Masurarea marimilor electrice

Pentru determinare unor constante fizice ale unor elemente de circuit , de exemplu rezistenta electrica a unui rezistor sau pentru determinarea variatiei unei marimi fizice de exemplu intensitatea curentului electric printr-un rezistor in functie de tensiunea aplicata pe rezistor ,se realizeaza in laborator diferite montaje electrice .Principalele instrumente de masura utilizate sunt ampermetrul pentru masurarea intensitatii curentului electric si voltmetrul pentru masurarea tensiunii electrice .

Asa cum am aratat ,ampermetrul se conecteaza in serie cu elementul respectiv (rezistorul) ,iar voltmetrul se conecteaza in derivatie cu acel element .Odata introduse in montajul electric atit ampermetrul cit si voltmetrul devin elemente ale montajului respectiv. Prin introducerea instrumentelor de masura in montaj ,acesta se modifica din punct de vedere electric .In mod tacit ,pina acum, am considerat atit ampermetrul cit si voltmetrul ca elemente ideale ,elemente care nu modifica starea electrica a sistemului prin introducerea lor in montaj.

Pentru ca sa se realizeze aceasta conditie ,ampermetrul trebuie sa aiba rezistenta electrica nula iar voltmetrul trebuie sa aiba o rezistenta electrica enorm de mare, teoretic infinita.

Instrumentele reale nu pot indeplini aceasta conditie .Fiecare instrument de masura se apropie de conditia ideala daca sunt folosite pentru anumite intervale de valori.

Ampermetrul real are rezistenta electrica (R_A) diferita de zero , dar mult mai mica decit rezistenta electrica (R) a rezistorului cu care se inseriaza (R_A << R).

Voltmetrul real are rezistenta electrica (R_V),finita ,dar mult ma i mare decit rezistenta electrica a rezistorului cu care se conecteaza in derivatie (R_V>>R).

Pentru a indeplini aceste conditii instrumentele de masura se utilizeaza pentru anumite domenii de valori masurate. Aceste domenii sunt indicate de scala instrumentului respectiv . In montajul respectiv trebuie sa folosim un instrument corespunzator .De exemplu daca intensitatea curentului care trebuie determinata este de ordinul citorva amperi se utilizeaza un ampermetru cu scala 0-10 A. De asemenea daca estimam ca tensiunea masurata este de ordinul voltilor utilizam un voltmetru cu scala 0-12 V.

Aceste restrictii au consecinte practic nedorite ,conducind la necesitatea de a dispune de o mare varietate de instrumente de masura .

Utilizarea ampermetrului

Deoarece masurarile presupun determinarea unor intensitati necunoscute ,la introducerea ampermetrului in circuit se alege la inceput domeniul cel mai mare posibil .Daca acul ampermetrului a deviat foarte putin se poate folosi o alta borna inferioara ,fara a deteriora aparatul ,astfel incit citirea sa fie cit mai exacta . Valoarea maxima a diviziunilor cadranului coincide cu valoarea intensitatii curentului la care ampermetrul a fost conectat in circuit .

De exemplu daca acul ampermetrului s-a oprit in dreptul diviziunii 80, atunci I=5 /100 =4A

Suntul ampermetrului

Sa consideram un ampermetru cu rezistenta electrica proprie R_A care poate masura curentii cu intensitatea maxima , I_m .Pentru a mari domeniul de utilizare de n ori , pentru a-l putea utiliza la masurarea unor curenti electrici cu intensitatea maxima I ,n=I/I_m ,se conecteaza in paralel cu ampermetrul uni rezistor numit sunt ,cu rezistenta electrica R_S .

R_S

Curentul cu intensitatea I ,care trebuie masurat ,se desparte in nodul M intr-un curent care trece prin ampermetrul , de intensitate I_A si un curent care trece prin sunt de intensitate I_{s .}

I=I_A+I_S ,utilizind relatia I=n I_A se obtine : n I_A=I_A+I_S sau (n-1 )I_A =I_S.

Folosind legea lui Ohm pentru portiunea de circuit MN se poate scrie :

I_A=U_MN /R_A si I_S=U_MN /R_S se obtine :

(n-1)=TR_S=

Masurarea rezistentelor

Cea mai simpla metoda de masurare a rezistentelor electrice consta in utilizarea ampermetrului si a unui voltmetru .Aratam in continuare cum se conecteaza aceste instrumente in circuit electric realizat pentru o determinare cit mai corecta.

a)   Masurarea unei rezistente mari (montaj aval

Se realizeaza montajul indicat in figura alaturata .La legarea in paralel a voltmetrului ,acesta masoara doua tensiuni ,pe ampermetru si pe rezistor:

U_V=U_A+IR    R=TR=_A

deoarece rezistenta ampermetrului R_A este mica (R_A << R),rezulta cu aproximatie ,

R=

b)   Masurarea unei rezistente mici (montaj amonte)

Intensitatea masurata de ampermetru reprezinta ,conform legii I a lui Kirchhoff suma intensitatilor rezistorului si respectiv voltmetrului :

I=I_V+I_R=

Deoarece volmetrul are rezstenta electrica foarte mare (R_V>>R),relatia se paote aproxima:

I=TR=

c)   Puterea Wheatstone

In activitatea experimentala determinarile se efectueaza cu anumite erori , abateri de la valorile reale .Existenta erorilor se datoreaza unor cauze subiective , de exemplu citirea valorilor indicate de instrumentele de masura , dar si a unor cauze obiective , determinate de imperfectiunea instrumentelor de masura .

Pentru a obtine rezultate cit mai corecte trebuie inlaturate sau diminuate cit mai multe dintre cauzele care conduc la aparitia erorilor .

In acest sens ,s-a constatat ca o metoda importanta de reducere a erorilor o constituie metoda de zero. Conform acestei metode ,instrumentul este pus in situatia de a indica diviziunea zero.

Un exemplu de aplicatie a metodei de zero il reprezinta puterea Wheatstone .