Mijloace pentru masurarea marimilor tehnice caracteristice proceselor industriale

Mijloace pentru masurarea marimilor tehnice caracteristice proceselor industriale

<< Mijloace pentru masurarea marimilor electrice>>

Mijloace si unitati de masura electrice

Intensitatea curentului electric este o marime fundamentala in SI si reprezinta cantitatea de sarcina ce trece prin sectiunea transversala a unui conductor in unitatea de timp.

Unitatea de masura a intensitatii curentului electric este amperul (A).

Amperul este definit ca fiind intensitatea a curenti electrici constanti,identici,care,circuland prin doua conductoare rectilinii,paralele.foarte lungi,de sectiuni neglijabile,asezate in vid la distanta de 1m unul de altul,produce intre aceste conductoare o forta de 2.10ˉ7N pe fiecare metru de lungime.

Tensiunea electrica -este lucrul mecanic efectuat de sursa pentru deplasarea sarcinii electrice pe intregul circuit.

Dimensional:[U]=LMTˉIˉ

Unitatea de masura a tensiunii electrice ,in Si ,este voltul (v).

Voltul este definit ca fiind tensiunea electrica determinate de un camp magnetic uniform,cu intensitatea de un amper pe metru,masurata de-a lungul liniilor de camp.

Rezistenta electrica -pentru un conductor izotrop se exprima ca fiind catul dintre tensiunea la borne U si intensitatea I a curentului electric continuu care il parcurge.

Dimensional :[R]=LMTˉIˉ

Unitatea de masura a rezistentei electrice ,in SI,este ohmul(Ω).

Ohmul se defineste ca fiind rezistenta electrica dintre doua puncte ale unui conductor filiform,intre care,aplicand tensiunea electrica de un volt,se stabileste un curent electric constant cu intensitatea de un amper,atunci cand conductorul nu este sediul unor tensiuni electromotoare.

Energia electrica -reprezinta puterea electrica consumata de un receptor,intr-un interval de timp.

Se exprima cu relatia :W=P.(t2-t1).

Un generator electric transforma energii de alta natura in energie electrica(generatorul nu "genereaza"energie electrica).

Ea nu este energia curentului electric ,ci este energia campului din circuitul electric.

Energia electrica poate varia ,chiar daca intensitatea curentului din circuit se mentine constanta.

Relatiile de definitie sunt:W=UIt=IRt=Ut/R.

Dimensional:[W]=LMTˉ

Unitatea de masura a energiei electrice se numeste joule(J).1J=1W/s

Joulul este energia electrica dezvoltata in timp de o secunda ,intr-un circuit parcurs de un curent electric constant ,cu intensitatea de un amper ,cand tensiunea electrica aplicata la bornele circuitului este de un volt.

Unitatea de masura utilizata in practica pentru energia elctrica este kilowattora(kwh).Aparatul utilizat pentru masurarea energiei electrice este contorul prezentat in figura 3.102.

Puterea electrica este energia primita sau cedata de un sistem electric,unitatea de timp.

Dimensional:P=LMTˉ.

In curent alternativ ,se deosebesc urmatoarele puteri:aparenta,activa si reactiva.

Puterea aparenta-este produsul dintre valoarea tensiunii efective ,U(indicata de un voltmetru montat la bornele circuitului)si intensitatea efectiva ,I (indicata de un apermetru inseriat in circuit),adica:P=UI

Unitatea de masura a puterii aparente este voltamperul(VA).

Puterea activa -in curent alternative reprezinta puterea disipata pe un rezistorde rezistenta R;ea este produsul dintre tensiunea efectiva ,intensitatea efectiva si factorul de putere:

P=Pacosφ=UIcosφ,unde cosφ este factorul de putere.

Uniatea de masura a puterii active este wattul(w).

Puterea reactiva-este data de relatia :Pr=Pasinφ

Unitatea de masura a puterii reactive este varul(VAR).

CARACTERISTICILE METROLOGICE ALE MIJLOACELOR ELECTRICE DE MASURARE

Pentru alegerea mijloacelor electrice de masurare in vederea efectuarii unor masurari ,este necesara cunoasterea caracteristicilor metrologice ale acestora.

Caracteristicile metrologice se refera la comportarea mijloacelor de masurare ,in raport cu marimea supusa masurarii si cu modul de obtinere a rezultatului masurarii.

Ele se exprima prin parametrii functionali privind marimile de intrare,de iesire si de influenta ,fara sa implice structura interna a mijloacelor de masurare.

Intervalul de masurare-este intervalul de valori ale marimii de masurat pe intinderea caruia un mijloc de masurare ,poate furniza informatii de masurare ,cu incertitudini de masurare prestabilite.

Intervalul de masurare este cuprins intre o limita inferioara si una superioara.

