Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
-
Upload
christianson-cristian -
Category
Documents
-
view
255 -
download
1
Transcript of Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
1/104
nvmntul profesional i tehnic n domeniul TIC
Proiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007 -2013
Beneficiar-Centrul Naional de Dezvoltare a nvmntului Profesional i Tehnic
Str.Spiru Haret nr.10-12, sector 1, Bucureti-010176, tel 021-3111162, fax. 021- 3125498, [email protected]
MSURRI ELECTRICE
Material de predare partea I
Domeniul: Mecatronic i Informatic
Calificarea: Tehnician infrastructur reele de telecomunicaii
Nivel 3+
coala postliceal
2009
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
2/104
2
AUTOR:
LERESCU CONSTANTIN profesor grad didactic I - Colegiul Tehnic de
Comunicaii Nicolae Vasilescu-Karpen Bacu
COORDONATOR:
IORDACHE FLORIN inginer - Colegiul Tehnic de Comunicaii Nicolae Vasilescu -
Karpen Bacu
CONSULTAN:
IOANA CRSTEA expert CNDIPT
ZOICA VLDU expert CNDIPT
ANGELA POPESCU expert CNDIPT
DANA STROIE expert CNDIPT
Acest material a fost elaborat n cadrul proiectului nvmntul profesional i tehnic n domeniul TIC,proiect cofinanat din Fondul Social European n cadrul POS DRU 2007-2013
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
3/104
3
I. INTRODUCERE ................................ ................................ ................................ ................................ . 5
II. DOCUMENTE NECESARE PENTRU ACTIVITATEA DE PREDARE ................................ .......................... 8
III. RESURSE ................................ ................................ ................................ ................................ ........ 9
TEMA 1 : MRIMI ELECTRICE / OPTICE I UNITI DE MSUR ................................ ................... 9
FIA SUPORT 1.1 - Mrimi electrice, definirea lor, uniti de msur ................................ . 9
FIA SUPORT 1.2. - Mrimi optice, definirea lor, uniti de msur................................. . 14
TEMA 2 : ELEMENTELE COMPONENTE ALE UNUI PROCES DE MSURARE : MIJLOACE DE
MSURARE, ETALOANE, METODE DE MSURARE ................................ ................................ ... 20
FIA SUPORT 2.1. - Mijloace de msurare. Etaloane ................................ ....................... 20
FIA SUPORT 2.2 - Metode de msurare ................................ ................................ ......... 23
TEMA 3 : ERORI DE MSURARE, CLASE DE PRECIZIE ALE APARATELOR. EROAREA ABSOLUT,
RELATIV, RAPORTAT, TOLERAT (CLASA DE PRECIZIE). ................................ ....................... 25
FIA SUPORT 3.1. - Erorile msurrilor, eroarea absolut, relativ, raportat, tolerat,
clasa de precizie. ................................ ................................ ................................ ............. 25
TEMA 1 : APARATE DE MSUR : VOLTMETRUL, AMPERMETRUL, FRECVENMETRUL, Q-METRUL,
PUNI RLC, MEGOHMMETRUL, OSCILOSCOPUL, CALIBRAREA APARATELOR DE MSUR ....... 28
FIA SUPORT 1.1. - Voltmetrul ................................ ................................ ........................ 28
FIA SUPORT 1.2 - Ampermetrul ................................ ................................ ..................... 32
FIA SUPORT 1.3 - Megommetrul ................................ ................................ .................... 35
FIA SUPORT 1.4 - Puni R,L,C................................ ................................ .......................... 37
FIA SUPORT 1.5 - Impedanmetrul (zetmetrul) ................................ .............................. 39
FIA SUPORT 1.6 - Q-metrul ................................ ................................ ............................ 41
FIA SUPORT 1.7. - Frecvenmetrul ................................ ................................ ................. 43
FIA SUPORT 1.8. - Osciloscopul ................................ ................................ ...................... 48
FIA SUPORT 1.9. - Calibrarea aparatelor de msur ................................ ....................... 50
TEMA 2 : MSURAREA MRIMILOR SPECIFICE REELELOR DE COMUNICAII : AMPLITUDINEA,
FRECVENA, PERIOADA, PUTEREA, REZISTENA DISTRIBUIT, CAPACITATEA DISTRIBUIT,
INDUCTANA DISTRIBUIT (PENTRU PERECHI DE CONDUCTOARE), IMPEDANA .................... 56
FIA SUPORT 2.1 - Msurarea amplitudinii, frecvenei, perioadei ................................ ... 56
FIA SUPORT 2.2. - Msurarea puterii electrice ................................ ............................... 63
FIA SUPORT 2.3 - Msurarea elementelor de circuit : R,L,C,Z ................................ ......... 69
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
4/104
4
TEMA 1 : STRUCTURA OSCILOSCOPULUI: BLOCURI COMPONENTE, ROLUL BLOCURILOR
COMPONENTE, SCHEMA BLOC A TUBULUI CATODIC, CONDIIA DE STABILITATE A IMAGINII PE
ECRAN, PRINCIPIUL DE FUNCIONARE, REGLAJELE OSCILOSCOPULUI: CALIBRAREA PE
ORIZONTAL, CALIBRAREA PE VERTICAL, SINCRONIZAREA. ................................ .................. 84
FIA SUPORT 1.1. - Schema bloc a osciloscopului, blocuri componente, rolul blocurilor
componente ................................ ................................ ................................ ................... 84
FIA SUPORT 1.2 - Schema bloc a tubului catodic. ................................ ........................... 87
FIA SUPORT 1.3. - Condiia de stabilitate a imaginii pe ecran, principiul de funcionare . 90
FIA SUPORT 1.4 - Reglajele osciloscopului, calibrarea pe orizontal, pe vertical,
sincronizarea. ................................ ................................ ................................ ................. 94
TEMA 2: MSURRI CU OSCILOSCOPUL ................................ ................................ .................... 97
FIA SUPORT 2.1 - Msurarea tensiunii i intensitii curentului electric.......................... 97
FIA SUPORT 2.2 - Msurarea intervalelor de timp ................................ .......................... 99
FIA SUPORT 2.3. - Msurarea frecvenelor ................................ ................................ .. 101
FIA 2.4 - Msurarea defazajelor ................................ ................................ ................... 103
BIBLIOGRAFIE ................................ ................................ ................................ ................................ . 104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
5/104
5
I. INTRODUCERE
Materialele de predare reprezint o resurs suport pentru activitatea de
predare, instrumente auxiliare care includ un mesaj sau o informaie didac tic.
Prezentul material de predare, se adreseaz cadrelor didactice care predau
elevilor din anul I al colii postliceale, calificarea Tehnician infrastructur reele de
telecomunicaii, domeniul Mecatronic i informatic.
Suplimentar, ghidul i propune s orienteze i s ajute cadrul didactic n
activitatea de proiectare, desfurare i evaluare a procesului de nvare, pentru
obinerea unor rezultate ct mai bune.
Fiecare material, precum descrierea documentelor care stau la ba za
procesului de predare-nvare-evaluare n nvmntul profesional i tehnic,descrierea unor materiale de predare(planificri calendaristice, sugestii de organizare
a leciilor, fie suport pentru profesori, fie de observare) i aduce o contribuie
difereniat la realizarea competenelor tehnice specifice modulului Msurri
electrice.
Modulul Msurri electrice se desfoar pe durata anului colar astfel :
modulul are alocate un numr de 120 ore/an, din care :
- teorie 60 ore
- laborator tehnologic 20 ore
- instruire practic 40 ore
Modulul Msurri electrice se adreseaz elevilor din anul I al colii
postliceale, calificarea Tehnician infrastructurreele de comunicaii .
Parcurgerea acestui modul familiarizeaz pe cei instruii cu noiuni de baz nprocesul de msurare, mijloace de msurare, metode de msurare, msurarea
parametrilor electrici n circuitele de curent continuu (intensitatea curentului,
tensiunea i puterea electric), msurri n curent alternativ, msurri cu
osciloscopul.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
6/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
7/104
7
1 2 3Tema 2: Msurarea mrimilorspecifice reelelor de comunicaii:
amplitudinea, frecvena, perioada,puterea, rezistena distribuit,capacitatea distribuit, inductanadistribuit(pentru perechi deconductoare), impedana.
Fia 2.1 Msurareaamplitudinii, frecvenei,
perioadeiFia 2.2 Msurarea puteriielectrice
Fia 2.3 Msurareaelementelor de circuitR,L,C, Z
C4. Utilizeazosciloscopul pentruinterpretarea diferitelorsemnale electrice
Tema 1: Structura osciloscopului:blocuri componente, rolul blocurilorcomponente, schema bloc atubului catodic, condiia de
stabilitate a imaginii pe ecran,principiul de funcionare, reglajeleosciloscopului: calibrarea peorizontal, calibrarea pe vertical,sincronizarea.
Fia 1.1 Schema bloc aosciloscopului, blocuricomponente, rolul blocurilorcomponente
Fia 1.2 Schema bloc atubului catodic.
