Notiuni generale de metrologie

1.1 Obiectul metrologiei. Conceptul de masurare

Comunicarea si actiunea sunt doua laturi fundamentale ale activitatii omenesti. Comunicarea vehiculeaza in principal prin informatie, pe cand actiunea vehiculeaza in principal prin energie.

Masurarea este una din componentele esentiale ale comunicarii. Scopul masurarii este obtinerea experimentala a unei informatii cantitative si/sau calitative, asupra anumitor proprietati ale unui obiect sau sistem si exprimarea ei sub forma adecvata pentru utilizator.

Metrologia ("metron" - masura, "logos" - stiinta), ca stiinta aparte, este relativ o ramura tanara a stiintelor fizice, insa isi are radacini in inceputurile cunostintelor practice si stiintifice.

Metrologia, in cercetarea stiintifica, are ca scop obtinerea valorii adevarate a unei marimi, iar in tehnica, urmareste verificarea /obtinerea unei marimi intre anumite tolerante, impuse de indicatorii de calitate ai proceselor tehnologice. Constructia aparatelor si sistemelor de masurat a cunoscut si cunoaste insemnate transformari, constituind una din ramurile tehnicii cu cea mai rapida evolutie. Ansamblul operatiilor experimentale care se executa in vederea obtinerii rezultatului masurarii constituie procesul de masurare.

1.2. Clasificarea marimilor masurabile

Nu toate proprietatile unui obiect sau ale unui sistem sunt masurabile. O proprietate masurabila este denumita de obicei marime (in particular, marime fizica, daca este caracteristica unui sistem fizic). O conditie de masurabilitate este ca marimea (fizica) sa constituie o multime ordonabila (sa se poata aplica relatiile (=), (<) sau (>) intre elementele ei). De asemenea intre multimea valorilor marimii si multimea numerelor reale sa se poata stabili conventional o corespondenta biunivoca. Rezultatul final al oricarei masurari este un numar, care impreuna cu unitatea de masura, caracterizeaza marimea masurata. Metodele de masurare si mijloacele de masurare corespunzatoare depind, in principal, de modul de obtinere a energiei necesare pentru efectuarea masurarii si de modul de variatie in raport cu timpul al marimii de masurat.

Dupa modul de obtinere a energiei de masurare, marimile masurabile se impart in marimi active, care permit eliberarea energiei de masurare (ex. temperatura, tensiune electrica, intensitatea curentului electric etc.) si marimi pasive, care nu permit eliberarea energiei de masurare (ex. masa, vascozitate, rezistenta electrica etc.). Clasificarea marimilor masurabile dupa modul de variatie in timp este prezentata in schema din fig. 1.1.

sinusoidale

constante periodice

Marimi stationare nesinusoidale

de masurat variabile neperiodice

(aleatoare)

nestationare

Fig. 1.1.

Marimile stationare sunt acele marimi care au valorile efective, de varf si medii constante in timp. La aceste marimi se pot masura:

o valoare instantanee la un moment dat;

ansamblul valorilor instantanee intr-un interval de timp anumit (curba marimii in functie de timp) sau un parametru global ca:

valoarea medie X_med ;

valoarea efectiva X ;

valoarea de varf X_m,intr-un interval de timp suficient de mare pentru ca valorile X_med, X, X_m sa fie independente de alegerea lui. Acesti parametrii globali se definesc astfel:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

In cazul marimilor variabile nestationare pot fi masurate: - o valoare instantanee la un anumit moment; - un sir de valori instantanee la momente prestabilite; - ansamblul valorilor instantanee intr-un anumit interval de timp (curba marimii in functie de timp); - valoarea medie pe un interval de timp t₂-t₁.

1.3. Sisteme de unitati de masura

Unitatea de masura este de aceeasi natura cu marimea de masurat si poate fi aleasa arbitrar. Odata cu cresterea numarului marimilor de masurat a aparut cerinta stabilirii unui grup de unitati care sa permita masurarea tuturor marimilor fizice cunoscute. Un asemenea grup se numeste sistem de unitati de masura. In decursul timpului au fost elaborate si folosite mai multe sisteme de unitati: CGS electrostatic, CGS electromagnetic si MKSA. Sistemul MKSA are la baza sistemul metric (metru, kilogram, secunda) adoptat in Franta inca din anul 1795 si a fost completat de catre italianul Giorgi, in anul 1936, cu a patra unitate - amperul. Tot Giorgi a propus si numele de MKSA (metru, kilogram, secunda, amper) pentru acest sistem de unitati.

