VARIANTE DE STRUCTURI DE MASURARE

Variante de Structuri de mAsurare

è 1. ClasificAri

Structurile de masurare (STRUM) se clasifica dupa criterii identice celor folosite la clasificarea metodelor de masurare.

A. Principala clasificarea a structurilor de masurare este aceea ce are in vedere operatia de masurare propriu-zisa, deci comparatia masurand-unitatea de masurat; dupa acest criteriu se identifica urmatoarele tipuri functionale de STRUM: de tip direct (STRUMD) -ce evalueaza masurandul si de tip indirect (STRUMI) -ce evalueaza direct alte marimi fizice, aflate intr-o corelatie teoretica cunoscuta cu masurandul.

STRUMD pot fi cu comparatie succesiva si cu comparatie simultana. STRUMI pot fi de tip reuniune sau cu multiplexare.

B. Indiferent de tipul functional STRUM pot fi:

dupa felul in care evidentiaza valorile numerice masurate: de tip analogic, de tip numeric;

dupa precizia constructiva a componentelor: de laborator (sau pentru masurari de precizie), de tip industrial (pentru masurari curente);

dupa valoarea numerica evaluata: de tip indicator, de tip inregistrator, de tip integrator (pentru contorizare).

è 2. Variante de STRUM de tip direct (STRUMD

2.1. STRUMD cu comparatie succesiva

STRUMD cu comparatie succesiva reprezinta cea mai simpla varianta de STRUM, presupunand, in principiu, folosirea unui singur aparat de masurat AM, cuplat -nemijlocit sau prin intermediul unui traductor TR- la marimea de masurat M_x (fig. 1).

Deoarece informatia privind valoarea masurandului se gaseste integral in valoarea marimii de iesire a AM, M_E, aceasta varianta de STRUM se mai numeste de tip cu deviatie.

Evaluarea lui M_x este afectata de impreciziile asociate lui AM, TR si eventual experimentatorului (daca AM este de tip analogic).

2.2. STRUM cu comparatie simultana

Aceaste variante au ca element esential o marime de referinta -generata cu ajutorul unor masuri- ce se compara cu masurandul -prin intermediul unui aparat de masurat-; dupa felul in care este facuta comparatia exista trei variante de STRUM cu comparatie simultana: diferentiala, cu echilibrare , de substitutie.

2.2.1. Varianta diferen|ialA

A. Configuratie

Varianta are forma bloc din figura 2., in care: TR -traductor; AM -aparat de masurat; ER ‑element de referinta, ce genereaza marimea de referinta de aceeasi natura cu ; ‑sumator, oferind cu valoarea = .

Cunoscand si masurand cu AM pe (ca marime cu semn) se poate determina cu relatia:

. (1)

Din (1) rezulta ca eroarea de evaluare a lui este (pentru sumare patratica):

(2)

Deoarece masurile sunt potential mai precise decat aparatele de masurat (), din (2) rezulta ca metoda diferentiala devine avantajoasa atunci cand AM evalueaza cat mai putin din valoarea masurandului (deci cu cat modulul lui este mai mic decat ); afirmatia reprezinta o conditie de alegere a lui .

B. Utilizare

Metoda diferentiala este recomandata atunci cand se cere masurata valoarea unei marimi ce flutueaza in jurul unei valori de referinta, Xref , sau cand se cere masurata doar variatia fata de valoarea de referinta (exemplu: masurarea temperaturii folosind traductoare rezistive). In asemenea cazuri folosirea unei masuri de valoare Xref, simplifica conditiile impuse aparatului de masurat -atat privind domeniul de valori cat si precizia constructiva-.

2.2.2. Varianta cu echilibrare

A. Configuratie

Forma bloc a structurii (fig. 3) contine: TR -traductor; AM -aparat de masurat; ER -element de referinta, ce genereaza marimea de aceeasi natura cu , valoarea x⁰ fiind reglabila si cunoscuta in orice moment; EC -element de comparatie, a carui marime de iesire se numeste abatere; BC -bloc de comanda care, direct sau prin intermediul unui bloc optional de automatizare a masurarii (BA), controleaza ER.

