MASURARI CU MULTIMETRE NUMERICE - Efectuarea de masurari

MaSURARI CU MULTIMETRE NUMERICE

1. OBIECTIVUL LUCRaRII

- studiul voltmetrelor electronice;

- intelegerea modului de functionare si folosire a acestora;

- studiul multimetrelor numerice.

2. NOtIUNI RECAPITULATIVE DE BAZa

Voltmetrele numerice sunt aparate moderne care au aparut si s-au dezvoltat in ultimele decenii, revolutionand tehnica masurarii prin doua atribute principale:

- prin peformantele inalte si comoditatea utilizarii lor ca aparate individuale pentru masurari industriale si de laborator, efectuate de operatori umani;

- prin posibilitatea folosirii lor eficiente si economice in cadrul unor sisteme automate numerice de masurare si de prelucrare a rezultatului masurarilor cu ajutorul calculatoarelor numerice, precum si in alte sisteme automate moderne de reglare, de semnalizare, de protectie s.a.

Voltmetrul numeric pentru tensiuni continue, realizabil in mai multe variante, sta la baza majoritatii aparatelor de masurat numerice. Acesta este alcatuit in esenta dintr-un compensator dotat cu convertor analog-numeric specific variantei adoptate si din elemente asemanatoare cu cele din numaratoarele universale.

Dupa modul in care se face convertirea analog-numerica deosebim:

- voltmetre numerice cu convertire directa;

- voltmetre numerice cu convertire indirecta;

- voltmetre numerice cu integratoare.

Voltmetrele din prima categorie transforma tensiunea continua de masurat intr-un numar care constituie o masura a acesteia, pe cand voltmetrele din cealalta categorie transforma tensiunea de masurat intr-o marime intermediara, timp sau frecventa, ca apoi aceasta marime sa fie masurata si convertita intr-un numar prin mijloace numerice, iar cele din categoria a treia integreaza marimea de masurat pe un anumit interval de timp, evalueaza valoarea medie pe acel interval si afiseaza acest rezultat sub forma numerica.

in marea majoritate a cazurilor voltmetrele numerice sunt diverse tipuri de compensatoare care au la baza metode de zero si care sunt dotate cu elemente necesare obtinerii rezultatului masurarii sub forma numerica.

in lucrarea de laborator se va studia un voltmetru numeric cu integrare si conversie tensiune-frecventa.

Schema simplificata a unui astfel de voltmetru este prezentata in figura 1. Acest aparat are in componenta lui un integrator alcatuit dintr-un amplificator operational, AO, cu reactie prin condensatorul C, doua comparatoare CP, care emit un semnal logic 1 cand cele doua marimi de intrare sunt egale si de semn opus, un generator de impulsuri GI, cuplat cu un divizor de frecventa DFBT, o poarta PP, un bloc de numarare, memorare, decodificare si de afisare a impulsurilor in cod zecimal BNMDAZ si un bloc de comanda BC.

Fig.1. Voltmetru cu conversie tensiune-frecventa:

a) schema bloc; b) diagrama de semnale.

Integratorul genereaza o tensiune liniar variabila u₁ proportionala cu tensiunea de masurat u_x. Cu aceasta tensiune u₁ se incarca condensatorul C, dupa legea:

.

Aceasta tensiune se compara intr-unul din comparatoarele CP, cu o tensiune de referinta u_R sau +u_R dupa cum tensiunea de masurat u_x este pozitiva sau negativa.

In ambele cazuri, atat timp cat u₁< u_R comparatoarele CP dau la iesire semnal logic 0, iar cand u₁ = u_R dau un semnal logic 1. Acest semnal este folosit de blocul BC pentru a comanda descarcarea rapida a condensatorului si reinceperea ciclului de incarcare plecand de la u₁ = 0. In acest fel ansamblul integrator-comparator genereaza o tensiune liniar variabila periodica u₁ cu frecventa proportionala cu u_x, adica

.

Pentru masurarea acestei frecvente se foloseste un frecventmetru alcatuit din baza de timp BT, formata din generatorul de impulsuri GI si divizorul de frecventa DFBT, din poarta principala PP si din blocul de numarare, memorare si afisare in cod zecimal BNMAZ.