Sistemul International de Unitati - SI, a fost adoptat in 1954, iar la noi in tara a fost legiferat in anul 1961, cand a devenit si obligatoriu. In prezent tinde sa se generalizeze in intreaga lume. Sistemul International de Unitati (SI) are 7 unitati fundamentale: m pentru lungime, kg pentru masa, s pentru timp, A pentru intensitatea curentului electric, gradul Kelvin (K) pentru temperatura, candela (cd) pentru intensitate luminoasa si molul (mol) pentru cantitatea de substanta; 2 unitati suplimentare: radian pentru unghi plan, steradian pentru unghi solid si 35 unitati derivate. Totusi, alaturi de unitatile SI, atat la noi cat si in alte tari se mai utilizeaza si unitati din afara sistemului SI, denumite unitati tolerate (grad Celsius, Gauss, Oerstedt, etc.). SI este un sistem coerent, simplu si rational structurat cu aplicabilitate in toate domeniile stiintei si tehnicii.

1.3.1. Unitati fundamentale ale SI

Cele sapte unitati ale SI mentionate mai inainte se numesc unitati fundamentale pentru ca sunt stabilite independent una de alta, iar celelalte unitati deduse din primele pe baza unor relatii cunoscute, se numesc unitati derivate.

Unitatile fundamentale au urmatoarele definitii:

1. Metrul (m) reprezinta distanta parcursa de lumina in vid, timp de 1/299792458 s (aprox. 3,3 ns ). Aceasta definitie ( care presupune viteza luminii in vid = 299792458 m/s si nu 3 ⁸ m/s) a fost adoptata in anul 1983 si inlocuieste pe cea bazata pe radiatia atomului de kripton 86 (mai putin precisa ), adoptata in anul 1960. Pana atunci metrul era definit pe baza prototipului de platina iradiata, adoptat in anul 1889 de catre Conferinta Generala de Masuri si Greutati (CGPM) si pastrat la Biroul International de Masuri si Greutati (BIPM) de la Svres-Paris; lungimea prototipului a fost stabilita ca fiind a zecea milioana parte din sfertul meridianului terestru.

2. Kilogramul (kg ) reprezinta masa "kilogramului international" prototip din platina iridiata adoptat in anul 1889 de catre CGM si pastrat la BIMG-Svres.

3. Secunda (s) reprezinta durata a 9192631770 perioade ale radiatiei corespunzatoare tranzitiei intre cele doua nivele de energie hiperfine ale starii fundamentale a atomului de cesiu 133. Aceasta definitie a fost adoptata in anul 1967 la cea de-a 13-a CGMG. Pana atunci s-a folosit secunda definita pe baza anului tropic 1900.

4. Amperul (A) reprezinta intensitatea unui curent electric constant care, mentinut in doua conductoare paralele, rectilinii, cu lungimea infinita, asezate in vid la o distanta de 1 m unul de altul, ar produce intre aceste doua conductoare o forta de N/m (0,2 N/m).Aceasta definitie a fost adoptata de catre CGM in anul 1948. Pana atunci s-a folosit amperul definit pe baza fenomenului de electroliza: cantitatea de electricitate necesara depunerii a 0,118 mg de argint timp de o secunda.

5. Kelvinul (K) sau gradul Kelvin este unitatea de temperatura termodinamica si reprezinta 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei. A fost adoptat in anul 1967. Pana atunci, ca unitate de masura a temperaturii s-a folosit gradul Celsius (^○C), unitate utilizata si in prezent. Intre acestea doua exista relatia: T(K)=273,16 + temperatura in ^○C.

6. Candela (cd) reprezinta intensitatea luminoasa intr-o directie data, a unei surse care emite o radiatie monocromatica cu frecventa de Hz (lungimea de unda 555 nm) si a carei intensitate energetica in aceasta directie este I_R=1/683 W/sr (=1,46 W/sr). Aceasta definitie (radiometrica) a fost adoptata in anul 1979. Pana atunci s-a folosit definitia fotometrica (bazata pe corpul negru), mai dificila de materializat in practica decat prima.

