MIJLOACE PENTRU MASURAREA MARIMILOR ELECTRICE

     MIJLOACE PENTRU MASURAREA MARIMILOR ELECTRICE

Marimi electrice:

Intensitatea curentului electric este o marime fundamentala in S.I. si reprezinta cantitatea de sarcina electrica ce strabate sectiunea transversala a unui conductor in unitatea de timp.

Unitatea de masura este Amperul A.

Tensiunea electrica este lucrul mecanic efectuat de sursa pentru deplasarea sarcinii electrice pe intregul circuit.

Unitatea de masura este Voltul V.

Rezistenta electrica pentru un material izotrop se exprima ca fiind catul dintre tensiunea la borne U si intensitatea curentului care il parcurge.

Unitatea de masura este ohmul W

Energia electrica reprezinta puterea electrica consumata de un receptor, intr-un interval de timp.

W=P(t₂-t₁).

W=UIt=I²Rt

Unitatea de masura este Joule J. 1J=1W/1s.

In practica se utilizeaza kilowattora (kWh), iar aparatul utilizat este contorul electric.

Puterea electrica este energia primita sau cedata de un sistem electric in unitatea de timp.

In curent alternativ se deosebesc urmatoarele puteri:

• Puterea aparenta este produsul dintre valoarea tensiunii efective si a intensitatii efective: P=UI

Unitatea de masura este voltamperul (VA)

• Puterea activa este puterea disipata pe un rezistor de rezistenta R; este produsul dintre tensiunea efectiva, intensitatea efectiva si factorul de putere P=UI cos

Unitatea de masura este wattul w

• Puterea reactiva P=UI sin

Unitatea de masura este varul VAR

Caracteristici metrologice ale aparatelor de masurare electrice

Se refera la comportarea mijloacelor de masurare in raport cu marimea supusa masurarii si cu modul de obtinere a rezultatelor masurarii.

• Intervalul de masurare este intervalul de valori al marimii de masurat pe intinderea caruia un mijloc de masurare poate oferi informatii de masurare
• Rezolutia (prag de sensibilitate) este cea mai mica valoare de intrare care determina o variatie sesizabila a marimii de iesire
• Sensibilitatea raportul dintre variatia marimii de iesire si variatia corespunzatoare a marimii de intrare.
• Exactitatea reprezinta calitatea masurarii in ceea ce priveste gradul de afectare a rezultatelor cu incertitudinea de masurare. Se exprima prin indicele clasei de exactitate c. Acesta informeaza asupra erorii maxime ce poate sa apara la masurarea cu aparatul respectiv.
• Justetea este proprietatea unui aparat de a da indicatii cat mai apropiate de valoarea adevarata a marimii de masurat.
• Fidelitatea este proprietatea unui aparat de a indica valori cat mai apropiate intre ele la repetarea unei masurari in aceleasi conditii.

Mijloace pentru masurarea marimilor electrice

Constituie un canal informational de-a lungul caruia circula un semnal energetic purtator al informatiei de masurare, numit semnal metrologic.

Principiul de functionare se bazeaza pe transformarea marimii de masurat in informatie usor perceptibila, care reprezinta rezultatul masurarii si care poate    fi indicat sub forma analogica sau digitala.

Aparatele de masura analogice

Rezultatul masurarii variaza continuu, poate lua orice valoare intr-un interval si este indicat in dreptul unei scari gradate.

Aparatele de masura digitale sau numerice

Rezultatul masurarii este afisat in forma numerica.

Aparatele analogice

Principiul de functionare 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.

De aceea se mai numesc si aparate electromecanice.

Schema bloc:

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 a anumita lege fizica.

Marimea electrica este transformata intr-un cuplu de forte (cuplu activ M_a). Acesta provoaca rotirea sistemului mobil al aparatului cu un unghi a proportional cu valoarea marimii masurate X. M_a=f(X). Cuplul activ este echilibrat cu un cuplu rezistent (M_r) care se opune miscarii si este proportional cu deviatia indicatorului a. M_r=k^.a

M_a=M_r , f(X)= k^. caracteristica de conversie

k= constanta constructiva

Dispozitivul de afisare permite observarea sau citirea valorii masurate.

Clasificarea aparatelor analogice dupa principiul de functionare

Clasificarea aparatelor analogice dupa principiul de functionare

• Aparatul magnetoelectric

Este format dintr-un magnet permanent in forma de potcoava (1), terminat cu doua piese polare (2) care au deschiderea cilindrica si dintr-un sunt magnetic (4). In intrefierul format de piesele polaresi miezul cilindric(3) se roteste o bobina mobila (5), confectionata dintr-un cadru de aluminiu, pe care se infasoara un conductor izolat. Acul indicator este fixat de axul bobinei.

Functioneaza numai in curent continuu

Sesizeaza curenti de ordinul mA

Aparate feromagnetice

Principiul de functionare consta in interactiunea dintre campul magnetic al unei bobine fixe parcurse de curentul de masurat (1) si una sau mai multe piese mobile din material feromagnetic (2). Pot fi de atractie (desen) si cu repulsie.