Fia 1.3 Condiia destabilitate a imaginii peecran, principiul defuncionare
Fia 1.4 Reglajeleosciloscopului, calibrarea peorizontal, pe vertical,sincronizarea.
Tema 2: Msurri cu osciloscopul Fia 2.1 Msurarea tensiuniiFia 2.2 Msurareaintensitii curentului electric
Fia 2.3 Msurarea timpului,duratei i perioadei unuisemnal
Fia 2.4 Msurareafrecvenei
Fia 2.5 Msurareadefazajului
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
8/104
8
II. DOCUMENTE NECESARE PENTRU ACTIVITATEA DE
PREDARE
Pentru predarea coninuturilor abordate n cadrul materialului de predare,cadrul didactic are obligaia de a studia urmtoarele documente :
y Standardul de Pregtire Profesional, nivel 3+, www.tvet.ro seciunea
SPP sau www.edu.ro seciunea nvmnt preuniversitar.
y Curriculum, nivelul 3+, www.tvet.ro seciunea Curriculum sau
www.edu.ro seciunea nvmnt preuniversitar.
y Cri de specialitate
y Reviste de specialitate
y Ghiduri de utilizare a echipamentelor specifice calificrilor pentru care
se elaboreaz materialele.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
9/104
9
III. RESURSE
TEMA 1 : MRIMI ELECTRICE / OPTICE I UNITI DE MSUR
C1 Identific mrimile electrice i unitile de msur
FIA SUPORT 1.1 - Mrimi electrice, definirea lor, uniti de msur
- Mrimea este un atribut al unui fenomen, corp sau al unei substane, care
este susceptibil de a fi difereniat calitativ i determinat cantitativ.
- Mrimea fundamental este o mrime admis, prin convenie, ca fiind
independent funcional de alte mrimi.
- Mrimea derivat este mrimea definit funcie de mrimile fundamentale
dintr-un sistem de mrimi.
- Unitatea de msur este o mrime particular, definit i adoptat prin
convenie, cu care sunt comparate alte mrimi de aceeasi natur, pentru
exprimarea valorilor lor n raport cu acea mrime.
Marea diversitate de uniti de msur i de materializri fizice ale acestora a
condus la crearea unui sistem internaional de uniti de msur SI. Acesta a
fost adoptat n anul 1960 la Paris, prin convenie interna ional. Din anul 1961, SI
este legal i obligatoriu n Romnia. SI are apte uniti fundamentale
corespunztoare celor apte mrimi fundamentale, precum i dou uniti
suplimentare corespunztoare celor dou mrimi suplimentare, tabelul 1.1.
SI cuprinde mrimi i uniti derivate care sunt prezentate n tabelul 1.2.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
10/104
10
Mrimi fundamentale,suplimentare
Tab. 1.1.
Mrime fundamentalDenumire Simbol Unitate de msur
Denumire SimbolLungime l metru mMas m kilogram kgTimp t secund sIntensitatea curentuluielectric
amper A
Temperaturatermodinamic
T kelvin K
Intensitatea luminoas J candel cdCantitatea de substan n; R mol mol
Mrime suplimentarunghiul plan radian radunghiul n spaiu (solid) steradian sr
Mrimi derivate
Tab. 1.2.
Mrime derivatDenumire Simbol Relaia de
definiie
Unitate de msur
Denumire SimbolPutere electric P P=UI watt wTensiune electric U U=L/q volt VRezisten electric R R=U/I ohm Lucru mecanic,energie,cantitate de cldur
LWQ
W=Pt joule J
Frecven f f=1/t hertz HzCantitate de electricitate,sarcin electric
Q Q=It Coulomb C
Capacitate electric C C=Q/U farad FInductan L L=/I henry H
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
11/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
12/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
13/104
13
raportul ntre reactana i rezistena unui element de circuit sau unui circuit : Q=X/R.
Factorul de calitate este o mrime adimensional, este un numr.
- Puterea reprezint energia consumat n unitatea de timp : P = W / t .
Unitatea de msur pentru puterea n SI este wattul (w). n curent alternativ se
definesc urmtoarele puteri:
- puterea activ P = UI cos [ w ]
- puterea reactiv Q = UI sin [ VAR ] voltamper reactiv
- puterea aparent S = UI [ VA ]
ntre cele trei puteri exist relaia S2 = P2 + Q2
- Perioada T este timpul scurs ntre dou treceri consecutive ale valoriiinstantanee a semnalului alternativ prin aceleai valori i n acelai sens de variaie.
Ca valoare de referin, se ia de obicei trecerea prin zero. Unitatea de msur pentru
perioad este secunda (s). O perioad corespunde unei oscilaii complete, adic o
alternan pozitiv i una negativ.
- Frecvena f a semnalului alternativ este inversul perioadei T i repr ezint fizic
numrul de oscilaii complete pe secund. f =1/ T Unitatea de msur pentru
frecven se numete hertz ( Hz ).
- Lungimea de und reprezint drumul parcurs de semnalul alternativ pe
durata unei perioade. fc
Tc !!P
Unitatea de msur pentru lungimea de und este metrul ( m ).
U
T
t
Fig. 1.1.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
14/104
14
FIA SUPORT 1.2. - Mrimi optice, definirea lor, uniti de msur.
- Atenuarea fibrei optice
Lumina care se propag ntr-o fibr optic, sufer o atenuare, adic are loc o
pierdere de energie. Aceste pierderi trebuie s rmn mici, pentru a putea parcurge
distane mari, fr regeneratori intermediari. Atenuarea fibrei optice se datoreaz, n
principal, fenomenelor fizice: absorbie i difuzie.
Importana acestor pierderi luminoase depinde, ntre altele, de lungimea de
und a luminii injectate. Din aceast cauz este n general, util s se msoare
atenuarea fibrei optice n funcie de und (msura spectral). Putem astfel deter mina
gamele de und cu pierderi mici, deosebit de interesante pentru fibra optic.
n timp ce fenomenul absorbiei nu se produce dect la lungimi de und
precise, numite benzi de absorbie (de exemplu 1390 nm : absorbia OH ), pierderile
luminoase prin difuzie exist pentru toate lungimile de und. Pentru c difuzia rezult
din fluctuaiile densitii (lipsa de omogenitate) n fibra optic i cum aceasta are
dimensiuni adesea mai mici dect lungimea de und a luminii, putem apela la legea
de difuzie a lui Rayleigh. Aceasta spune : dac lungimea de und crete,
pierderile prin difuzie scad cu puterea a 4 -a lui .
(nm)1
Ekm
dB
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
0.7
0.15
1.3
1.9
2.5
2 3
Fig. 2.1. Curba de atenuare a lui Rayleigh
1.Atenuarea lui Rayleigh
2.Atenuarea tipic fibrei optice
3.Absoria OH
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
15/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
16/104
16
m1
m2m
fP
fPfH ! ; H(fm) este o funcie de frecven de modulaie fm . Obinuit se
normeaz modulul funciei de transfer mprindu -l cu H(0). H(0) este funcia de
transfer pentru o frecven de modulaie fm = 0, adic fr modulaie.
Figura 2.3 este o curb tipic. Alura acestei curbe corespunde aproape cu cea a unui
filtru trece jos gaussian. Frecvena de modulaie pentru care valoarea normat a
modulului funciei de transfer este egal cu 0,5 este numit banda de trecere B a
fibrei optice. Ea corespunde la
5,0
0H
fHm !!
Banda de trecere este egal cu intervalul de frecven n care amplitudinea (puterii
optice) comparat cu valoarea sa la frecvena zero a sczut cu 50%, adic 3 dB.
- Dispersia cromatic
Impulsurile luminoase se propag n fibra optic, cu o vitez de grup de
cg=c/ng ; ng fiind indicele de refracie de grup al sticlei miezului, care depinde de
lungimea L, ntr-un timp de grup :
gCL
c
Lg nt g !!
Deci, timpul de grup, care este o funcie de indicele de grup, depinde i de lungimeade und . Fiecare surs luminoas pentru fibr optic, emite lumina sa nu numai pe
o lungime de und unic, ci i ntr-un spectru (lungime spectral ) distribuit n
jurul acestei lungimi de und. Datorit acestui lucru, cantitile luminoase n se
propag cu viteze diferite i aceasta implic diferii timpi de ntrziere. Dispersia
1
B0
0.5
0HfH m
Fig. 2.3. Funcia de transfer a fibrei optice
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
17/104
17
materialului M0 este o msur a variaiei indicelui de grup n g pe diferite lungimi de
und. Ea este egal cu derivata indicelui de grup n raport cu lungimea de und :
P
P!