7. Molul (mol) reprezinta cantitatea de substanta a unui sistem care contine atatea entitati elementare (atomi, molecule, ioni, etc.) cati atomi exista in 0,012 kg de carbon 12 ( atomi); de exemplu, intr-un mol de apa exista molecule. Aceasta unitate se utilizeaza in Chimie si in Fizica moleculara.

1.3.2. Unitati derivate ale SI

Unitatile derivate, mai des utilizate in electronica, impreuna cu marimile respective sunt date in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1

Acestea au urmatoarele definitii:

Coulombul (C) este cantitatea de electricitate transportata de un curent de 1 A intr-o secunda.

Voltul (V) este diferenta de potential ce se stabileste intre doua puncte ale unui fir parcurs de catre un curent constant de 1 A, cand puterea disipata intre aceste doua puncte este egala cu 1 W.

Voltul pe metru (V/m) reprezinta gradientul de potential electric, care arata ca in acel camp electric uniform, intre doua puncte ale spatiului respectiv aflate la 1 m distanta unul de altul exista o diferenta de potential de 1 V.

Ohmul (Ω) reprezinta rezistenta electrica existenta intre doua puncte ale unui fir conductor cand o diferenta de potential de 1 V aplicata intre aceste doua puncte face sa circule prin acel conductor un curent de 1 A, conductorul respectiv nefiind sediul nici unei tensiuni electromotoare.

Faradul (F) este capacitatea unui condensator electric intre armaturile caruia apare tensiunea de 1 V cand este incarcat cu 1 C.

Amperspira (A) este tensiunea magnetomotoare produsa de un curent de 1 A la parcurgerea unei singure spire, intr-un circuit magnetic inchis.

Amperul/metru (A/m) reprezinta tensiunea magnetomotoare pe unitatea de lungime intr-un camp magnetic uniform ( Oe).

Weberul (Wb) este fluxul de inductie magnetica, care traversand o singura spira, induce in aceasta spira o t.e.m. de 1 V cand fluxul respectiv descreste uniform la zero in timp de o secunda. Weberul/m² = Tesla (T) este unitatea pentru inductie magnetica.

Henry-ul (H) este inductivitatea unui circuit electric inchis in care la o variatie uniforma a curentului, cu viteza de 1 A/s se produce ( in acea spira ) o t.e.m. de 1 V.

Fluxul luminos (φ) reprezinta energia luminoasa radiata total de un izvor luminos intr-un unghi solid ω, cu varful in izvorul respectiv (ω = 4 π steradiani). Ecuatia de definitie φ=I'/ω; unitatea de masura: lumen (lm).

Luminanta (B) este raportul dintre intensitatea luminoasa a unei surse de lumina si o suprafata perpendiculara pe raza acestei surse. Unitatea: candela/m² (cd/m²).

Observatii

1. In ultima coloana a tabelului 1.1 sunt trecute dimensiunile (relative) unitatilor mentionate. Aceste dimensiuni sunt utile la verificarea rapida a corectitudinii relatiilor de calcul in care intra astfel de marimi. O asemenea verificare se numeste analiza dimensionala.

In radiocomunicatii se utilizeaza, uneori, lungimea de unda (l), marime care este legata de frecventa prin relatia cunoscuta: l (m) = 3 10⁸/f(Hz)

In literatura de limba engleza se utilizeaza inca si unele unitati de masura din afara SI. Cateva dintre acestea sunt trecute in tabelul 1.1'.

Tabelul 1.1^' Unitati de masura englezesti

4. Cateva constante fizice importante, utilizate in lucrare :

permitivitatea dielectrica a vidului: e F/m;

- permeabilitatea magnetica a vidului: m p H/m;

- sarcina electronului: 1,6 C;

- constanta Plank: 6,62 10^-34 J.s;

- masa electronului: 9 kg;

- constanta Boltzmann: 1,38 J/K;

- viteza luminii in vid: c = 3 10⁸ m/s.

1.3.3. Unitati auxiliare ale SI

In aceasta clasa sunt incluse doua unitati geometrice: radianul si steradianul.

Radianul (rad) este unghiul plan cuprins intre doua raze care intercepteaza pe circumferinta unui cerc un arc de lungime egala cu cea a razei.

Steradianul (sr) este unghiul solid care, avand varful in centrul unei sfere, delimiteaza pe suprafata acestei sfere o arie egala cu cea a unui patrat a carui latura este egala cu raza sferei.

