Masurarea intensitatii curentului ampermetre

MASURAREA INTENSITATII CURENTULUI AMPERMETRE

Intensitatea curentului electric este definita drept cantitatea de electricitate ce trece in unitatea de timp printr-o sectiune a unui circuit.Unitatea de masura, amperul, este o unitate fundamentala a sistemului SI. In general, intensitatea curentului electric se masoare prin metode cu citire directa, cu aparete indicatoare ce se numesc ampermetre.

Ampermetrele sunt aparate de masurat a caror indicatie depinde de intensitatea curentului electric ce trece prin ele:

a=f(I)

Din caracteristica statica de functionare a aparatelor magnetoelectrice

α=K.I

se observa ca aceste aparate pot fi folosite ca ampermetre.

Ampermetrele magnetoelectrice vor fi numai de curent continuu, deoarece aparatele magnetoelectrice functioneza numai in curent continuu.

1. Montarea ampermetrelor in circuit

Deoarece la ampermetre indicatia depinde de intensitatea curentului ce le strabate, pentru a masura intensitatea curentului intr-un circuit este necesar ca ampermetru sa fie montat in serie in circuitul respectiv, pentru ca astfel curentul de masurat sa treaca prin aparat.

Orice circuit in care se masoara intensitatea curentului poate fi redus la o schema echivalenta care contine o sursa de tensiune E si o rezistenta R (fig.3.3. a).In acest caz intensitatea curentului va fi :

I=E/R

Dupa montarea ampermetrului, in circui intervine in serie si rezistenta sa proprie ra(fig.3.3.b), iar intensitatea curentului va devenii

I1=E/R+ra

Ca urmare ,masurare va fi afectata de o eroare sistematica de metoda

Fig.3. Montarea ampermetrului in circuit .

a - circuit fara ampermetru ; b - circuit cu ampermetru montat corect; c - circuit cu ampermetru montat gresit;

Pentru ca la montarea ampermetrului intr-un circuit functionarea circuitului sa se modifice cat mai putin (I1=I),este necesar ca rezistenta proprie a ampermetrului sa fie mult mai mica decat rezistenta circuitului, adica

raR

Exemplu. Intr-un circuit alimentat la o sursa de tensiune E=3V si care contine o rezistenta R=6Ω se monteaza un ampermetru care are ra =1Ω

Inainte de montarea ampermetrului:

I=E/R=3/6=0.5A

Dupa montarea ampermetrului:

I1=E/R+ra=3/6+1=0.43A

Prin montareaampermetrului se introduce deci o eroare de masurare:

ε=I1-I=0.43-0.5=-0.07A.

Eroarea relativa care arata calitatea masurarii

εr=ε/I=0.07/0.5=0.14=14%

Daca rezistenta ampermetrului ar fi ra =0.1Ω atunci:

I1=E/R+ra=3/6+0.1=0.492A

Eroarea de masurare in acest caz ar fi mult mai mica (ε=0.008A) iar eroarea relative ar fi de numai 1.6%.

Concluzie. Cu cat rezistenta ampermetrului este mai mica fata de rezistenta circuitului, cu atat erorile datorite acestei rezistente sunt mai mici, deci calitatea masurarii este mai buna.

Important! La montarea gresita a ampermetrului,in paralel pe circuit (fig 3,c),datorita rezistentei foarte mici a acestuia prin aparat va trece un curent cu o intensitate foarte mare:

I₂=E/ra

Deoarece raR, rezulta I2I ceea ce duce la deteriorarea ampermetrului.

Daca se pastreaza datele din exemplul precedent si se calculeaza I2 se obtine:

I₂=E/ra=3/0.1=30A

In acest caz, prin aparatul destinat sa masoare 0.5A va trece un curent de 30 A si bobinajul ampermetrului se va arde.

Deoarece montarea in paralel a ampermetrului duce la defectarea acestuia, aceasta se considera o gresala foarte grava in tehnica masuratorilor.

2. Extinderea intervalului de masurare la ampermetre.

Orice aparat magnetoelectric este construit pentru un anumit interval de masurare,caracterizat prin valoarea intensitatii curentului nominal I a (valoarea de la capatul scarii), si are o rezistenta proprie r a. Daca este necesar sa se masoare un curent cu o intensitate I > Ia, se poate extinde intervalul de masurare cu ajutorul unor dispozitive auxiliare numite sunturi.

Suntul este o rezistenta electrica ,de obicei de valoare mica ,care se monteaza in paralel pe aparatul de masurat si prin care trece o parte din curentul de masurat.

Fig.4. Ampermetru cu sunt.

Pentru dimensionarea sunturilor se considera circuitul din figura.4.