P
P!P
d
)(dt1
d
)(dn
c
1)(M
gg
0
Unitatea de msur a dispersiei este ps/nm km
Deoarece indicele de refracie de grup n g al sticlei de cuar atinge un minim la
o lungime de und de circa 1300 nm, derivata se anuleaz n acest punct i dispersia
materialului M0() este infinit de mic la aceast lungime de und. Valoarea
dispersiei materialului depinde de materialul utilizat . Se poate dopnd sticla de miez,
s influeneze n anumite limite dispersia, i astfel , punctul zero. Aceast dispersie
se produce n toate fibrele optice. La fibrele multimod n apropierea punctului zero,
dispersia modal ntrece cu mult dispersia materialului.
Exist i un alt efect de dispersie : dispersia ghidului de und , cu o
importan deosebit pentru fibrele optice monomod. Ea se datoreaz faptului c
distribuia luminii modului fundamental pe sticla miezului i a nveliului este o funcie
de lungime de und. Aceast dispersie este datorat diferenei relative de indice,
care depinde de asemenea , de lungimea de und =(). Cu lungimi de und
cresctoare, modul fundamental LP01 se ntinde din sticla miezului n sticla
nveliului. Aceasta implic faptul c o cantitate cresctoare de lumin a modului
fundamental este ghidat n nveliul care are un indice de refracie mai sczut dect
cel al miezului i, astfel, n plaja lrgimii spectrale (), exist diferene n timpii de
ntrziere. Viteza de propagare a undei luminoase este unifo rm n sticla miezului i
nveliului, adic se formeaz o valoare medie ponderat a vitezelor n cele dou
medii.r r
1 2< 1
Fig. 2.4 - Distribuia energiei modului fundamental n funcie de dou lungimide und diferite
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
18/104
18
Suma celor dou tipuri de dispersie (dispersia materialului i dispersia
ghidului de und) este numit dispersia cromatic M():
M() = M0() + M1()
Lungimea de und 0 la care dispersia cromatic dispare este numit
lungime de und la dispersia nul.
Un impuls luminos injectat ntr-o fibr optic monomod de o surs de lrgime
spectral (lrgimea la jumtatea nlimii maximului) care corespunde unei lrgimi
spectrale efective ef :
P(!P(!P( 85,04ln
1
ef
Pentru un spectru gaussian, ntr-o fibr optic monomod variaz n timp datorit
dispersiei cromatice M(). Pentru o durat efectiv a impulsului T 1 la intrarea unei
fibre optice i T2 dup o lungime L, lungimea efectiv a impulsului T ef se calculeaz:
Tef=2
1
2
2 T-T = LM ef (0P
Dispersie
(nm)
1kmnmps
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
8
0
16
24
32
2
40
-40
-32
-16
-24
-83
Fig. 2.5 Curbe de dispersie ale unei fibre optice monomod
1-dispersia materialului M0()
2-dispersia cromatic M()
3-dispersia ghidului de und M1()
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
19/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
20/104
20
TEMA 2 : ELEMENTELE COMPONENTE ALE UNUI PROCES DE
MSURARE : MIJLOACE DE MSURARE, ETALOANE,
METODE DE MSURARE
FIA SUPORT 2.1. - Mijloace de msurare. Etaloane
Procesul de msurare
Msurarea este ansamblu de operaii avnd ca scop determinarea unei valori
a unei mrimi. Pentru msurarea unei mrimi fizice x, aceasta se compar cu
unitatea de msur Um , rezultatul fiind valoarea numeric a mrimii msurate X m.
Ecuaia fundamental a msurrii se poate scrie :
x = XmUm Exemplu : timp = 3 ore
tensiune = 40 kVmas = 60 kg
Mrimea de msurat x se mai numete i msurand.
Din punct de vedere practic, msurarea poate fi o
- operaie, atunci cnd operatorul execut manevrele necesare (msurarea
lungimii cu ublerul )
- proces, atunci cnd odat realizate anumite condiii, msurarea seefectueaz pe baza energiei proprii a sistemului (msurarea tensiunii
electrice cu voltmetrul)
Proces demsurare
Metode demsurare
Mijloace demsurare
Msurand(mrimea de msurat)
Ce ?
Cum ?Cu ce ?
Fig 1.1. Schema procesului de msurare.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
21/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
22/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
23/104
23
- Etaloane de lucru , care sunt utilizate ca intermediar pentru a compara
ntre ele alte etaloane.
FIA SUPORT 2.2 - Metode de msurare
- Metoda de msurare cuprinde ansamblu de relaii teoretice i operaii
practice folosite la efectuarea msurrii pe baza unui principiu dat.
- Clasificarea metodelor de msurare
a) dup exactitatea obinut
- metode de msurare de laborator: metode utilizate n mod repetat, cu
mijloace de exactitate ridicat, asupra rezultatului efectundu -se calculul
erorilor.
- metode de msurare industriale : metode utilizate cu aparate mai puin
sensibile, dar robuste, integrate procesului tehnologic, urmrindu -se
meninerea sub control a mrimii msurate.
b) modul de prezentare a rezultatului msurrii :
- metode de msurare analogice la care mrimea de ieire (rezultatul
msurrii) variaz n mod continuu.
- metode de msurare digitale la care mrimea de ieire variaz n mod
discontinuu sub form de cifre.
c) modul de obinere a valorii msurate :
- metode directe la care se obine nemijlocit valoarea msurat. Exemplu
msurarea lungimii cu ublerul, msurarea tensiunii cu voltmetrul.
- metode indirecte : valoarea mrimii de msurat rezult prin calculul n
funcie de alte mrimi efectiv msurate. Exemplu msurarea rezistenei
electrice cu ampermetrul i voltmetrul, msurarea volumului folosind rigla.
- metode de comparaie : mrimea de msurat este comparat cu o mrime
de referin. Exemplu msurarea rezistenei electrice cu puntea
Wheatstone.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
24/104
24
d) modul de sesizare a valorii msurandului :
- cu contact : suprafeele de msurare ale aparatului vin n contact direct cu
suprafaa piesei.
- fr contact : mijlocul de msurare nu este prevzut cu sistem de palpare,
transmitere i amplificare.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
25/104
25
TEMA 3 : ERORI DE MSURARE, CLASE DE PRECIZIE ALE
APARATELOR. EROAREA ABSOLUT, RELATIV,
RAPORTAT, TOLERAT (CLASA DE PRECIZIE).
FIA SUPORT 3.1. - Erorile msurrilor, eroarea absolut, relativ,
raportat, tolerat, clasa de precizie.
- Erori de msurare
Din cauza imperfeciunii aparatului de msurat i operatorului, precum i datorit
prezenei unor factori perturbatori (temperatur, umiditate, cmpuri electrice etc)
rezultatul msurrii este ntotdeauna afectat de o eroare. Cu ct eroarea este mai
mic, exactitatea msurrii este mai bun.
- Exactitatea msurrii este gradul de concordan ntre rezultatul msurrii
i valoarea adevrat a mrimii. Deoarece valoarea adevrat nu poate fi cunoscut,
pentru aprecierea calitii unei msurri se compar valoarea msurat cu o valoare
de referin x0 obinut prin msurri efectuate cu mijloace de msurare etalon.
- Eroare absolut
x = xm - x0 ; Eroare absolut este diferena dintre valoarea msurat i
valoarea de referin. Ea se exprim n aceleai uniti de msur ca i mrimea de
msurat. Poate fi pozitiv, negativ sau zero. Arat cu ct difer valoarea msurat
fa de valoarea de referin.
axa numerelor reale
x - valoarea adevratxm - valoarea msurat
eroarea de msurare
0
Fig. 3.1. Valorile msurandului
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
26/104
26
- Eroarea relativ
? A%100x
xx100
x
x
0
0m
0
!(
!I
Eroarea relativ este raportul dintre eroarea absolut i valoarea de referin.
Fiind un raport ntre dou mrimi fizice de aceeai natur, eroarea relativ este unnumr i se exprim n procente. Eroarea relativ arat precizia cu care se
efectueaz msurarea.
Exemplu : Se msoar tensiunea unei baterii de 5V i se obine valoarea de
6V. x = xm - x0 = 6 5 = 1V
%201005
1100
x
x
0
!!(
!I
Se msoara tensiunea de 220V i se obine valoarea de 219V.
x = xm - x0 = 219 220 = 1V
%45.0100220
1100
x
x
0
!
!(
!I
Dei eroarea absolut este aceeai ca valoare, a doua msurare este mai precis.
Erorile aparatelor de msurat
-Eroarea instrumental este diferena ntre indicaia n momentul msurrii i
indicaia exact (de referin) a aparatului (instrumentului) de msurat.
a = am a
Eroarea instrumental se exprim n aceleai uniti de msur ca i mrimea de
msurat i poate avea diferite valori.
- Eroarea instrumental tolerat reprezint valoarea maxim admisibil a erorii
instrumentale. Aceast eroare caracterizez fiecare aparat i este stabilit prin
construcie de productorul de aparate de msurat. Exemplu : Un miliampermetru de
100 mA poate avea o eroare instrumental de 1 mA.
maxmmaxi
aa !I
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
27/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
28/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
29/104
29
Observaie : Este interzis a se conecta voltmetrul n serie n circuit.