1.3.4. Unitatea de masura particulara - decibelul (dB)

a) Decibelul ca unitate de masura a atenuarii

Fig. 1.2

Atenuarea de putere (a_p). Se defineste cu relatia:

(1.4)

in care P₁ si P₂ sunt puterea la intrarea si respectiv la iesirea cuadripolului (fig. 1.2, a), iar unitate de masura se utilizeaza decibelul (dB), dupa numele lui Graham Bell. Exprimarea logaritmica s-a dovedit a fi deosebit de utila in electroacustica deoarece permite racordarea la sensibilitatea urechii umane, la care, dupa cum se stie, senzatia creste cu logaritmul cresterii intensitatii sonore (legea Weber-Fechner). La fel de utila s-a dovedit a fi si in telecomunicatii.

Atenuarea de tensiune (a_u). Scriind puterile P₁ si P₂ din (1.3) sub forma U² /R se obtine atenuarea tensiunii:

. (1.5)

Exprimarea in decibeli a atenuarii de tensiune este utila mai ales in telecomunicatii (de ex. 1 dB reprezinta aproximativ atenuarea provocata de un cablu de telefonie standard cu lungimea de 1 mila = 1856 m).

Deoarece in (1.4) si (1.5): P₂ < P₁ , respectiv U₂ < U₁, numarul ce exprima atenuarea in dB este intotdeauna negativ. De exemplu, o atenuare de tensiune de -3dB ne informeaza ca U₂ este de 1,41 ori mai mica decat U₁.

Trebuie de mentionat ca adesea si amplificarea (A) se exprima tot in dB, insa numarul de dB este intotdeauna pozitiv deoarece: P₂ > P₁ si U₂ > U₁.

Observatii:

In trecut, atenuarea se definea cu ajutorul logaritmului natural si se exprima in Neperi: 1Np = 8,686 dB.

Dintre cele doua tipuri de atenuare: a_u si a_p mai frecvent folosita in practica este atenuarea de tensiune. Corelatia dintre a_u si a_p este aratata in fig. 1.2, b.

De regula, in calcule nu se mai pastreaza indicii de la a_u si la a_p; confuzia poate fi inlaturata prin raportarea la relatiile (1.4) si (1.5). Totusi, cand se da o cifra in dB este bine sa se precizeze daca aceasta reprezinta atenuarea de putere sau atenuarea de tensiune, nivel de transmisie sau nivel sonor.

Relatia (1.5) si graficele din fig. 1.2, b., din care rezulta ca atenuarea de tensiune (a_u) este dubla fata de cea de putere (a_p), sunt valabile numai in ipoteza ca rezistenta de intrare (R₁) si cea de iesire (R₂) ale cuadripolului respectiv (fig. 1.2, a.) sunt egale intre ele (R₁=R₂=R) situatie intalnita la atenuatoare si la toti cuadripolii ce lucreaza in regim de adaptare. Totusi exprimarea in dB poate fi extinsa si in cazul R₁ R₂, situatie aproape generala la amplificatoare unde (tipic R₁ >> R₂), insa corelatia mentionata (a_u=2a_p) nu se mai pastreaza. De exemplu, daca la un repetor de tensiune avem R₁ = 10 MW si R₂= 1000 W, amplificarile de tensiune (A_u), curent (A_I) si

b) Decibelul ca unitate de masura a nivelelor

La exprimarea in decibeli a nivelului (de transmisie, sonor, etc.) este necesar de ales si o referinta (termenul de la numitor).

b1. Nivel de transmisie

In masurarile din telecomunicatii se utilizeaza mult o marime relativa numita nivel de transmisie (q) care se masoara tot in dB si care se defineste cu relatiile:

q_p=10 logP/P₀ (dB), q_u=20 logU/U₀ (dB).

ce reprezinta nivelul de putere si respectiv de tensiune si in care P_o si U_o sunt marimi de referinta. In aceasta acceptiune decibelul se numeste unitate de transmisie.

In telefonie (AF) s-a generalizat ca referinta puterea P_o = 1 mW disipata pe o rezistenta de 600 W (prescurtat 1 mW / 600 W sau si mai scurt: dBm) careia ii corespunde tensiunea U_o = 0,775 V (in trecut s-au utilizat si alte referinte: 1mW / 500 W, etc.).

