Masurarea tensiunilor. Voltmetre

Masurarea tensiunilor. Voltmetre

Tensiunea electrica este definite ca diferenta de potential electric dintre daua puncte. Unitatea de masura pentru tensiuni in SI este voltul, avand ca symbol V.

In general, tensiunile electrice se masoara prin metode cu citire directa, cu aparate gradate in volti numite voltmetre.In masurarile de mare precizizie se utilizeaza metodele de compensatie.

In capitolul 2 s-a aratat ca aparatele magnetoelectrice au caracteristica statica de functionare dependenta de intensitatea curentului ce trece prin ele, α=K.I, si ca fiecare aparat se caracterizeaza printr-un curent nominal Ia si o rezistenta ra.

La trecerea curentului electric printr-un aparat, conform legii lui Ohm, la bornele acestuia apare o cadere de tensiune

U=I.ra

I=U/ra

Daca in caracteristica statica de functionare se exprima I prin U/ra, se obtine:

α=f(U/ra)=f1(U)

Din acesta relatie se observa ca indicatia α este functie si de tensiunea de la bornele aparatului, deci acesta poate functiona si ca voltmetru.

Daca prin aparat trece un curent egal cu curentul sau nominal, atunci indicatia sa va fi maxima si tensiunea de la bornele sale va reprezenta tensiunea nominala a aparatului:

Ua=Ia.ra

Deci, orice aparat de masurat se caracterizeaza, pe langa curentul sau nominal Ia si rezistenta sa proprie ra, si prin tensiunea sa nominala Ua.

1. Montarea voltmetrelor in circuit

Pentru ca un voltmetru sa masoare tensiunea electrica intre doua puncte ale unui circuit, el trebuie montat in paralel pe circuit intre cele doua puncte, astfel tensiunea de masurat sa fie egala cu tensiunea de la bornele sale.

Ca si in cazul ampermetrelor, la montarea voltmetrului in circuit este necesar ca functionarea circuitului sa se modifice cat mai putin. In circuitul din figura a, inainte de montarea voltmetrului , tensiunea intre punctele a si b este :

U = RE /(R + r_i) = E/(1+ r_i/R)

Dupa montarea voltmetrului (fig. b ) , tensiunea intre punctele a, b este :

U_m = E/ (1+ r_i/R)(R + r_v/r_v)

Pentru ca U≈ Um este necesar ca raportul (R + r_v)/r_v sa fie aproximativ egal cu 1. Acest lucru este posibil numai daca

r_v R ( in suma R + r_v , R sa pota fi neglijat fata de r_v ).

La montarea gresita a voltmetrului in serie cu circuitul ( fig. c), datorita rezistentei foarte mari a acestuia , curentul in circuit scade foarte mult .

Fig.6. Montarea voltmetrului in circuit .

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

De obicei, caderea de tensiune nominala la bornele aparatelor magnetoelectrice este foarte mica, sub un volt. Cand tensiunea de masurat U este mai mare decat tensiunea nominala a aparatului, se poate extinde domeniul de masurare cu ajutorul unor dispozitive numite rezistente aditionale.

Rezistenta aditionala este o rezistenta de valoare mare, care se monteaza in serie cu aparetul si pe care cade o parte din tensiunea de masurat.

Pentru dimensionarea rezistentelor aditionale se considera circuitul din figura:

Fig.7.Voltmetru cu rezistenta aditionala.

Se observa ca atat prin instrumentul de masurat , cat si prin rezistenta aditionala, trece acelasi curent, Ia :

I_a = U_a / r_a = U / (r_a + r_ad)

Din aceasta relatie se poate deduce :

U / U_a = (r_a + r_ad) / r_a = 1 + (r_ad / r_a) = n ,

In care n indica de cate ori tensiunea de masurat este mai mare decat tensiunea nominala si se numeste coeficient de multiplicare.

Din relatia :

n = r_ad / r_a se obtine :

r_ad = r_a ( n - 1)

deci pentru a extinde de n ori intervalul de masurare al unui voltmetru , este necesara o rezistenta aditionala de n - 1 ori mai mare decat rezistenta aparatului magnetoelectri

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

U_a = I_a r_a = 0,001 100 = 0,1 V

N = U / Ua = 10 / 0,1 = 100

R_ad = r_a ( n - 1 ) = 100 ( 100 - 1 ) = 9900Ω

Rezistenta totala a voltmetrului este :

R_v = r_a + r_ad = 100 + 9900 = 10000Ω

Dupa cum se vede in exemplu de mai sus, rezistenta aditionala este mult mai mare decat rezistenta aparatului. De aceea , in relatia U = Ia ( ra + rad ) se poate neglija ra si se obtine :

U = I_a r_ad → r_ad = U / I_a

Acesta relatie arata ca rezistenta aditionala esta proportionala cu tensiunea de masurat si valoarea ei depinde de curentul nominal al aparatului magnetoelectri

Rezistenta in ohmi pe volt. Aparatele utilizate ca voltmetre sunt caracterizate adesea prin rezistenta necesara pentru a extinde domeniul de masurare cu un volt , cunoscuta sub denumirea de rezistenta in Ω / V.

In relatia rad = U / Ia, daca se considera U = 1 V, se obtine :

R [ Ω / V ] = 1 / I_a

Aceasta relatie arata ce rezistenta in ohmi pe volt ce caracterizeaza un aparat este inversul curentului sau nominal.