- Voltmetre de curent continuu
Voltmetrul se conecteaz n paralel cu circuitul. Sursa este de curent continuu
(baterie) iar consumatorul este un rezistorR.
- Se va respecta polaritatea curentului continuu adic plusul sursei se va
conecta la plusul voltmetrului i minusul sursei se va la minusul voltmetrului. n caz
de nerespectare a polaritii, acul indicator se va deplasa spre zero i se va putea
rupe.
- Ca aparat indicator n curent continuu se va folosi , de regul, un voltmetru
magnetoelectric.
- Voltmetre de curent alternativ
Voltmetrul se conecteaz n paralel cu circuitul. Sursa este un generator de semnal
alternativ G iar consumatorul este o impedan Z (mrime complex format din
rezisten, inductan i capacitate).
SURS CONSUMATOR
V
Fig. 1.2. Conectarea greit avoltmetrului
Fig. 1.3. Voltmetru de curent continuu
V
+
E -
+
-R
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
30/104
30
n curent alternativ nu conteaz polaritatea bornelor. n curent alternativ se
poate folosi un voltmetru magnetoelectric asociat cu un dispozitiv redresor care
transform curentul alternativ n curent continuu. Se poate folo si i un dispozitiv
feromagnetic pentru sute de voli. Pentru valori mai mari ale tensiunii se va asocia o
rezisten adiional sau transformator de msur de tensiune. Voltmetrul
electrodinamic are cea mai bun clas de precizie. Voltmetrele msoar valoarea
efectiv a tensiunii alternative sinusoidale.
- Voltmetre cu mai multe domenii de msurare
Sunt prevzute cu un selector (comutator) sau cu mai multe borne cu ajutorul
crora se alege domeniul n funcie de valoarea tensiunii ce trebuie msurat. Pentru
fiecare scar i domeniu de msurare, la voltmetrele analogice, se va calcula
constanta scrii :
E!
div
VUC
max
nU ; U = CU [V] , unde :
Un valoarea tensiunii nominale pentru domeniul respectiv
max numrul maxim de diviziuni ale scrii gradate
- numrul de diviziuni artate de acul indicator
Aplicaie : Un voltmetru cu Un = 2,5V n curent continuu are scara max = 50 diviziuni.
Acul indic 30 diviziuni. Ce tensiune se msoar ?
div
V05,0
div50
V5,2C V5,2 !!
V
Fig. 1.4. Voltmetru de curentalternativ
~ ZG
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
31/104
31
V5,1div30div
V05,0CU U !!E! .
Extinderea domeniului de msurare al voltmetrului cu rezisten adiional R ad
Rezistena adiional este o rezisten de valoare mare, care se monteaz n
serie cu voltmetrul i pe care cade o parte din tensiunea de msurat. Deoarece
voltmetrul i rezistena adiional Rad sunt conectate n serie, ele sunt strbtute de
acelai curent I = IV
Conform legii lui Ohm scriem :V
VV
R
UI ! ;
adV RR
UI
!
V
ad
V
adV
V R
R1
R
RR
U
U!
! ; Se face notaia nU
U
V
! numit coeficient de
multiplicare al tensiunii, care arat de cte ori tensiunea de msurat este mai maredect tensiunea nominal a voltmetrului.
Rezult :V
ad
R
R1n ! ; Rad = RV(n-1)
Aplicaie : Pentru un voltmetru cu RV = 1k i UV = 10mV , se cere rezistena
adiional necesar pentru a msura U = 1V.
10010
1000
U
UnmV1000V1
V
!!!! ; Rad = RV(n-1) = 1103(100-1) = 99000 = 99k
Rezistena n ohmi pe volt
Rezistena n ohmi pe volt ce caracterizeaz un aparat este inversul curentului su
nominal.aI
1
VR !
; .
Aplicaie : Un voltmetru avnd Ia = 1mA are 1000 /V.
V
RadRV
U ad
IVI
UV
U
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
32/104
32
FIA SUPORT 1.2 - Ampermetrul
Ampermetrul este un mijloc de msurare folosit pentru msurarea intensitii
curentului electric. Ampermetrul poate fi analogic sau digital.
Schema unui ampermetru
- Conectarea ampermetrului n circuit
Ampermetrul se conecteaz n serie cu circuitul. Prin introducerea
ampermetrului n circuit se produc erori sistematice de metod prin faptul c
ampermetrul are o rezisten intern proprie notat cu rA . Pentru ca erorile fcute n
msurri s fie ct mai mici, trebuie ca rA
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
33/104
33
- Ampermetre de curent continuu
Ampermetrul se conecteaz n serie cu circuitul. Sursa este de curent continuu
(baterie) iar consumatorul este un rezistorR.
Se va respecta polaritatea curentului continuu adic plusul sursei se va
conecta la plusul ampermetrului i minusul sursei se va la minusul ampermetrului. n
caz de nerespectare a polaritii, acul indicator se va deplasa spre zero i se va
putea rupe.
Ca aparat indicator n curent continuu se va folosi, de regul, un ampermetru
magnetoelectric.
- Ampermetre de curent alternativ
Ampermetrul se conecteaz n serie cu circuitul. Sursa este un generator de
semnal alternativ G iar consumatorul este o impedan Z (mrime complex format
din rezisten, inductan i capacitate).
Fig. 2.3. Ampermetru de curentcontinuu
A+
E
-
+
-R
A
Fig. 2.4. Ampermetru de curentalternativ
~ ZG
I
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
34/104
34
n curent alternativ nu conteaz polaritatea bornelor. Ampermetrul msoar
valoarea efectiv a intensitii curentului alternativ.
n curent alternativ se poate folosi un ampermetru magnetoelectric asociat cu
un dispozitiv redresor care transform curentul alternativ n curent continuu. Se poate
folosi un dispozitiv feromagnetic pentru aparate de ta blou, pentru cureni de 1sau 5A.Pentru valori mari ale curentului alternativ de sute de amperi, se asociaz cu unturi
sau transformatoare de msur de curent. Ampermetrul electrodinamic are cea mai
bun clas de precizie.
- Ampermetre cu mai multe domenii de msurare
Sunt prevzute cu un selector (comutator) sau cu mai multe borne cu ajutorul
crora se alege domeniul n funcie de valoarea curentului ce trebuie msurat. Pentru
fiecare scar i domeniu de msurare, la ampermetrele analogice, se va calculaconstanta scrii :
E!
div
AIC
max
n
I; I = CI [A] , unde :
I n valoarea tensiunii nominale pentru domeniul respectiv
max numrul maxim de diviziuni ale scrii gradate
- numrul de diviziuni artate de acul indicator
Aplicaie : Un ampermetru cu In = 10mA n curent continuu are scara max = 100
diviziuni. Acul indic 57 diviziuni. Ce curent se msoar ?
div1,0
div100
10C
10 !! A7,5div57div
A1,0CI I !!E!
- Extinderea domeniului de msurare al ampermetrului cu unt
untul este o rezisten electric, de obicei de valoare mic, i care se
monteaz n paralel pe aparatul de msurat i prin care trece o parte din curentul demsurat.
Conform legii lui Ohm, putem scrie : U = RSIS = rAIA
S
AAS
I
IrR
! ; I = IA + IS
1I
I
r
I
II
IrR
A
A
A
A
AAS
!
!
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
35/104
35
Notm raportul nI
I
A
! - numit coeficient de multiplicare sau factor de untare care
arat de cte ori curentul de msurat I este mai mare dect curentul nominal al
ampermetrului IA .1n
rR AS
! .
Aplicaie : S se determine rezistena unui unt pentru un ampermetru care are
IA=2mA i rA=5 pentru a msura un curent I=10mA.
52
10
I
In
A
!!! ; ;!
!
! 25,115
5
1n
rR AS .
untul universal este un ansamblu de rezistene conectate ntre ele n serie i
care se distribuie fie n serie, fie n paralel cu apartul de msurat n funcie de un
comutator care schimb domeniile de msurare.
FIA SUPORT 1.3 - Megommetrul
Pentru msurarea rezistenelor foarte mari, peste 10 5, se folosesc
megommetre. Se construiesc asemntor cu ohmmetrele serie, dar au ca sursinterioar de tensiune un mic generator de curent continuu cu magnet permanent
(magnetou) acionat manual, care furnizeaz o tensiune nalt de 500, 1000 sau
2500V, sau un convertor electronic care transform tensiunea continu dat de o
baterie obinuit (9V) ntr-una alternativ care, dup ridicarea la valoarea necesar
cu ajutorul unui transformator este redresat i filtrat. Ca aparat indicator se
A
R
RsISI
U
IA rA
Fig. 2.5. Ampermetru cu unt
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
36/104
36
utilizeaz un miliampermetru magnetoelectric cu bobin simpl sau de tip logometru.
Limitele de msurare ale megohmmetrelor sunt cuprinse ntre 0,2 i 500 M, uneori
pn la 10000 M. Cea mai bun clas de precizie a acestor instrumente este de
1%.