In comunicatii radio (RF), s-a generalizat referinta de 1 mW/50 W (U_o =0,224 V). In trecut s-a utilizat (si se mai utilizeaza inca) si referinta de 1 mW/75 W Utilizarea puterilor de referinta in asociere cu impedantele standard: 600 W (AF) si 50 W (RF) - sau alte valori - prezinta marele avantaj ca masurarea unei puteri se reduce la masurarea unei tensiuni (sau curent), operatie mult mai simpla si mai comoda. Aceste valori ale impedantelor asociate (600 W si 50 W) corespund valorilor standard ale impedantelor caracteristice a cuadripolilor utilizati in AF si RF.

Observatie:

Pentru a fi mai adecvate masurarilor in telecomunicatii, voltmetrele independente precum si cele de pe panoul generatoarelor de AF, au de regula si o scara gradata in dB (Fig. 1.2, c); pentru evitarea confuziilor, pe cadran se mentioneaza si referinta (de exemplu:1 mW/600 W; 1 mW / 50 W). Exista si voltmetre la care 0 dB de pe scara corespunde la 0.3 V sau 1 V(fig. 1.2, d).

In cazul voltmetrelor cu mai multe game (sensibilitati) nivelul total masurat (q) este suma algebrica a nivelelor: q_k selectat prin comutatorul de game (k) si q_ct - citit pe scara gradata, adica q = q_k + q_ct . Exemplu: daca acul voltmetrului este la -10 dB iar k la -10 dB (fig. 1.2, c), nivelul total este -20 dB si deci voltmetrul va indica 77,5 mV (in referinta 1 mW/600 W

b2. Nivel sonor

In acustica se utilizeaza o marime numita nivel sonor (q_s) ce se masoara tot in dB si care se defineste cu relatia:

q_s=10 log Y/Y₀ (1.7)

unde Y₀ reprezinta intensitatea sonora de referinta, egala cu 10^-16 W /cm² si corespunde pragului de audibilitate a urechii umane in banda de sensibilitate maxima a acesteia (1,5 - 2,5 kHz). Decibelul definit in referinta Y₀ = 10^-16 W /cm² se numeste phon Exemple de nivele sonore: vorbirea obisnuita, 40 dB, birou zgomotos, 50 dB, tesatorii, 60 dB, ciocane pneumatice, 70 - 80 dB, avion turbopropulsor, dB (la 2 -3 m distanta), decolarea supersonicelor 120 dB. La peste 120 dB incep sa apara senzatii de durere in urechi.

Observatii:

1. Tot in dB se exprima si sensibilitatea microfoanelor, luandu-se ca referinta puterea de 6 mW (exista si exprimarea in referinta de 1 V).

2. De asemenea, se exprima in dB si gama dinamica la analizoarele spectrale (raportul dintre valoarea maxima si minima a afisajului pe ecran) luand ca referinta valoarea minima citibila pe ecran.

Exprimarea logaritmica este utila in toate cazurile cand e vorba de fenomene legate de senzatii (in special auz si vaz).

In metrologia electronica utilizarea cea mai frecventa a exprimarii in dB este cea a raportului a doua tensiuni: m = U/U₀ . In tabelul 1.2 se dau unele exemple uzuale de conversie a decibelilor in rapoarte de tensiune.

Pentru conversia decibelilor negativi se calculeaza inversul raportului obtinut din tabel pentru valoarea pozitiva. Exemplu: -10 dB

Tabelul 1.2

1.4. Etaloane

Se numesc etaloane mijloacele de masurare care materializeaza si conserva legal unitatile de masura si servesc la transmiterea lor. In functie de locul pe care-l ocupa in schema de transmitere a unitatilor de masura, etaloanele se clasifica in: etaloane de definitie, de conservare si de transfer.

Etaloanele de definitie se realizeaza pe baza definitiilor adaptate pentru SI. Experientele pentru realizarea etaloanelor de definitie se fac intr-un numar redus de laboratoare din cauza dificultatilor si costurilor ridicate.

Etaloanele de conservare sunt etaloane care conserva unitatile de masura si se afla in toate laboratoarele metrologice. Ele sunt caracterizate de parametrii fizici foarte stabili in timp si fata de influentele exterioare. Valoarea lor se determina prin comparare cu etaloane de precizie superioara, sau, sunt caracterizate prin constante microfizice caz in care etalonul are aceeasi valoare cu parametrul caracteristic si nu necesita etalonari prin comparare.