Aparatele analogice au o scara gradata ,definita ca un ansamblu de repere si cifre care permite determinarea valorii marimii masurate .La aceste aparate , limita inferioara este 0 si aparatul este denumit dupa limita superioara.De ex.un ampermetru de 10 A poate masura maximum 10A.

In general ,intervalul de masurare corespunde intregii scari gradate.

Capacitatea de suprasarcina-reprezinta capacitatea unui mijloc de masurare electric de a suporta ,fara defectiuni ,sarcini ce depasesc conditiile de referinta sau intervalul de masurare ,(de ex.pentru o sarcina de 120%).

Rezolutia (prag de sensibilitate)-este cea mai mica valoare a marimii de intrare care determina o variatie distinct sesizabila a marimii de iesire.Pragul de sensibilitate este utilizat pentru mijloacele de masurare la care marimea de iesire prezinta o variatie continua ,de ex.,la aparatale analogice.

Constanta aparatului-este inversul sensibilitatii (1/S)si se exprima,de ex.,in ampere/diviziune,ohmi/diviziune.

Un termometru electric care masoara temperaturi intre -40sC si +120sC si are o scara gradate cu 80 diviziuni prezinta o sensibilitate de 0,5diviziuni/sC si o constanta de 2sC/diviziune.

Sensibilitatea (S)-este raportul dintre variatia marimii de iesire si variatia corespunzatoare a marimii de intrare.

Incertitudinea de masurare-este domeniul de valori in care se pot situa erorile de masurare ,cu o anumita probabilitate .Incertitudinea de masurare estimeaza limitele erorilor de masurare.

Exactitatea-este caracteristica metrologica a unei masurari si reprezinta calitatea acesteia in ceea ce priveste gradul de afectare a rezulatelor a masurarii cu incertitudinea de masuare .

Exactitatea si incertitudinea de masurare se afla intr-o legatura stransa.Exactitatea ridicata corespunde unei incertitudini de masurare mici,respective exactitatea scazuta unei incertituidini de masurare mari.

Eroare limita de masurare-reprezinta valoarea maxima posibila pentru eroarea aparatului ,care garanteaza ca erorile de masurare cu care se obtin valorile masurate sunt mai mici sau egale cu eroarea limita de masurare,pentru intregul interval de masurare.

MIJLOACE PENTRU MASURAREA MARIMILOR ELECTRICE

Mijlocul de masurare electric poate fi reprezentat ca o retea de captare ,de transmiteresi de receptie a informatiei,retea numita lant de masurare.

Mijlocul de masurare electric constituie un canal informational de-a lungul caruia circula un semnal energetic purtator al informatiei de masurare ,numit semnal metrologic.

Structura mijloacelor de masurare are in componenta elemente cu functia de a efectua operatii aritmetice(adunari,multiplicari,)operatii analitice (derivari,integrari)operatii logice(codificari,decodificari).Introducerea microprocesoarelor conduce la adaugarea de noi functii si performante .

Pentru reprezentarea mijloacelor de masurare sau a elementelor componente in scheme ,au fost adoptate anumite semne conventionale.

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.

Dupa modul de variatie a semnalului metrologic si a modului de prezentare a valorii masurate electrice se clasifica in:

Mijloace de masurare electrice analogice ;

Mijloace de masurare electrice digitale;

Mijloace de masurare electrice mixte;

Aparatele analogice-au characteristic faptul ca atat diversele marimi in care este convertit succesiv semnalul metrologic,cat si marimea de iesire,sunt legate de marimea de masurat prin relatii continue (usual,de proportionalitate y=kx).

Ele urmaresc in mod continuu variatia marimii de masurat.Valoarea se obtine prin aprecierea pozitiei unui ac indicator ,a unui inscriptor sau a unui spot luminos ,in raport cu reperele unei scari gradate.

Aparatele digitale-sunt caracterizate prin faptul ca semnalul metrologic este discontinuu ,masurarea repetandu-se dupa un anumit interval de timp,iar valoarea masurata este reprezentata sub forma de numar in afisaj(fig.3.103).

Pentru masurarea oricarei marimi,aparatele digitale pot fi realizate atat pe baza unei metode electrice de masurare digitale.

In prezent ,exista tendinta de a folosi metodele elctrice de masurare digitale,datorita avantajelor pe care le prezinta:obtinerea directa a valorii masurate ,exactitate ridicata,posibilitatea inregistrarii sau transmiterii la distanta a informatiei de masurare.

3Aparatele electrice de masurare mixte au caracteristic faptul ca rezultatul masurarii se obtine partial sub forma digitala si partial sub forma analogica.

In aparatele electrice de masurat ,miscarea organului mobil se obtine pe baza transformarii in energie mecanica a diferitelor tipuri de energie furnizate de marimea de masurat.

In tabelul 3.4. sunt prezentate simbolurile aparatelor de masurare mixte.

