului de diviziuni ale scarii ampermetrului feromagnetic cu I_max = 10A se calculeaza N_d (cu relatia (4)) si se admite valoarea mai mare si cea mai apropiata de cea calculata cu relatia (5).

reprezinta numarul reperelor principale care vor fi cifrate si fiecare interval dintre doua repere cifrate va fi impartit in cate 10 diviziuni.

7. Pentru ampermetrul feromagnetic de 10A, la care s-a determinat la punctul anterior numarul de diviziuni al scarii gradate, se vor considera doua situatii:

Se considera constant si avand valoarea obtinuta pentru curentul maxim de la punctul 4.

Se determina unghiul corespunzator fiecarui reper cu relatia:

(6)

unde: α_max este deschiderea maxima a scarii gradate; I - curentul corespunzator reperului α;      I_max = 10A este curentul maxim.

Rezultatele se trec in tabelul 4.

Tabelul 4

Se proiecteaza scara ampermetrului feromagnetic de 10A considerand curba obtinuta la punctul 4.

Ampermetrul de la punctul 4 are solenatia (NI)_max. Se va determina numarul de spire al bobinei ampermetrului feromagnetic de 10A din conditia de a pastra solenatia constanta. Se pastreaza pentru scara gradata deschiderea α_max.

Unghiul corespunzator fiecarui reper se determina u relatia:

(7)

unde: I_max = 10A; I - curentul corespunzator reperului α; - valoarea de pe curba corespunzatoare curentului I; - valoarea de pe curba corespunzatoare curentului I_max.

Tabelul 5

5. Prelucrarea datelor

Se va trasa curba B = f(α);

Se va trasa caracteristica ;

Se va trasa caracteristica ;

a) Se va desena scara aparatului cu valorile obtinute;

b) Se va desena scara aparatului alaturi de cea obtinuta la punctul a).

6. Interpretarea rezultatelor. Concluzii

Se va analiza curba experimentala in raport cu cea teoretica;

Se va explica forma caracteristicii si in functie de scara aparatului;

Se vor analiza scarile desenate la punctele a) si b) si se va preciza diferenta dintre ele.

Masurarea impedantelor

1. Obiectul lucrarii

In lucrare popun studierea a doua metode indirecte de masurare a impedantelor, si anume

metoda ampermetrului voltmetrului wattmetrului

metoda celor trei tensiuni.

2. Notiuni pregatitoare

Impedanta Z si componentele sale, rezistenta R si reactanta X reprezinta parametrii care caracterizeaza elementele de circuit (rezistoare, bobine, condensatoare), folosite in constructia aparatelor si masinilor electrice. Masurarea acestor marimi este necesara in numeroase cazuri practice, impunand dezvoltarea unor variate aparate si metode de masurare in functie de :

intervalul de masurare

frecventa

precizia impusa eroare de masurare).

A)             Metoda ampermetru-voltmetru wattmetru se bazeaza pe masurarea puterii consumate de impedanta, a tensiunii la borne si a curentului absorbit. Montajul utilizat este aval, pentru ca tensiunea aplicata impedantei sa fie masurata direct.

B)  Metoda celor trei tensiuni presupune masurarea tensiunilor U₁, U_R si U, conform schemei din fig.1 (in care R este o rezistenta nereactiva), cu un voltmetru electronic (pentru a se elimina erorile datorate efectului de suntare al voltmetrului).

Desi aceste metode indirecte sunt mai putin precise, ele au avantajul ca permit masurarea parametrilor Z, R si X in conditii de lucru ale elementelor de circuit examinate (bobine, condensatoare, rezistoare).

Prin urmare, aceste metode se folosesc atunci cand elementele de circuit (de exemplu consumatorii de energie electrica) nu pot fi scoase din instalatie sau trebuie controlate in timpul functionarii lor.

Fig.1 Masurarea impedantei prin metoda celor trei tensiuni

De asemenea, aceste metode se folosesc la incercarile masinilor si aparatelor electrice de joasa sau inalta tensiune pentru determinarea reactantelor, rezistentelor si impedantelor acestor echipamente.

3. Programul lucrarii

a.    Probleme de studiat

Se vor masura impedantele a trei bobine diferite utilizandu se metoda ampermetru voltmetru wattmetru

Se vor masura impedantele bobinelor utilizate la punctul 1 prin metoda celor trei tensiuni.

b. Modul de experimentare

Pentru masurarea impedantelor prin metoda ampermetru-voltmetru-wattmetru se va executa montajul din fig.2

Fig.2 Schema de montaj pentru masurarea impedantei prin metoda ampermetru - voltmetru - wattmetru

in care : A - ampermetru feromagnetic;

W - wattmetru electrodinamic monofazat;

V - voltmetru feromagnetic;

AT - autotransformator (0 240) V

Z_x impedanta de masurat.

La inceputul masuratorii autotransformatorul are cursorul pe pozitia de minima tensiune. Se regleaza apoi o anumita tensiune in circuit, citindu se indicatiile celor trei aparate. Se repeta masuratoarea pentru fiecare din impedantele necunoscute. Valorile si rezultatele se trec in tabelul 1, unde FE este formula exacta de calcul iar FA este formula aproximativa de calcul.

Tabelul 1

2. Pentru masurarea impedantei prin metoda celor trei tensiuni se va utiliza un voltmetru electronic, masurarea tensiunilor facandu-se dupa principiul expus in schema din fig.1

Valorile si rezultatele se trec in tabelul 2.

Tabelul 2

c. Prelucrarea datelor

Notandu-se cu P_W, U si I indicatiile wattmetrului, voltmetrului si ampermetrului si cu R_WU, R_V, R_e rezistentele circuitului de tensiune al wattmetrului, voltmetrului si respectiv rezistenta lor echivalenta R_e=, rezulta pentru Z_X, R_X si X_X formulele date in tabelul 3.

Tabelul 3

2. Notand cu U₁ - tensiunea la bornele sursei, cu U_R - caderea de tensiune pe rezistanta nereactiva si cu U - caderea de tensiune la bornele impedantei necunoscute, rezulta pentru Z_X, R_X si X_X formulele date in tabelul 4.

Nota 1.

In cazul metodei ampermetru-voltmetru-wattmetru formulele exacte se folosesc atunci cand R_e<R_X sau au valori apropiate, iar daca R_e<<R_X se pot folosi formulele aproximative in care se neglijeaza consumul aparatelor de masura.

Tabelul 4

Nota 2.La metoda celor trei tensiuni, rezistenta R introdusa in serie cu impedanta masurata trebuie sa fie mica in comparatie cu Z_X pentru a nu disipa o putere mai mare decat suporta fara a se decalibra.

4. Interpretarea rezultatelor. Concluzii.

Se vor compara valorile impedantelor obtinute prin cele doua metode si se vor trage concluzii privind cea mai adecvata din punct de vedere al preciziei masuratorii.

Se va motiva raspunsul.