Pentru marimile electrice cele mai importante etaloanele de conservare sunt etaloanele de tensiune, de rezistenta, de capacitate si de inductanta. Cele mai raspandite etaloane de tensiune sunt elementele normale, etaloanele cu diode Zener si etaloanele bazate pe efectul Josephson.

Etaloanele de transfer asigura etalonarea tuturor tipurilor de aparate de masurare de mare precizie. De exemplu, pentru tensiune continua etaloanele de transfer sunt compensatoarele de curent continuu impreuna cu divizoare rezistive de precizie, iar pentru curent alternativ sunt transformatoarele de curent si divizoarele inductive de curent.

Etaloanele de cea mai inalta precizie, folosite ca baza unica legala pentru transmiterea unitatilor de masura celorlalte etaloane din tara noastra, constituie etaloanele nationale si sunt pastrate la Institutul National de Metrologie. Etaloanele nationale impreuna cu celelalte etaloane din economie, formeaza prin unicitate si structura unitara pe trepte de precizie, sistemul national de etaloane si constituie baza stiintifica, tehnica si legala de referinta, a tuturor masurarilor efectuate pe intreg teritoriul tarii, precum si in relatiile economice si tehnico-stiintifice cu alte tari.

1.5. Metode electrice de masurare

1.5.1. Procesul de masurare

Procesul de masurare reprezinta ansamblul de operatii necesare privind solicitarea, obtinerea, transmiterea, receptia si prelucrarea semnalului metrologic pentru a se obtine valoarea marimii masurate.

Mijlocul de masurare poate fi reprezentat ca o retea de captare, transmitere si receptie a informatiei, retea pe care o vom numi lant de masurare. Mijlocul de masurare constituie un canal informational de-a lungul caruia vehiculeaza un semnal energetic purtator al informatiei de masurare, semnalul metrologic(SM). In structura mijloacelor de masurare se folosesc elemente cu diverse functii (adunari, multiplicari, derivari, integrari, codificari, decodificari etc.), iar prin utilizarea microprocesoarelor se obtin noi functii si performante.

Semnalul metrologic care circula de-a lungul lantului de masurare este constituit dintr-o marime fizica ce prezinta un parametru variabil care ia valori in concordanta cu valoarea marimii masurate (parametru modulat).

Parametrul semnalului metrologic modulat de marimea de masurat poate fi:

amplitudinea unei marimi continue - fig. 1.3, a;

- amplitudinea unei marimi periodice - fig. 1.3, b;

frecventa unei marimi periodice - fig. 1.3, c;

amplitudinea unor impulsuri;

durata unor impulsuri;

frecventa unor impulsuri;

faza unor impulsuri;

variatia codificata a unor impulsuri.

Lanturile de masurare sunt constituite atat in functie de metoda de masurare cat si in functie de parametrul modulat al SM.

a) - modulatia unei marimi continue;

b) - modulatia amplitudinii unei marimi periodice;

c) - modulatia frecventei unei marimi periodice.

1.5.2. Clasificarea metodelor electrice de masurare

Metodele de masurare care determina conversia semnalului metrologic intr-o marime electrica se numesc metode electrice de masurare, pe scurt MEM.

Dupa modul de variatie a SM si de obtinere a valorii masurate, MEM se clasifica in: MEM analogice, MEM digitale si MEM mixte. (fig. 1.4).

In cazul MEM analogice, marimea de iesire (Y) este continua si proportionala cu valoarea marimii de masurat (Y = kx) si se stabileste prin aprecierea pozitiei unui ac indicator a unui inscriptor sau spot luminos in raport cu reperele unei scari gradate. In cazul MEM digitale semnalul metrologic este discontinuu si prezentat sub forma unui numar afisat.

Masurarea unei marimi se poate face fie prin MEM analogica fie prin MEM digitala. Tendinta actuala este de a folosi MEM digitale datorita proprietatilor lor deosebite: obtinerea directa a valorii masurate, precizie ridicata, posibilitatea inregistrarii sau transmiterii la distanta a informatiei de masurare.

In cazul MEM mixte rezultatul masurarii se obtine partial sub forma digitala si partial sub forma analogica. Exemplu: balantele de analiza si a cantarelor din comert.