Megohmmetrul cu logometru magnetoelectric prezint avantajul c indicaia saeste independent de tensiunea sursei de alimentare. La aceste aparate, rezistena
de msurat RX se conecteaz, fie n serie, fie n paralel, cu una dintre bobinele
mobile ale logometrului, aezate la 90 i fixate pe acelai ax. La echilibru,
momentele celor dou cupluri care acioneaz asupra celor dou bobine devin
egale, iar deviaia este o funcie de raportul curenilor ce parcurg bobinele. Ca
urmare, curentul prin una dintre bobinele mobile ale logometrul ui depinde de
valoarea rezistenei de msurat, curentul prin cealalt bobin fiind independent de
aceasta. Deviaia logometrului este determinat de raportul curenilor din cele doubobine. Ambii cureni fiind proporionali cu tensiunea sursei, raportul lor nu depinde
de aceasta.
X2
x2
1
2
1
i RfRR
Rf
I
If !
!
!E n care R1 i R2 sunt rezistenele bobinelor
logometrului. Indicaiile megommetrului cu logometru sunt n funcie numai de
rezistena de msurat, fiind independente de tensiunea sursei, adic de viteza de
rotaie a manivelei inductorului. Ca urmare, aceste megommetre nu necesit nici o
reglare prealabil msurrii.
+
I
GN S
i
-BR1
I1G
N S
I2
R2
Rx
Fig 3.1. Dispozitivul logometric Fig 3.2. Schema electric a megohmmetrului
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
37/104
37
FIA SUPORT 1.4 - Puni R,L,C
n practic se ntlnesc frecvent puni care permit msurarea rezistenelor,
inductanelor i capacitilor cunoscute sub numele de puni universale sau puni
RLC. Schema punilor universale permite realizarea, printr -o simpl manevrare a
unui comutator, fie a unui montaj de punte de curent continuu (puntea Wheatstone),fie a unor montaje de puni de curent alternativ (puni Maxwell, Wien, Sauty, Nernst)
Punile universale RLC sunt alctuite, n general, din : un generator stabilizat
(de obicei de 1000 Hz n joas frecven i 1 MHz la nalt frecven), un redresor
pentru alimentarea n curent continuu, rezistene de raport, elemente etalon de
comparaie (rezistene, inductane, condensatoare), un aparat indicator de zero(de
obicei un voltmetru electronic). Elementele reglabile sunt etalonate direct n unit ile
mrimilor de msurat.
Schema unei punil universale RLC este prezentat n figura 4.1 :
Msurarea rezistenelor se face cu montajul de punte Wheatstone (fig. 4.1 .a)
Se pot msura rezistene ntre 0,1 i 10 6, cu o precizie de 1%. Pentru msurarea
rezistenelor mai mici de 1, din valoarea obinut trebuie sczute rezistentele
conductoarelor de legtur i a contactelor din interiorul punii, precum i a celor dinexterior.
Inductanele se msoar cu un montaj de punte Maxwell (fig. 4.1.b). Se pot
msura inductane cuprinse ntre 10-6 i 100H, cu o eroare de 1%.
a b c
Fig 4.1 Schema punilorRLC
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
38/104
38
Capacitile se msoar cu un montaj de punte Sauty (fig. 4.1.c), unde ca
element de comparaie se folosete condensatorul C 0 , montat n braul alturat
condensatorului de msurat. Domeniul de msurare este cuprins ntr e 10-5 i 100 F,
cu o eroare de msurare 1%. Odat cu msurarea capacitilor se poate determina
i tangenta unghiului de pierderi.
Pentru a da posibilitatea msurrii cu acelai aparat a mai multor elemente de
circuit, punile industriale se realizeaz sub form combinat, putndu-se realiza
diverse tipuri de puni n acelai aparat, cu ajutorul unor comutatoare.
Exemplu puntea RLC E0704
- rezistene 0,5 105 M
- capaciti 1 pF 1050 F
- inductane 50 H 105 H
Panoul frontal al unei puni RLC - cuprinde urmtoarele elemente (conform schemei)
Puni digitale
Apariia aparaturii numerice a dus la realizarea unor puni a cror performanse impune tot mai mult n raport cu punile anterioare. Cunoscute sub denumirea de
puni digitale , acestea se caracterizeaz prin clas de precizie mult superioar
punilor analogice i printr-o gam de msur mult lrgit. Aceste puni digitale au
posibilitatea ca rezultatul msurrii s fie afiat, cu ajutorul unui display LCD, direct
pe ecran.
1 - discul cu scrile gradate de msur2 - plcua transparent cu linie de reper pentrucitirea scrilor3 - lampa de semnalizare a tensiunii din reea4 - instrument indicator de zero5 - comutatorul modului de funcionare (R,L,C)6 - comutatorul subdomeniilor de lucru
(5 poziii, x 1, x 10, x 102, x 103, x 104)7 - butonul de demultiplicare a micrilor discului
gradat8 - poteniometrul de sensibilitate cu ntreruptorde reea9 - poteniometrul de compensare a rezisteneibobinei10 - bornele de conectare a obiectului de msurat(rezistenei Rx )
Fig. 4.2. Panoul frontal al punii RLC
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
39/104
39
FIA SUPORT 1.5 - Impedanmetrul (zetmetrul)
Msurarea exact a impedanei este important pentru cunoaterea
comportrii elementelor de circuit, precum i a subansamblurilor funcionale, a liniilor
de transmisie aeriene sau n cablu, a antenelor etc.
Impedana Z este o mrime vectorial exprimat prin modulul Z i argument
sau prin componenta real (rezistiv) R i componenta imaginar (reactiv) X.
jReZZ j !! N .
Componentele impedanei variaz de obicei cu frecvena d eci trebuie specificat
frecvena de msur, aleas de obicei n domeniul de frecvene n care este folosit
acea impedan. Trebuie apreciat dup specificul msurrii, dac nu este suficient
cunoaterea numai a modulului impedanei, care se msoar mai uor dect
componenetele R i X sau modulul i argumentul.
Impedanmetrul (zetmetrul) folosete o msurare indirect de curent :
Un generator cu rezistena intern i tensiunea cunoscut V alimenteaz un circuit
serie format din impedana ZX al crui modul se msoar i o rezisten etalon r de
valoare comparativ mic. r
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
40/104
40
Indicaia voltmetrului electronic este invers proporional cu modulul
impedanei ZX , deci scara sa se poate grada direct n valoari de modul ale
impedanei ZX .
Pentru a lrgi domeniul de msurare, trebuie s se modifice tensiunea
generatorului sau sensibilitatea voltmetrului electronic. De obicei se utilizeaz un
montaj n care impedana ce se msoar se introduce printr-un autotransformator.
Aceast variant prezint avantajul c impedana care apare ntre capetele
autotransformatorului depinde de raportul de transformare, care poate fi variat prin
prize convenabil alese.
Montajul cu autotransformator are neajunsul c, atunci cnd n circuit nu este
montat nici o impedan (ZX = g ) , circuitul este parcurs de curentul prin
autotransformator, deci exist totui o indicaie la voltmetrul electronic.
Spre a evita acest neajuns, s-au introdus dou autotransformatoare cu prize.
~V
U=constantr
ZXI
f
ri=0
u
Fig. 5.1. Principiul msurrii cu impedanmetrul (zetmetrul)
~ U=constant r
ZX
Atenuatorf
ri=0
u
Fig. 5.2. Zetmetrul cu autotransformator
V
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
41/104
41
Impedana ZX se introduce ntre prizele cu acela i numr ale
autotransformatoarelor i care corespund la aceleai rapoarte de transformare. Se
pot msura astfel impedane ntre limite largi.
FIA SUPORT 1.6 - Q-metrul
Q-metrul este un aparat industrial, destinat s msoare factorul de caltate Q.
El permite i alte msurri cum ar fi : msurarea inductanelor, a rezistenelor n
nalt frecven, a capacitilor etc.
Funcionarea Q-metrului se bazeaz pe, proprietatea circuitelorLC serie, de a
prezenta la rezonan,la bornele elementelor lor, o tensiune de Q ori mai mare dect
tensiunea cu care au fost alimentate n serie.
- Schema de principiu
~U=c
onstant
rZX
Atenuator 1
f
ri=0
u
Fig. 5.3. Zetmetrul cu dou autotransformatoare
V
1 1
6544
56
Atenuator 2
33
G
VE 1
VE 2
Fig. 6.1. Schema de principiu a Q-metrului
CUPLAJ C
LX , RX
A B
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
42/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
43/104
43
FIA SUPORT 1.7. - Frecvenmetrul
Frecvenmetrele cu citire direct sunt aparate indicatoare cu scar gradat n
hertzi i care necesit reglaje sau operaii suplimentare n timpul msurrii.
- Frecvenmetrul cu lame vibrante
Frecvenmetrul cu lame vibrante se folosete pentru frecvene joase, de obicei
frecvena reelei, 50Hz.