B. Principiu functional

Varianta are la baza principiul reactiei negative globale: marimea de referinta se modifica astfel incat sa se anuleze valoarea abaterii M_a; in aceste conditii, teoretic se elimina influenta impreciziei lui AM, valoarea depinzand -printr-o relatie cunoscuta apriori- doar de valoarea finala a lui .

Practic insa, masurarea este afectata de pragul de sensibiliatate al lui AM si al lui BC (datorita carora momentul anularii valorii abaterii devenind incert); deoarece din punct de vedere constructiv obtinerea unui prag de sensibiliate mic pentru AM este o conditie mai usor de indeplinit decat aceea privind precizia, varianta cu echilibrare este potential mai precisa

decat varianta diferentiala.

C. Exemple

Fac parte din structurile electrice de masurare cu echilibrare: puntile si compensatoarele (de c.c si de c.a); variantele precise de structuri electronice din categoriile: convertoare analog-numerice , amplificatoare de masurare, convertoare ca-cc, s.a.

D. Observatie

In cazul multor structuri cu echilibrare (punti si compensatoare), elementul de comparatie, EC, nu este explicitat fizic, functia sa fiind indeplinita de felul in care se conecteaza electric ER si TR (sau obiectul fizic caruia i s-a asociat masurandul) fata de AM.

2.2.3. Varianata de substitu|ie

Forma bloc a unei astfel de structuri este aceea din figura 4. Principiu functional utilizat, numit al dublei masurari , presupune doua etape:

la intrarea AM se conecteaza Mx (direct sau prin intermediul TR), memorandu-se in BC valoarea marimii de iesire a AM;

la intrarea AM se conecteaza marimea de referinta (de aceeasi naturaM_x^*); se modifica pana ce AM are aceeasi indicatie ca in cazul evaluarii lui Mx; fie aceasta valoare.

Evident, x^* va fi egal cu , teoretic egalitatea nefiind influentata de impreciza lantului de masurare (LM=AM+ BC). Practic precizia masurarii va fi totusi influentata de performantele lui LM si anume: de rezolutia lui AM -daca acesta este cu iesire numerica; de pragul de sensibilitate al lui BC daca AM are iesire analogica.

2.2.4. Analiza comparativa a variantelor de STRUM

Analizand variantele de STRUM cu comparatie simultana rezulta ca varianta de substitutie este potential cea mai precisa; varianta cu echilibrare este practic cea mai raspandita structura de masurare de precizie deoarece realizeaza optimul corelatiei precizie-cost, si se poate automatiza usor.

è 3. Variante de STRUM de tip indirect (STRUMI)

3.1. STRUMI de tip reuniune (STRUMIR)

Se reunesc, de obicei in jurul unui bloc de comanda (BC), mai multe mijloace sau structuri de masura de tip direct, fiecare dintre acestea evaluand o marime fizica dintre cele cu care masurandul este cuplat printr-o relatie teoretica cunoscuta.

Functiile obligatorii ale BC sunt: coordonarea masurarii, colectarea valorilor masurate, calculul valorii numerice a masurandului, s.a. In cel mai simplu caz functiile BC sunt realiazte de experimentator, dar variantele moderne presupun automatizarea a o parte dintre functiile BC, configuratia numindu-se sistem de masurare.

In fig.5.a) este prezentata varianta principiala a STRUMIR; M_A,..M_Q sunt marimi fizice corelate cu masurandul, MEMN_A..MEMN_Q mijloace sau structuri de masurare de tip direct, ale caror marimi de iesire M_EA..M_EQ sunt colectate si prelucrate de BC.

3.2. STRUMI cu multiplexare temporala.

Forma structurala a variantei este prezentata in fig.5.b). Se foloseste un singur mijloc de masurat MEMN la intrarea caruia se aduc, secvential, prin intermediul multiplexorului analogic MUX, marimile de iesire ale unor blocuri (TR ‑ traductor, BCO ‑ blocul de conditionare -amplificare, filtrare, izolare galvanica-) dedicate fiecarei marimi masurate.

Blocul de comanda BC, controleaza atat MUX‑ul cat si MEMN; de obicei structura este automatizata, constituindu-se intr-un sistem de masurare.