Voltmetre si ampermetre electronice de c

Voltmetre si ampermetre electronice de c.c.

Voltmetrele electronice ce c.c. pot fi folosite si pentru masurari de curenti continui, prin simpla convertire a curentilor in tensiuni. Voltmetrele electronice de c.c. se intalnesc fie ca aparate de laborator destinate in special pentru masurarea tensiunilor mici, fie ca blocuri componente ale multimetrelor electronice.

Un voltmetru electronic de c.c. contine, in esenta:

un atenuator de tensiune, care sa reduca tensiunea de masurat intr-un raport cunoscut, astfel incat tensiunea aplicata la intrarea amplificatorului sa poata fi suportata de acesta;

un amplificator, pentru amplificarea tensiunilor mici de masurat si pentru realizarea unei rezistente mari de intrare;

un filtru trece-jos (FTJ), pentru eliminarea eventualelor componente alternative (zgomote) suprapuse peste tensiunea de masurat;

un instrument magnetoelectric.

Fig.5.1. Voltmetre electronice: a) cu circuit repetor; b) cu amplificatorr neinversor.

In Fig. 5.1 sunt prezentate doua scheme de principiu (doar partea de amplificare) ale unui voltmetru electronic pentru masurarea tensiunilor fata de masa, iar in Fig.5.2 o schema pentru masurarea tensiunilor flotante.

Fig.5.2. Voltmetru electronic pentru masurarea tensiunilor flotante

Voltmetrul din Fig.5.1.a are o impedanta mare de intrare, datorita circuitului repetor de la intrare. Pentru marirea sensibilitatii, AO se conecteaza intr-un circuit amplificator (Fig.5.1.b).

Aplicatia 5.1

Sa se determine domeniul de masurare al voltmetrelor de c.c. din Fig.5.1 cunoscand ca curentul nominal al AME este 50mA, R_iv+R_a=2kW si R₁=1k, R₂=9k.

Schema de principiu a unui voltmetru electronic de c.c. cu mai multe domenii de masurare este prezentata in Fig.5.3. Tensiunea de masurat V_i se aplica pe intrarea neinversoare(+) in scopul obtinerii unei rezistente de intrare mare. Cu comutatorul C variind in trepte, se modifica valoarea rezistentei din reactia AO, modificandu-se astfel factorul de amplificare al circuitului si deci se pot realiza mai multe domenii de masurare.

Fig.5.3. Schema de principiu a unui voltmetru electronic de c.c.

Tensiunea de iesire V_ek , pentru comutatorul C pe pozitia K este:

(5.1)

Indicatia voltmetrului va fi:   

(5.2)

unde S_u=Φ₀/[k_r(R_a+R_iv)] este sensibilitatea voltmetrului magnetoelectric. Se observa ca sensibilitatea totala (S_tot=S_u*A) poate fi variata prin raportul , intre valoarea S_min=S_u, pentru comutatorul C pe pozitia 1 si o valoare S_max=S_u*A_max atunci cand C se afla pe pozitia n.

Pentru ca tensiunile de decalaj sa fie cat mai mici, deci erorile sa fie cat mai reduse , indiferent de treapta pe care se afla comutatorul C, rezistentele r₁, r₂,., r_n se calculeaza astfel incat rezistentele fata de masa ale celor doua intrari (inversoare si neinversoare) sa fie aceleasi:. Pentru comutatorul C pe pozitia k si admitand ca rezistenta de iesire din AO este neglijabila se obtine:

(5.3)

In continuare vom considera cazul particular pentru n = 4.

Fig.5.4. Schema de principiu a unui voltmetru electronic de c.c. cu 4 domenii de masura

Se va alege pentru cele patru amplificari (corespunzator pozitiei comutatorului C) valori decadice:

(C s 1, A₁ = 1; C s 2, A₂ = 10; C s 3, A₃ = 100;C s 4, A₄ = 1000)

Rezulta urmatoarele relatii:

(5.4)

Impunandu-se si relatia: R₁+R₂+R₃+R₄=100kΩ, vor rezulta valorile: R₁=90kΩ, R₂=9kΩ, R₃=0,9kΩ, R₄=0,1kΩ. Fixand pe R=10kΩ, cu ajutorul relatiilor (5.3) se determina valorile rezistentelor r₁, r₂, r₃ si r₄

(5.5)

Tinand seama de valorile amplificarii, rezulta ca cu ajutorul unui voltmetru a carui tensiune nominala este de 1V, se pot masura tensiuni cuprinse intre 1mV si 1V. Precizia unui astfel de voltmetru depinde de precizia voltmetrului magnetoelectric, de performantele amplificatorului si de tolerantele rezistentelor. In conditii de cost moderate se poate ajunge la clase de precizie 1,5 sau 2.

Aplicatia 5.2

Care sunt valorile rezistentelor R₁, R₂ si R₃ pentru voltmetru de curent continuu cu trei domenii de masura (10mV, 100mV si 1V) din Fig.5.5, cunoscand curentul nominal al AME I_n=1mA si R_iv+R_a=1kW. Se va alege suma celor trei rezistente .

Fig.5.5. Schema unui voltmetru electronic de c.c. cu 3 domenii de masura

Exista si scheme de ampermetre electronice pentru masurarea unor curenti continui de valori mici (Fig.5.6). Curentul de masurat I_i este convertit intr-o tensiune, cu ajutorul sunturilor R_s1,R_s2,.,R_sn ce pot fi alese dupa necesitate cu ajutorul comutatorului K

U_i = R_sjI_i (5.6)

Diodele D₁,D₂ asigura protectia schemei impotriva unor tensiuni U_I prea mari.

Considerand rezistenta interna a miliampemetrului R_i, mult mai mica decat (R₂+R₁) se poate scrie:

(5.7)

Fig.5.6. Schema de principiu a unui ampermetru electronic de c.c.

Alegand R₃<<(R₂+R₁) va rezulta I_e I₃. Ca urmare curentul prin miliampemetru este:

(5.8)

Deviatia a, a miliampemetrului va fi:

(5.9)