Aparatul conine mai multe lame metalice avnd frecvene de rezonan mecanic
diferite. n apropierea lamelor, se afl o bobin parcurs de curentul a crui frecven
se msoar. Sub influena bobinei, lama care are frecvena de rezonan egal cu
frecvena curentului ncepe s vibreze, indicnd n acest mod frecvena.
- Frecvenmetrul cu logometru
Frecvenmetrul cu logometru funcioneaz la frecvene joase(pn la cteva mii de
hertzi). Ele folosesc ca instrumente indicatoare logometre feromagnetice,
electrodinamice sau ferodinamice.
Un logometru este un aparat cu dou circuite de msurare, parcurse de doi
cureni I1 i I2 i a crui indicaie este funcie de raportul intensitilor celor doi cureni:
1
2
I
IK!E . n serie cu fiecare bobin a logometrului este conectat cte un circuit LC,
acordat pe frecvenele f10 i respectiv f20. Indicaia aparatului fiind proporional cu
raportul celor doi cureni, va fi la rndul su funcie de frecven, iar scara se poate
grada direct n frecven.
L
Ufx
I
49 50 51 52 Hz
Fig. 7.1. Frecvenmetrul cu lame vibrante
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
44/104
44
Frecvenmetrele cu logometru se construiesc pentru intervalle reduse de
frecvene, cuprinse ntre cele dou frecvene de rezonan (de exemplu 45 55 Hz,
410 450 Hz,1450 1550 Hz)
- Frecvenmetre cu condensator
Frecvenmetrele cu condensator funcioneaz ntr-o band larg de frecvene,
ncepnd de la fraciuni de hertz pn la circa 100 kHz . Funcionarea lor se bazeaz
pe proporionalitatea ntre intensitatea curentului ntr -un circuit care are ca sarcin un
condensator i frecven.
A
~ CU, fX
I
Fig. 7.3. Schema de principiu a unui frecvenmetrul cu condensator
a
f
I
I1I2
f20f10
b
Fig. 7.2. Frecvenmetrul cu logometrua schema de principiub variaia curenilor n funcie de frecven
C2
I2
C1
I1
U1fx
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
45/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
46/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
47/104
47
- Principiul de funcionare a unui numrtor unive rsal
Const n numrarea unor impulsuri ntr-un timp determinat. n acest scop, el
conine un circuit poart, la intrarea cruia se aplic impulsurile de numrat mpreun
cu un semnal de comand care determin durata numrrii. Circuitul poart este de
obicei un circuit de tip I.La ieirea porii se vor regsi impulsurile aplicate la intrare,
numai pe durata coincidenei dintre cele dou semnale. Impulsurile de la ieirea porii
sunt numrate de numrtor n sistemul binar sau binar codificat zecimal (BCD ).
Decodificatorul transform rezultatul numrrii din binar sau din BCD, n sistemul
zecimal, pentru a fi apoi afiat numeric de dispozitivul de afiare.
Funcionarea numrtorului universal este comandat de un oscilator cu cuar
de mare stabilitate. Deoarece oscilatorul cu cuar funcioneaz pe o frecven fix,
pentru obinerea unor semnale de frecvene diferite se folosete un divizor de
frecven, care mparte prin decade succesive (1, 1/10, 1/100, ) frecvena
semnalelor date de oscilatorul cu cuar. Semnalele obinute la ieirea divizorului de
frecven se aplic la una dintre intrrile circuitului poart, determinnd n acest mod,
cu precizie foarte mare, durata unuia dintre semnalele ce se aplic porii. Oscilatorul
cu cuar mpreun cu divizorul de frecven alctuiesc baza de timp a numrtorului
universal.
Circuitul de intrare prelucreaz semnalele aplicate la intrare, pentru a fi
compatibile cu intrarea porii logice a numrtorului (intrarea circuitului poart).Deoarece la intrarea porii trebuie s se aplice semnale sub forma unor impulsuri de
o anumit amplitudine, circuitul de intrare are rolul de a transforma semnalele
aplicate la intrare, care pot avea amplitudini i forme diferite, n impulsuri de aceeai
frecven.
- Pentru funcionarea ca frecvenmetru, semnalul a crui frecven se
msoar se aplic circuitului de intrare, care l transform n impulsuri avnd aceeai
frecven.L
a cea de-a dou intrare a porii se aplic semnalul de la divizorul defrecven, semnal ce are o durat bine determinat, de exemplu o secund. Pe
durata ct cele dou semnale coincid, impulsurile trec prin poart spre numrator.
Acesta le numr, iar rezultatul numrrii este decodificat i afiat numeric. n figura
7.6. s-au reprezentat diagramele semnalelor n diferite puncte ale frecvenmetrului :
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
48/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
49/104
49
o Comapararea diferitelor semnale electrice
o Msurarea unor mrimi electrice (tensiuni, intensiti ale curentului,
frecvene, defazaje, grad de modulaie, distorsiuni etc.)
o Msurarea valorilor instantanee ale unor semnale (tensiuni, cureni)
o Msurarea intervalelor de timp
o Vizualizarea caracteristicilor componenetelor electronice (tuburi
electronice, tranzistoare), a curbelor de histerezis ale materialelor
magnetice etc.
Uneori osciloscopul face parte din sisteme de msurare i control sau din
aparate mai complexe cum ar fi : caracterograful (aparat pentru vizualizarea
caracteristicilor tranzistoarelor), vobuloscopul (aparat pentru vizualizareacaracteristicilor de frecven ale amplificatoarelor), selectograful (aparat pentru
vizualizarea curbelor de selectivitate) etc.
mpreun cu diferite traductoare, osciloscopul poate fi folosit i la studierea i
msurarea unor mrimi neelectrice, cum ar fi n medicin, fizic nuclear, geofizic
etc.
Osciloscopul se realizeaz ntr-o mare varietate de tipuri constructive.
- Osciloscoape catodice n timp real
Se caracterizeaz prin dependena dintre fiecare punct al imaginii de pe ecran
i fiecare valoare a semnalului vizualizat. Majoritatea osciloscoapelor folosite n
practica industrial sau laboratoare sunt osciloscoape catodice n timp real a cror
band de frecvene se ntinde din curent continuu pn la circa 500 M Hz.
- Osciloscoape cu eantionare
Sunt utilizate pentru vizualizarea semnalelor cu frecvene mai mari de 500MHz, n locul osciloscoapelor catodice n timp real, limitate din cauza elementelor
componenete. Aceste osciloscoape selecteaz eantioane din semnalul de frecven
mare i afieaz pe ecran date n legtur cu poziia comutatoarelor (V/div, timp/div),
depirea ecranului etc. se folosesc pn la circa 20 GHz.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
50/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
51/104
51
Un aparat de msurat primete o mrime de intrare i furnizeaz o mrime de
ieire. Mrimea de ieire depinde i de alte mrimi denumite mrimi de influen :
temperatur, presiune, umiditate, cmpuri electrice i magnetice etc. De asemenea,
mrimea de ieire a aparatului depinde i de comenzile care au fost date aparatului
din exterior
- Mrimile de intrare ale aparatului de msurat sunt caracterizate prin :
o natura mrimii (temperatur, tensiune, curent etc)
o intervalul de valori msurabile (valoarea minim, valoarea maxim)
o variaia n timp (mrimi constante, mrimi variabile)
- Comenzile primite din exterior de un aparat de msurat pot fi :
o funciune (msurarea timpului, temperaturii, curentului, tensiunii etc)
o game de msurare
o calibrare intern
o reglarea zeroului
o echilibrare (la compensatoare, puni)
o repetarea msurrii
n general comenzile aparatelor de msurat pot fi grupate astfel :
o pentru introducerea de date
o pentru manevrarea aparatului
Ambele grupe de comenzi pot fi automatizate parial sau complet . Mrimile de
ieire ale unui aparat de msurat pot fi recepionate de om sau de un dispozitiv
conectat aparatului (nregistrare, comand, prelucrare ulterioar, etc).
Aparatele de msurat, dup felul cum furnizeaz mrimea de ieire pot fi :
analogice i numerice (digitale).
- Aparatul analogic furnizeaz informaia de msurare sub forma unei
mrimi fizice variabile continue i omul apreciaz indicaia aparatului exprimnd-o
sub forma unui numr.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
52/104
52
- Aparatul numeric prezint rezultatul msurrii la ieire direct sub forma
unui numr care este citit de om.