Exemple.

Un aparat avand I = 1mA , are 1000Ω/V .    Un voltmetru care are 50000Ω/V foloseste un instrument de masurat avand curentul nominal Ia = 20 μA.

Rezistenta aditionala pentru un anumit domeniu de masurare se va obtine inmultind rezistenta in ohmi pe volt cu tensiunea corespunza-

toare intervalului respectiv :

r_ad = U ( 1 / I_a ) = U / I_a

Exemplu. Un aparat de 10000 Ω/V, pentru un interval de masurare de 10 V are nevoie de o rezistenta aditionala de 100000Ω.

Avand in vedere ca voltmetrele trebuie sa indeplineasca conditia r_v R , cu cat voltmetrul are rezistenta in ohm pe volt mai mare , cu atat el este mai bun .

3. Voltmetre cu mai multe domenii de masurare.

Unele voltmetre portative sunt prevazute cu rezistente aditionale pentru mai multe domenii de masurare ce se schimba cu ajutorul unui comutator. Rezistentele aditionale pot fi realizate separat, cate una pentru fiecare interval de masurare, sau pot fi formate din mai multe rezistente legate in serie .

Fig.8. Voltmetru cu cate o rezistenta aditionala pentru fiecare interval de masurare.

Cfig.9. Voltmetru cu rezistente in serie.

Norme de tehnica securitatii muncii

La operatiile de intretinere a masinilor si aparatelor electrice, se va avea in vedere urmatoarele masuri de protectie a muncii:

- se vor respecta normele de tehnica a securitatii la lucrul in instalatiile electrice de joasa sau de inalta tensiune, dupa caz :

- la verificarea functionarii cat si la manevre, se vor utiliza echipamnete de protectie corespunzatoare : manusi, galosi sau cizme si covoarse electroizolante, achelari de protectie.

De asemenea, se vor respecta cu strictete instructiunile de exploatare a utilajului verificat ;

manevrele aparatelor de inalta tensiune se vor face de minimum doua persoane : un executant de grupa 2 sau 3 si un supravegheror de grupa minima 4 ;

la operatiile cu solventi si materiale inflamabile, se vor respecta atat regulile de prevenire si stingere a incendiilor cat si modul de utilizare a acestora in vederea prevenirii intoxicatiilor;

la lucrarile de montare, demontare, transport, se vor folosi numai utilaje de ridicat cu capacitatea corespunzatoare greutatilor de ridicat iar personalul care manevreaza instalatiile de ridicat trebuie sa fie autorizat.

Asigurarea inaccesibilitatii elementelor care fac parte din circuitele electrice si care se realizeaza prin:

amplasarea conductelor electrice, chiar izolate, precum si a unor echipamente electrice, la o inaltime inaccesibila pentru om. Astfel, normele prevad ca inaltimea minima la care se pozeaza orice fel de conducto electric sa fie de 4MΩ, la traversarea partilor carosabile de 6MΩ, iar acolo unde se manipuleaza materiale sau piese cu un gabarit mai mare, aceasta inaltime se depaseasca cu 2.25m gabaritele respective.

Izolarea electrica a conductoarelor;

Folosirea carcaselor de protectie legate la pamant;

Ingradirea cu plase metalice sau cu tablii perforate, respectandu-se distanta impusa pana la elementele sub tensiune.

Folosirea tensiunilor reduse (de 12, 24, 36V) pentru lampile si sculele electrice portative. Sculele si lampile portative care functioneaza la tensiune redusa se alimenteaza la un transformator coborator. Deoarece exista pericolul inversarii bornelor este bine ca atat distanta picioruselor fiselor de 12, 24 si 36V, cat si grosimea acestor picioruse, sa fie mai mari decat cele ale fiselor obisnuite de 120, 220 si 380 V, pentru a evita posibilitatea inversarii lor.

La utilizarea uneltelor si lampilor portative alimentate electric, sunt obligatorii:

verificarea atenta a uneltei, a izolatii ai a fixarii sculei inainte de incperea lucrului;

evitarea rasucirii sau a incolacirii cablului de alimentare in timpul lucrului si a deplasarii muncitorului, pentru mentinerea bunei stari a izolatiei;

menajarea cablului de legatura in timpul mutarii uneltei dint-un loc de munca in altul, pentru a fi solicitat prin intindere sau rasucire; unealta nu va fi purtata tinandu-se de acest cablu;

Deconectarea automata in cazul aparitiei unei tensiuni de atingere periculoase sau a unor scurgeri de curent periculoase. Se aplica mai ales la instalatiile electrice care functioneaza cu punctul neutru al sursei de alimentare izolat fata de pamant.

Protectia prin legare la nul se realizeaza prin construirea unei retele generale de protectie care insotesc in permanenta reteua de alimenare cu energi electrica a utilajelor.

Bibliografie

Eugenia Isac "Masurari electrice si electronice , Editura Didactica si Pedagogica, 1994";

Ed. Nicolau, Manualul inginerului electronist Masurari electronice., Editura Tehnica, Bucuresti, 1979;

E. Damacchi, A. Tunsoiu, L. Dobos, N. Tomescu, Masurari electronice. Editura Didactica si pedagocica.