Aparatele magnetoelectrice sunt formate din unul sau mai multi magneti permanenti ,ficsi,sau mobile, si una sau mai multe borne,parcurse de curentul de masurat.Cuplul activ este produs de campul de inductie magnetica al magnetului permanent ce interactioneaza cu curentul din bobina.Aparatele magnetoelectrice electrice functioneaza numai in curent continuu.Pot functiona si in curent alternativ ,daca li se asociaza celule redresoare.Din punctual de vedere al frecventei curentului masurat ,aparatele electromagnetice pot fi folosite pana la fecvente de ordinul kilohertzilor.

Aparatele feromagnetice sunt formate dintr-o bobina fixa,parcursa de curentul de masurat si o piesa din fier moale ,introdusa in campul magnetic creat de curent.

Aparatele electrodinamice sunt alcatuite din una sau mai multe bobine mobile,parcurse de curentul de masurat.Daca miezul bobinelor este confectionat din fier,atunci ele se numesc ferodinamice.

Aparatele electrostatice sunt formate din piese metalice fixe si piese metalice mobile ,intre carese exercita forte electrostatice.

Aparate termice cu fir cald functioneaza prin dilatareaunui fir conductor parcurs de curentul de masurat.

Aparatele feromagnetice,electrodinamice,electrostatice,si termice se folosesc atat in curent alternative cat si in curent alternative.

Aparatele feromagnetice si electrodinamice se folosesc la frecventa retelei de 50Hz.

Pentru frecvente mai mari,inductantele parazite ale infasurarilor si capacitatilor parazite ale pieselor componente devin o sursa de erori.

Aparatele termice permit masurarea curentilor de frecvente foarte inalte,chiar de sute de kilohertzi,cu precizarea ca,la aceste frecvente,inductanta firului si efectul pelicular pot alterna precizia aparatelor.

Aparatele electrostatice functioneaza bine la frecvente inalte,iar cele cu inductie functioneaza numai in curent alternative.

Aparatele de inductie folosesc circuite inductoare fixe,care actioneaza asupra curentilor pe care conductoarele mobile ii induc in piese.

Aparatele cu termocuplu sunt formate prin asocierea unui aparat magnetoelectric cu un termocuplu incalzit de curentul de masurat.

Aparatele cu redresor sunt formate prin asocierea unui aparat magnetoelectrice cu unul sau mai multe dispozitive redresoare.    

Aparate magnetoelectrice

1)Ampermetrele si voltmetrele magnetoelectrice-au ca element de baza un dispozitiv magnetoelectric ,la care s-a micsorat sensibilitatea ,in scopul cresterii preciziei si a fidelitatii.

Intre cele doua mijloace de masurare nu exista diferente mari,ele putand fi folosite pentru masurarea tensiunii,respective a curentului electric,diferenta constand in limitarea rezistentei lor interne.

Daca unui milivoltmetru ii inseriem in circuit o rezistenta aditionala,il transformam in voltmetru,pe diferite domenii de masurare.Totodata,milivoltmetrul poate fi utilizat ca ampermetru,prin suntarea lui cu rezistente bine calculate.

Datorita rezistentei pe care o prezinta ,cablurile de legatura au effect de rezistente aditionale asupra milivoltmetrului.Aceste cabluri se aleg in concordanta cu valoarea inscrisa pentru ele pe cadran.

Avantajele acestor mijloace de masurare sunt:

• Sensibilitate mare
• Consum relativ mic
• Scara uniforma
• Amortizare buna

Principiul de functionare consta in actiunea unui camp fix de inductie magnetica,asupra unei bobine parcurse de curent(fig.3.104).

Circuitul magnetic este format dintr un magnet permanent in forma de potcoava,terminat cu doua piese polare care au deschiderea cilindrica si dintr -un sunt magnetic.

Piesele polare ,suntul si miezul se confectioneaza din otel moale.Reglarea pozitiei suntului magnetic permite mentinerea constanta a inductiei in intrefier.

In intrefierul format de piesele polare si miezul cilindric ,se roteste o bobina mobile,confectionata dintr-un cadru de aluminiu ,pe care se infasoara un conductor izolat.Bobina se fixeaza pe un ax de rotatie ,sprijinit prin pivoti pe un lagar de safir.Acul indicator este fixat pe un ax a carui oscilatie este limitata de contragreutati.

Cuplul rezistent este creat cu ajutorul arcurilor spirale.

Amortizarea sistemului mobil se face cu ajutorul curentilor care se induc in cadrul de franare.

galvanometru este un dispozitiv de masurat magnetoelectrice,utilizat pentru masurarea curentului electric continuu de valori mici.Este un aparat putin robust ,dar de sensibilitate mare.La masurarea curentului ,precizia este mica.

(fig.3.105).