La msurarea mrimilor electrice, se are n vedere respectarea urmtoarelor
criterii:
- verificarea integritii aparatelor de msurat i control utilizate n msurare
- verificarea accesoriilor necesare msurrii
- alegerea domeniului de msurare
- realizarea reglajelor pregtito are pentru efectuarea msurrilor
- precizarea unitilor de msur pentru mrimile msurate
- utilizarea limbajului de specialitate
- respectarea normelor de protecia muncii
Efectuarea reglajelor iniiale i alegerea domeniului de msurare la
ampermetre i voltmetre
Cnd vrem s msurm o anumit mrime electric trebuie s apreciem care
va fi cu aproximaie valoarea ei. Aceast valoare o determinm pe baza diferitelor
date ca : marcaje, calcule etc. Dac vrem, s determinm cu aproximaie curentul, n
amperi, care trece printr-o intalaie, pies sau circuit i cunoatem tensiunea aplicat
i puterea dezvoltat, folosim formula I=P/U, unde P este puterea n Watt i U este
tensiunea n voli. Dup ce au determinat cu aproximaie valoarea mrimii care
trebuie msurat, alegem aparatul de msurat astfel nct pe una din scrile lui de
msurare s fie cuprins i valoarea calculat de noi. n cazul n care se cunosc
precis valorile necesare, este mai bine s se aleag la nceput o scar cu valori mai
mari de msurare, s se determine cu aproximaie valoarea cutat i abia atunci s
se utilizeze aparatul de msurat corespunztor, dect s se foloseasc instrumentul
cu o scar de valori prea mic, putnd provoca deteriorarea lui.
Aparatele de msurat, care au mai multe scri de msurare, le conectm mai
nti pe scara cea mai mare i apoi dup msurarea aproximativ le comutm pe
scara pe care se poate face citirea corect. Scara de msurare va fi cea necesar n
momentul n care acul indicator al aparatului de msurat se va afla ntre mijlocul
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
53/104
53
scrii i captul scrii, cu indicaia maxim, deoarece la majoritatea instrumentelor,
pe aceast jumtate de scar precizia msurrilor este mai mare.
- Dac este cazul, nainte de nceperea msurrilor, se face reglarea
poziiei acului indicatorcu ajutorul butonului corectorului de zero.
- Pentru msurri n curent continuu, se va respecta polaritatea bornelor i
anume : borna cu semnul + se leag la plusul sursei de tensiune, iar borna la
minusul sursei. Dac polaritatea nu se respect aparatul risc s se distrug.
- La multimetrele digitale se va verifica bateria ncorporat pentru toate
modurile de funcionare.
Deoarece multimetrele sunt aparate portabile, manevrarea lor se va face
respectnd cu strictee toate instruciunile de utilizare. La aparatele analogice se va
calcula constanta scrii att pentru ampermetru ct i pentru voltmetru, dup care se
va nmuli cu numrul diviziunilor artate de acul indicator.
Efectuarea reglajelor iniiale la ohm metru
Reglarea indicaiei acului indicator este necesar n cazul ohmmetrelor,
deoarece mbtrnirea bateriei determin modificarea tensiunii cu care este alimentat
aparatul i prin urmare creterea erorii de msurare.
- Pentru ohmmetrul serie reglarea se realizeaz pentru valorile de lacapetele scalei astfel :
o pentru RX = 0 se realizeaz un scurtcircuit ntre bornele aparatului.
Dac acul indicator nu indic 0 , se regleaz rezistena variabil
RP pn se obine indicaia corect.
o pentru RX = se las bornele aparatului n gol i se regleaz poziia
acului indicator cu ajutorul corectorului de zero al aparatului
magnetoelectric.
- Pentru ohmmetrul derivaie reglarea se face tot pentru valorile de la
capetele scrii :
o pentru RX = 0 se regleaz din corectorul de zero al aparatului
magnetoelectric
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
54/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
55/104
55
Multimetrul digital este alimentat de o baterie ncorporat, pentru toate
modurile de funcionare.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
56/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
57/104
57
Voltmetrele electronice se utilizeaz n special pentru msurarea tensiunilor
(amplitudinii) n audio, radiofrecven i alte instalaii de comunicaii de nalt
frecven : Ele sunt formate dintr-o parte de detecie care transform semnalul
alternativ de msurat ntr-un semnal continuu proporional cu acesta i partea de
msurare propriu-zis. Aparatele sunt prevzute de obicei i cu un amplificator care
poate fi dispus nainte sau dup circuitul de dete cie.
- Voltmetre electronice de valori medii, cu diode
Voltmetre electronice de valori medii cu diode sunt formate dintr -un instrument
indicator magnetoelectric, o rezisten R de valoare foarte mare i o diod. n cazul
variantei serie, aplicnd la intrare o tensiune alternativ u = f(t), n timpul alt ernanei
pozitive pe anodul diodei, aceasta conduce i prin circuit va trece un curent i care va
Fig. 1.2. Scheme bloc de voltmetre electronice de curent alternativ
Circuit de
detecie
Circuit de
detecieAmplificator
Amplificator
Circuit de
deteciea
b
c
Fig. 1.3. Voltmetre de valori medii cu diode
V
ra
U
R
D
~t
U
i
u
umediu
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
58/104
58
urmri variaiile tensiunii.R
ui $ . Cnd pe anodul diodei se apli c alternana
negativ, dioda este blocat, nu conduce i curentul n circuit este nul.
La aplicarea unei tensiuni alternative la intrarea voltmetrului, prin instrumentul
indicator va trece un curent pulsatoriu. Echipajul mobil al instrumentului indicator nu
poate urmri acest curent i va fi acionat de un cuplu mediu proporional cu valoarea
medie a curentului.R
UKIK med
med!!E
- Voltmetre electronice cu diode, de valori maxime (de vrf)
Se caracterizeaz prin existena unui condensator C, care se ncarc rapid
prin diod cnd aceasta conduce i se descarc foarte ncet cnd dioda este blocat,
meninnd la bornele sale o tensiune aproximativ egal cu valoarea maxim a
tensiunii msurate. Se poate folosi varianta serie sau paralel. n alternana pozitiv
aplicat pe anodul diodei, dioda conduce condensatorul C se ncarc rapid pn la
valoarea maxim a lui u. Cnd tensiunea la intrare ncepe s scad i tensiunea pe
condensator uC pe catodul diodei, devine mai mare dect tensiunea aplicat pe anod,
dioda va fi polarizat invers se blocheaz (t 1 ).
Din acest moment, condensatorul C se descarc lent pe rezistena R
( RCd !X >> ). n momentul t2 , tensiunea aplicat este mai mare dect tensiunea
uC de pe condensator, dioda este polarizat direct i conduce, se ncarc rapid
condensatorul C pn n momentul t 3 . Apoi fenomenul se repet.
C
ra
U
~R
D
Fig. 1.4. Voltmetre de valori maxime cu diode
t2
t
uC
t1 t3
uC
u
u
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
59/104
59
Pentru o constant de timp foarte mare RC >>T max (Tmax fiind perioada
corespunztoare celor mai joase frecvene la care se folosete voltme trul), ntre dou
alternane pozitive condensatorul se descarc foarte puin i tensiunea la bornele lui
rmne aproximativ egal cu valoarea maxim a tensiunii de msurat.R
UI max$
n practic se folosesc voltmetre de valori medii sau de valori maxime, care se
gradeaz n valori efective. Aceast gradare nu este valabil dect n cazul
tensiunilor sinusoidale.2
UU;
UU maxmax
med!
T!
Msurarea frecvenei
- Metoda heterodinrii
Metoda heterodinrii este o metod de comparaie folosit att n joas ct i
n nalt frecven. Msurarea frecvenelor cu metoda heterodinrii se bazeaz pe
principiul heterodinrii, conform cruia dac la intrarea, unui element de circuit
neliniar se aplic simultan dou semnale de frecvene diferite f1 i f2 , la ieirea lui, pe
lng semnalele aplicate la intrare, datorit neliniaritii, apar i semnale care au
frecvene egale cu suma frecvenelor de la intrare (f1 + f2) sau cu diferena lor (f1 - f2).
Semnalul frecvena egal cu f1 - f2 se poate separa cu un filtru trece jos i msura.
Montajul folosit la msurarea frecvenelor prin metoda heterodinrii conine :
Gx este generatorul frecvenei fx ce urmeaz s se msoare, iar G0 este un generator
de frecven f0 variabil i cunoscut. Semnalele date de cele dou generatoare se
aplic elementului neliniar M. La ieirea acestuia apar i semnale avnd frecvene
fx + f0 i fx - f0 . Semnalul cu frecven f1 - f0 se selecteaz cu filtrul trece jos (FTJ) i
se urmrete ntr-o casc telefonic, conectat n paralel cu un voltmetru de curent
alternativ.
fx-f0VGx
G0
M FTJfx+f0
f0
fx
fx-f0fx,f0
T
Fig. 1.5. Msurarea frecvenelor prin metoda heterodinrii
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
60/104
60
Modul de lucru. Se realizeaz montajul din figura 1.5 i se variaz frecvena f0
a generatorului G0 , urmrind ca n casc s se aud tonuri din ce n ce mai joase.
Cnd n casc nu se mai aude nimic, se continu variaia frecvenei f0 n acelai
sens, pn cnd voltmetrul V indic zero. n acest caz nu mai exist componente de
curent alternativ, deci fx - f0 = 0. Se obine fx = f0 ceea ce nseamn c n momentul n
care voltmetrul indic zero, frecvena de m surat este egal cu frecvena
generatorului G0 .