Notand cu I intensitatea curentului de masurat,cu I s si r s intensitatea curentului ce trece prin sunt si respective rezistenta suntului, cu I a si r a intensitatea curentului ce trece prin aparat si respectiv rezistenta aparatului, tensiunea intre punctele a, b va fi:

U_ab = I_a r_a =I_s r_s

Aplicand prima lege a lui Kirchhoff in punctul a , se poate scrie :

I = I_a + I_s

Din primele doua relatii se poate deduce :

r_s = I_a r_a/I_s

I_s = I - I_a

Relatiile permit dimensionarea suntului atunci cand se cunosc caracteristicile aparatului magnetoelectric si intensitatea curentului masurat.

Se mai pot deduce si alte formulepentru dimensionarea sunturilor. Astfel , se poate scrie:

I/I_a = r_s + r_a/r_s = 1+ r_a/r_s = n

In care n indica de cate ori este mai mare curentul de masurat decat curentul nominal si se numeste coeficient de multiplicare sau factor de suntare.

Din relatia

n=1+ra/rs

se obtine : rs= ra/n-1

Relatia arata ca pentru a extinde de n ori limita de masurare a unui ampermetru, este necesar un sunt cu rezistenta de n-1 ori mai mica decat rezistenta aparatului .

Exemplu: Sa se determine rezistenta unui sunt pentru un aparat magnetoelectric care are Ia= 1mA si ra=75Ω, pentru a putea masura un curent cu intensitatea I=10mA.

n=I/Ia=10/1=10

rs=ra/n-1=75/10-1=8.

Tipuri de sunturi. Sunturile pot fi interioare (montate in aceeasi cutie cu aparatul magnetoelectric)sau exterioare.

Sunturile exterioare pot fi individuale, adica pot fi folosite numai impreuna cu aparatul cu care au fost etalonate(au marcata pee le seria aparatului cu care trebuie sa fie utilizate) sau calibrate(interschimbabile) care pot fi folosite la orice aparat cu o anumita limita de masurare.

Pe aceste sunturi se marcheaza curentul nominal si caderea de tensiune nominala.

3.Ampermetre cu mai multe domenii de masurare

In multe aplicatii practice este necesar sa se masoare atat intensitati mici ale curentului , cat si intensitati mari. In acest caz se folosesc aparate cu sunturi pentru mai multe intervale de masurare , care se schimba cu ajutorul unui comutator.

Aparatele cu mai multe intervale de masurare se pot realiza cu mai multe sunturi , cate unul pentru fiecare domeniu de masurare, sau cu sunt universal.

Suntul universal este un ansamblu de rezistente conectate intre ele in serie si care se distribuie fie in serie , fie in paralel cu aparatul de masurat in functie de un comutator care schimba domeniile de masurare.

Fig.5. suntul universal

Astfel, pe pozitia 1 a comutatorului ,intregul sunt cu rezistenta totale Rt = R₁ + R₂ + R₃ + R₄ este in paralel cu aparatul, pe pozitia 2 rezistenta R1 este in serie cu aparatul , ramanand in paralel R₂ + R₃ + R₄ pe pozitia 3 , R₁ si R2 sunt in serie cu aparatul iar in paralel raman numai R₃ si R₄ , iar pe pozitia 4 ramane in paralel numai R4.

Rezistentele R₁,R₂R_a se pot dimensiona usor. Pornind de la formula generala a sunturilor, r_s = R/ n-1, notand pe fiecare pozitie de ordin k coeficientul de multiplicare cu nk si rezistentele care raman in paralel cu instrumentul indicator cu Rsk si observand ca o parte dintre rezistoarele (R_t - R_sk ) sunt in serie cu instrumentul indicator, deci trebuie insumate cu ra se poate scrie :

R_sk = r_a + ( r_t - R_sk ),

R_sk(n_k - 1)= r_a + R_t - R_sk,

De unde se deduce :

R_sk = ( r_a - R_t )/n_k

Aplicand aceasta relatie pentru diferite pozitii ale comutatorului ,se pot calcula valorile rezistentelor ce formeaza suntul:

R₁ = R_t - (r_a + R_t) / n₂,

R₂ = Rt - R₁ -( r_a + R_t)

Rezistenta de ordin k va fi :

R_k = R_t - R₁ - R₂ - - R_k-1 - (r_a + R_t) / n_k-1

Valoarea rezistentei R_t se poate determina aplicand relatia :

R_sk = r_a + R_t/n_k pentru pozitia 1 a comutatorului:

R_s1 = R_t = r_a + R_t / n₁, de unde se deduce :

R_t = r_a / n₁- 1.

In cazul particular n₁ = 1 se observa ca R_t = ∞. In practica se alege pentru R_t o valoare mult mai mare decat ra, de exemplu R_t = 50 r_a.

Din aceste relatii se observa ca , daca rezistenta totala a suntului este mult mai mare decat rezistenta aparatului, acesta din urma se poate neglija . In acest caz, relatiile nu mai depind de aparat si suntul odata calculat poate fi folosit la diferite aparate. Din acest motiv, acest tip de sunt se numeste sunt universal.