Functioneaza in c.c. si in c.a.

Sesizeaza curenti de ordinul mA.

Elemente constructive ale aparatelor de masura analogice

Marcarea aparatelor de masura analogice

Pe cadranul aparatelor exista o serie de inscriptionari si simboluri care transmit informatii utile operatorului, si anume:

Simbolul unitatii de masura a marimii de masurat

Simbolul care indica principiul de functionare

Natura curentului (continuu sau alternativ)

Indicele clasei de exactitate

Simbolul care indica pozitia normala de functionare

Tensiunea de incercare dielectrica

Indicatii privind securitatea aparatului

Aparatele digitale

Principiul de functionare consta in transformarea marimii de masurat cu variatie continua in semnale digitale care, dupa o prelucrare specifica, permit afisarea rezultatului sub forma numerica

Transformarea marimii continue in semnale digitale se face prin discretizare si codificare.

Schema bloc:

Circuitul de masurare prelucreaza marimea de masurat pentru a obtine o marime convenabila la intrarea convertorului. Poate fi: un amplificator, atenuator sau redresor.

Convertor analog-digital transforma marimea analogica in impulsuri

Numaratorul numara impulsurile de la iesirea convertorului analog-digital intr-un anumit sistem de numeratie (de ex in baza 2), realizand operatia de codificare.

Decodificatorul transforma rezultatul in sistem zecimal.

Dispozitivul de afisare indica rezultatul masurarii sub forma numerica.

Blocul de comanda asigura comanda automata a tuturor operatiilor

Blocul de alimentare alimenteaza celelalte blocuri functionale.

1. Masurarea intensitatii curentului

Masurarea intensitatii curentului se realizeaza prin metode de citire directa, cu aparate numite AMPERMETRE. Acestea pot fi analogice sau digitale.

Curentii de intensitate foarte mica se masoara cu aparate numite galvanometre.

Simbolizarea ampermetrului

Montarea ampermetrului in circuit:

Ampermetrele se monteaza in serie in circuitul in care se masoara intensitatea curentului.

Montarea in paralel e o greseala grava. In acest caz, prim ampermetru trece un curent de intensitate foarte mare care deterioreaza aparatul.

Ampermetrul este caracterizat de o rezistenta electrica, numita rezistenta interna rezistenta interna, r_A,mult mai mica decat rezistenta circuitului.

r_a<<R

Ampermetrele cu mai multe domenii de masurare sunt prevazute cu un selector sau mai multe borne cu ajutorul carora se alege domeniul, in functie de valoarea curentului ce trebuie masurat.

Exemplu de citire:

Figura reprezinta scara gradata a unui miliampermetru cu domeniul de masurare de 5 mA.

Constanta domeniului de masurare k=intensitatea curentului nominal I_n/nr. de diviziuni

k=5 mA/50 div.=0,1 mA/div.

Citirea: I = 0,1*11,5=1,15 mA

• Extinderea domeniului de masurare a ampermetrelor se face cu sunturi. Suntul = rezistenta electrica de valoare mica care se monteaza in paralel pe aparatul de masurat si prin care trece o parte din curentul de masurat.

Deci, pentru a extinde de n ori limita de masurare, este necesar un sunt cu rezistenta mai mica de n-1 ori.

se numește coeficient de multiplicare

Șunturile pot fi: interioare, exterioare. Sunturile exterioare pot fi: individuale si calibrate (interschimbabile)

• Șuntul 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.

Aplicatie:

Sa se determine rezistenta unui sunt pentru un aparat magnetoelectric care are I_a = 1 mA si r_a = 75 W, pentru a putea masura un curent cu intensitatea I = 10 mA

2. Masurarea tensiunii electrice

Se realizeaza prin metode de citire directa, cu aparate de masurat numite voltmetre. Pentru masurari de mare exactitate se utilizeaza metode de compensatie.

Voltmetru care se monteaza in paralel cu consumatorul din circuit

Rezistenta proprie a voltmetrului trebuie sa fie mult mai mare decat rezistenta circuitului.(R_v >> R)

Extinderea domeniului de masurare a voltmetrelor se face cu rezistente adiționale.

Rezistenta adiționala = rezistenta electrica de valoare mare care se monteaza in serie cu aparatul de masurat magnetoelectric pe care cade o parte din curentul de masurat.

unde     se numește coeficient de multiplicare

Voltmetre cu mai multe domenii de masurare

Sunt prevazute cu un comutator (selector) sau mai multe borne cu ajutorul carora se alege domeniul in functie de valoarea tensiunii ce trebuie masurata.

Daca exista o singura scara, se va calcula constanta aparatului

U_n = valoarea tensiunii nominale

a_max = numarul total de diviziuni ale scarii gradate.

Tensiunea masurata U=a^.k

Pot fi:

a)cu rezistenta adiționala pentru fiecare interval

b)cu rezistente in serie

Aplicatie:

Un aparat magnetoelectric are I_a = 1 mA si r_a = 100 W. Sa se determine rezistenta aditionala necesara pentru a putea masura o tensiune U = 10 V.