Prin selectorul bazei de timp se alege o perioada de T_d = 10^{k s} (k = 0, 1, n), marcata de doua impulsuri consecutive. Un impuls deschide poarta PP, iar urmatorul impuls o inchide si in acest fel, intr-o perioada T_d, prin poarta trece un numar N de impulsuri generate de grupul integrator-comparator. Acest numar constituie masura tensiunii u_x, deoarece

.

Prin alegerea corespunzatoare a valorilor pentru T_d, R, C si u_R, astfel incat T_d/CRu_R = 10^k, obtinem:

,

care faciliteaza afisarea zecimala a tensiunii u_x.

Precizia acestor aparate este determinata de precizia bazei de timp, care in general este buna, dar si de constanta valorilor R, C si u_R care nu se situeaza la inaltimea performatelor bazei de timp. De aceea, erorile relative de masurare nu pot fi coborate sub 0,05%, iar viteza de masurare nu poate depasi 15 masurari/s.

Cu voltmetre de tensiune continua pot fi masurate si alte marimi electrice ca rezistenta, capacitatea, inductanta s.a. daca aceste marimi sunt convertite in tensiune continua prin intermediul unor convertoare corespunzatoare.

Urmarind o folosire cat mai eficienta a cat mai multor componente comune pentru masurarea mai multor marimi electrice, fabricantii de aparatura de masurat au realizat aparate de masurat numerice cu functii multiple, numite multimetre.

Aceste aparate au in componenta lor un voltmetru numeric pentru tensiuni continui VNTC si doua sau mai multe convertoare de intrare si pentru alte marimi: tensiune alternativa (medie, efectiva, de varf), curent continuu, curent alternativ, rezistenta electrica s.a. Un astfel de aparat este schematizat in figura 2.

Fig.2. Schema bloc simplificata a unui multimetru numeric.

Multimetrele moderne sunt prevazute cu sisteme automate pentru alegerea domeniului de masurare astfel incat sa se asigure rezolutia maxima in afisarea rezultatului masurarii, sunt prevazute cu sisteme de autoechilibrare si autozero, cu sisteme de semnalizare a depasirii domeniului de masurare s.a.

3. DESFASURAREA LUCRARII

In laborator se va lucra cu multimetrul numeric E0302, care are posibilitatea de a masura tensiunea, intensitatea curentului in c.a. si c.c. precum si rezistenta.

Domeniile de masurare sunt: 0-1000 V c.a. ; 0-350 V c.c. ; 0-1 A c.a. si c.c. ; 0-2 MW, in urmatoarele subgame: 0-0,2 ; 0-2 ; 0-20 ; 0-200 ; 0-1000 V c.c., mA, kW; 0-350 V c.a.; 0-2 MW

In figura 3 este prezentat panoul frontal al multimetrului digital E 0302.

In cadrul lucrarii de laborator se vor parcurge urmatoarele etape:

3.1. Identificarea butoanelor si functiile acestora de pe panoul frontal al multimetrului E 0302 (vezi figura 3).

3.2. Calibrarea aparatului

- se alimenteaza voltmetrul numeric cu tensiune alternativa 220V, punandu-se comutatorul POWER in pozitie ON;

- se va apasa pe butonul 'calibrare' (CALL) si pe ecran va trebui sa apara numarul 1995; in caz contrar se va actiona butonul 'calibrare' pana cand afisajul va indica numarul 1995.

Fig.3. Panoul frontal al multimetrului digital E 0302.

3.3. Efectuarea de masurari

- se efectueaza urmatorul montaj:

220V

- se vor masura:

* intre punctele 1-2 - tensiune alternativa

* intre punctele 3-4 - tensiune continua

* intre punctele 1-1' - curent alternativ

* intre punctele 3-5 - curent redresat

* intre punctele 5-4, cu comutatorul K deschis, valoarea R_s.

- se vor consemna rezultatele obtinute.

INTREBARI DE CONTROL

1. Ce tipuri de voltmetre numerice cunoasteti?

2. Care sunt principalele operatii care au loc intr-un voltmetru numeric?

3. Ce marimi pot fi masurate cu multimetrele numerice?

4. In ce consta operatia de calibrare?

5. Dupa ce principii se selecteaza gama de masurare?