Clasificarea principala a metodelor de masurare este dupa modul de obtinere a marimii masurate (MM) in functie de valorile masurate si de valorile elementelor conectate in schema de masurare, astfel:

- MEM pot fi: indirecte, directe, de rezonanta, directe cu substitutie si metode de zero.

- MEM de zero pot fi: de punte, de punte cu substitutie, de compensare, de compensare cu substitutie.

1.5.3. Metode electrice de masurare indirecta

Valoarea masurata se obtine prin calcul pe baza unei relatii ce o defineste in functie de marimile ce se masoara si de valorile unor elemente conectate in schema de masurare.

Exemplu: masurarea rezistentelor electrice prin metoda ampermetrului si voltmetrului folosind legea lui Ohm:

. (1.8)

Pentru masurare se poate folosi fie montajul aval fie montajul amonte (fig. 1.5, a si b ),in functie de valoarea rezistentei de masurat.

1.5.4. Metode electrice de masurare de rezonanta

Se utilizeaza un circuit oscilant care se regleaza pentru a se realiza rezonanta, moment in care se determina marimea masurata printr-o relatie de calcul. Exemplu: Q - metrul aparat ce masoara factorul de calitate al unei bobine de rezistenta R si inductanta L - fig. 1.6. Se regleaza condensatorul C pana ce se realizeaza rezonanta, corespunzatoare la deviatia maxima a voltmetrului V₂ si se calculeaza cu relatia:

(1.9)

1.5.5. Metode electrice de masurare directa si indirecta cu substitutie

MEM directa permite obtinerea valorii masurate folosind un singur aparat. Aparatele utilizate sunt foarte numeroase si pot fi analogice sau numerice; de exemplu: ampermetre, voltmetre, termometre, vitezometre etc.

MEM directa cu substitutie implica doua masurari succesive. In al doilea caz marimea de masurat este inlocuita cu o marime, de aceeasi natura, cunoscuta si cu o precizie superioara, reglabila astfel incat in cele doua masurari sa se obtina aceeasi deviatie a aparatului. Valoarea marimii de masurat este egala cu valoarea marimii reglate.

1.5.6. Metode electrice de masurare de punte

MEM de punte utilizeaza un patrulater complet avand 4 laturi formate din impedante, o diagonala de alimentare si o diagonala de masurare unde este conectat un indicator de nul. Se echilibreaza puntea ceea ce corespunde situatiei in care indicatorul de nul indica un curent zero si in acest caz se poate scrie o relatie intre cele patru impedante.

In fig. 1.7. este prezentata schema electrica a unei puntii Wheatstone (puntea simpla), care are rezistentele fixe a si b, rezistenta reglabila R si rezistenta necunoscuta R_x. Alimentarea puntii se face de la o sursa de c.c. E, prin intermediul unei rezistente variabile R_S. La echilibru se obtine:

(1.10)

Puntea simpla este utilizata atat in curent continuu cat si in curent alternativ, in regim echilibrat cu echilibrare manuala, in regim echilibrat cu echilibrare automata sau in regim dezechilibrat.

1.5.7. Metode electrice de masurare de punte cu substitutie

MEM de punte cu substitutie implica doua masurari de punte succesive in care marimea de masurat este inlocuita cu o marime de aceeasi natura, de precizie superioara, de valoare foarte apropiata cu precedenta, astfel incat efectele asupra elementelor puntii sunt aceleasi.

De exemplu, pentru puntea simpla (fig. 1.8) se obtine:

de unde rezulta

. (1.12)

Deoarece R_x2 este foarte apropiat de R_x1 termenul poate fi facut

foarte mic si eroarea cu care se determina R_x1 depinde de precizia cu care este cunoscuta R_x2 si nu depinde de precizia puntii utilizate.

1.5.8. Metode electrice de masurare de compensare

MEM de compensare utilizeaza o schema electrica in care intr-un circuit de masurare, doua marimi active de aceeasi natura sau de natura diferita produc efecte de sens opus si se regleaza una dintre marimi pana cand cele doua efecte se anuleaza. In acest caz se poate scrie o relatie intre cele doua marimi si elementele schemei. De exemplu, pentru masurarea t.e.m. continue E_x se realizeaza schema din fig. 1.9, a si se regleaza rezistenta r pana se constata ca in circuitul de masurare indicatorul de nul indica un curent zero. Rezulta:

(1.13)

a) b)