Masurarea tensiunii electrice. Voltmetre analogice de c.c.

Masurarea tensiunii electrice. Voltmetre analogice de c.c.

Tensiunea electrica este definita ca diferenta de potential electric dintre doua puncte. Unitatea de masura pentru tensiunea electrica īn Sistemul International este voltul.

Pentru ca un voltmetru sa masoare tensiunea electrica īntre doua puncte ale unui circuit, el trebuie montat īn paralel pe acel circuit. Ca si īn cazul ampermetrelor, la montarea unui voltmetru īn circuit este necesar ca functionarea circuitului sa se modifice cāt mai putin.

Īn circuitul din Fig.3.15.a, īnainte de montarea voltmetrului, tensiunea īntre punctele A si B este:

(3.27)

La conectarea voltmetrului de rezistenta interna R₀ īntre punctele A si B, acesta va fi parcurs de un curent de consum I₀, curent absorbit din circuitul de masurare. Īn acest caz tensiunea la bornele AB devine:

(3.28)

Fig.3.15. Montarea voltmetrului īn circuit: a)-circuit fara voltmetru;

b)-circuit cu voltmetru montat corect; c)- circuit cu voltmetru montat gresit

Pentru ca U_m≈U este necesar ca raportul sa fie aproximativ egal cu 1. Acest lucru este posibil numai daca R₀>>R. Ca urmare, pentru ca functionarea circuitului īn care se monteaza voltmetru sa se modifice cāt mai putin, este necesar ca rezistenta voltmetrului sa fie mult mai mare decāt rezistenta īn paralel pe care se monteaza. La montarea gresita a voltmetrului, īn serie cu circuitul (Fig.3.15.b), datorita rezistentei foarte mari a acestuia, curentul īn circuit se modifica, scazānd foarte mult.

Pentru extinderea domeniului de masurare a unui voltmetru de c.c. se īnseriaza cu acesta o rezistenta aditionala.

Fig.3.16. Voltmetru de c.c.

cu rezistenta aditionala

Voltmetrele de laborator se construiesc cu domenii multiple de masurare. Rezistentele aditionale pot fi realizate separat, pentru fiecare interval de masurare (Fig.3.17.b) sau pot fi formate din mai multe rezistente legate īn serie (Fig.3.17.a).

Īn cazul rezistentelor aditionale īn serie, factorul de multiplicare este:

(3.30)

iar pentru rezistente īn paralel:

(3.31)

Cunoscānd valorile R_i si U_i pentru un aparat dat si stabilind limitele maxime U_k pentru cele K domenii, rezulta factorii de multiplicare m_k. Se formeaza un sistem de m ecuatii cu m necunoscute R_aj (j =1,2 ,m) prin rezolvarea caruia rezulta valorile rezistentelor aditionale.

Rezistentele aditionale se confectioneaza din manganina sub forma de rezistente bobinate montate īn interiorul carcasei aparatului. Deoarece R_a>>R_i rezistentele aditionale din manganina realizeaza si compensarea variatiilor cu temperatura ale rezistentei R_i din cupru. Cu ajutorul rezistentelor aditionale, domeniul de masurare poate fi extins pāna la 1000V c.c. Aceasta limita este impusa īn principal din considerente de izolatie si de pericolul pe care īl prezinta tensiunile mai ridicate pentru operator.

Fig.3.17. Voltmetru de c.c. cu domenii multiple: a) cu rezistente aditionale īn serie; b) cu rezistente aditionale īn paralel

Rezistentele aditionale determina si un alt parametru de calitate pentru aparat si anume consumul propriu:

(3.32)

Un consum de putere redus (ceea ce īnseamna R_a mare) determina reducerea erorii sistematice de metoda.

Adesea, un voltmetru este caracterizat prin rezistenta necesara pentru a obtine un domeniu de masurare de 1 volt, cunoscuta sub denumirea de „rezistenta īn Ω/V”. Astfel, tinānd seama ca domeniul de tensiune al unui voltmetru este dat de produsul dintre curentul nominal si rezistenta nominala:

U₀=I₀R₀ (3.33)

atunci pentru U₀=1V va rezulta o rezistenta:

R= (3.34)

relatie care arata ca rezistenta īn Ω/V ce caracterizeaza un voltmetru este egala cu inversul curentului sau nominal.

Aplicatia 3.3

Fig.3.18. Voltmetru de c.c. cu trei domenii de masurare

Folosind un instrument cu rezistenta interna R₀=1K si curentul nominal I₀=50μA se realizeaza un voltmetru de cc cu rezistente aditionale īn serie avānd domeniile de masurare U₁= 1V, U₂= 5V si U₃= 10V.

Sa se determine valorile rezistentelor aditionale si rezistenta interna a voltmetrului pentru fiecare din cele trei domenii de masurare;

Sa se determine consumul propriu al voltmetrului pentru fiecare din cele trei domenii de masurare.

Īn curent alternativ, sunturile si rezistentele aditionale introduc erori, deoarece pe līnga o rezistenta ohmica acestea mai contin si o reactanta inductiva, care duce la defazarea curentilor si tensiunilor. Extinderea domeniului de masurare al ampermetrelor si voltmetrelor īn c.a. se face de cele mai multe ori cu ajutorul transformatoarelor de masurare.