- Metode de rezonan
Se bazeaz pe proprietile selective ale circuitelor LC. Aceste circuite
prezint fenomenul de rezonan pentru o frecven dependent de valorile
inductanei L i capacitii C :LC2
1f0
T
! .
Pentru frecvena de rezonan la circuitul LC serie intensitatea curentului este
maxim, iar la circuitul LC derivaie tensiunea este maxim.
- Frecvenmetrul de rezonan
Montajul. Frecvenmetrul de rezonan se folosete la msurarea frecvenelor
nalte (radiofrecvene). El este format dintr-un circuit LC alctuit dintr-o bobin fix L
i un condensator variabil C i un aparat cu care se poate pune n eviden
fenomenul de rezonan. n acest scop se poate folosi n serie cu cir cuitul un
ampermetru cu termocuplu (fig. 1.7.a), sau n paralel pe circuit un voltmetru
electronic (fig. 1.7.b)
bf
U
f0a
f
I
f0
Fig. 1.6. Curbele de rezonan ale circuitelorLC :
a circuitul LC serie b circuitul LC derivaie
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
61/104
61
Modul de lucru. Pentru msurarea frecvenei fx a unui semnal, se apropie
frecvenmetrul la civa centimetri de sursa de semnal, realizndu-se n acest mod
un cuplaj inductiv. Se variaz condensatorul C pn cnd ampermetrul A sau
voltmetrul VE indic un maxim. n acest moment, frecvenmetrul este la rezonan pe
frecvena sursei :LC2
1ff0x
T
!! . Deoarece inductana L are o valoare constant,
se poate scrieC
1Kf ! . Pe baza acestei relaii, se poate transcrie scara gradat a
condensatorului C n valori ale frecvenei, obinndu -se un aparat cu citire direct.
Frecvenmetrele de rezonan se pot etalona i n lungimi de und
corespunztoare frecvenelor ce se msoar pe baza relaiei : = cT, unde este
lungimea de und, c viteza de propagare a undelor electromagnetice, egal cu
viteza luminii (31010 cm/s) iar T perioada semnalului ce se msoar. Deoarece
T=1/f, rezult =c/f. Aceast relaie permite transcrierea n lungimi de und,
obinndu-se aparate ce poart numele de undametre. Undametrele sunt foarte mult
utilizate n radiocomunicaii.
Msurarea perioadei
O metod indirect de msurare a perioadei este realizat prin msurarea
frecvenei i apoi pe baza formulei T=1/f (s) se obine prin calcul perioada.
Metoda uzual pentru msurarea perioadei T a unui semnal alternativ este
prin folosirea oscilosopului catodic .
A
a
M
~ Lg CG
fx
fx
b
M
~ Lg CG
VE
L
Fig. 1.7. Msurarea frecvenei cu frecvenmetrul de rezonan
a cu ampermetru cu termocuplu b cu voltmetru electronic
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
62/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
63/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
64/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
65/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
66/104
66
celor dou bobine. n acest scop, wattmetrele sunt prevzute cu cte o bobin
marcat printr-o stelu reprezentnd nceputurile bobinelor de curent i de tensiune.
Bobinele marcate se vor lega ntotdeauna spre surs.
- Wattmetre cu mai multe domenii de msurare
Sunt prevzute cu mai multe domenii pentru intensitatea curentului electric i
mai multe domenii pentru tensiune (Exemplu I1=0,5A; I2=1A; V1=150V; V2=300V)
Pentru a putea determina puterea msurat de wattmetru, este necesar s se
cunoasc, constanta Kw a wattmetrului, corespunztor domeniilor alese pentru
intensitatea curentului i pentru tensiune. Constanta Kw reprezint puterea
corespunztoare unei diviziuni a scrii gradate.
E
! div
VUI
max
nn
w unde In este domeniul de msurare ales pentru intensitatea
curentului, Un este domeniul de msurare ales pentru tensiune, max este numrul
maxim de diviziuni ale scrii gardate.
Puterea msurat de wattmetru n cazul n care acul indicator arat diviziuni,
va fi : P = Kw [w].
Msurarea puterii n curent alternativ monofazat
- Msurarea puterii aparente
Deoarece S=UI, puterea aparent se poate msura cu un voltmetru i cu
ampermetru. Din figura 2.4. se observ c se poate folosi varianta amonte sau aval
n funcie de impedana consumatorului Z.
- Msurarea puterii active
~ a
K1 A
b
V
Z
K
Fig. 2.4. Msurarea puterii aparente
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
67/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
68/104
68
Dac bobina fix se monteaz n serie cu consumatorul, iar bobina mobil
mpreun cu o bobin adiional de inductan mare se monteaz n paralel cu
consumatorul (fig. 2.6. a) atunci I1=I ; [! L
U
I2 ; iar unghiul de defazaj ntre I1 i I2
devine 90 - , deoarece bobina adiional defazeaz curentul n urma tensiunii cu
90. n acest caz indicaia devine:
QL
KsinIU
L
1K90cos
L
UIK o
[!N
[!N
[!E
Relaia de mai sus arat c n cazul n care n locul rezistenei adiionale se
monteaz o bobin adiional, indicaia aparatelor electrodinamice este proporional
cu puterea reactiv deci ele funcioneaz ca varmetre.
Dac n serie cu bobina mobil se monteaz un condensator de capacitate C
(figura 2.6. b) indicaia devine :
QCKsinCUIK90cosCUIK o [!N[!N[!E
Dup cum se observ, i n cazul bobinei adiionale i n cazul
condensatorului adiional, indica ia depinde de frecven (=2f). Pentru a se
micora influena frecvenei asupra indicaiilor, se construiesc varmetre compensate,
cu dou bobine de tensiune cuplate pe acelai ax, una dintre ele n serie cu obobin, iar cealalt n serie cu un condensator (fig. 2.6.c). n acest caz se obine :
QCL
1K
[
[!E . La varmetrele compensate, n jurul frecvenei pentru care este
ndeplinit condiia LC2 = 1, indicaiile sunt foarte puin influenate de frecven.
b
U~ Z
C~
a
UZL
C~
c
UZL
Fig. 2.6. Varmetre electrodinamice
a cu bobin adiional ; b cu condensator adiional ; c compensat
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
69/104
69
Montarea varmetrelor n circuit este asemntoare cu montarea wattmetrelor,
fiind necesar montarea bornelor marcate spre surs. La o montare corect
varmetrul va indica n sensul normal dac defazajul dintre U i I este inductiv i in
sens contrar dac defazajul este capacitiv. n acest ultim caz, se vor inversa bornele
uneia dintre bobine.
FIA SUPORT 2.3 - Msurarea elementelor de circuit : R,L,C,Z
Msurarea rezistenelor electrice
- Metoda apermetrului i voltmetrului
Este o metod indirect : se msoar tensiunea la bornele rezistenei cu
voltmetrul i intensitatea curentului ce trece prin rezisten, cu ampermetrul. Valoarea
rezistenei de msurat se obine aplicnd legea lui Ohm R = U /I. Deoarece se
folosesc dou aparate de msurat, se pune problema poziionrii lor reciproce. Este
posibil s se realizeze dou variante (fig. 3.1) care difer ntre ele prin poziia
voltmetrului fa de ampermetru i sursa de alimentare. Cele dou montaje sunt aval
i amonte.
La montajul aval voltmetrul se conecteaz n urma ampermetrului fa de
sursa de alimentare figura 3.1.a.
Deoarece voltmetrul este conectat n paralel cu R x , tensiunea la bornele lor va
fi aceeai : U=Ux .
Conform legii I a lui Kirchhoff, n nodul de reea I = I v+Ix .
a
RV
Rx
UK
E
AI
V
Rh Ix
UxIV
b
rA
Rx
UK
E
AI
V
Rh Ix
Ux
UA
Fig. 3.1. Msurarea rezistenelor prin metoda ampermetrului i voltmetrului
a varianta aval b varianta amonte
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
70/104
70
Conform legii lui Ohm :x
vR
UI !
La montajul amonte voltmetrul se conecteaz naintea ampermetrului fa de
sursa de alimentare figura 3.1.b.
Deoarece ampermetrul este conectat n serie cu Rx , curentul care le strbate
este acelai : I=Ix .
Conform legii a II-a a lui Kirchhoff, n ochiul de reea U = U A+Ux .
Conform legii lui Ohm : UA=rAI
Ambele montaje introduc o eroare sistematic de metod prin faptul c
aparatele au rezistene proprii deci au un consum propriu de curent sau tensiune .
Pentru ca erorile fcute n msurri s fie ct mai mici, trebuie ca la ambele montaje
s se fac o corecie astfel : la montajul aval se va scdea consumul de curent al
voltmetrului, iar la montajul amonte se va scdea cderea de tensiune pe
ampermetru.
Corecia la montajul aval :
v
vx
xx
R
UI
U
II
U
I
UR
!
!!
Corecia la montajul amonte :A
AA
x
xx r
I
U
I
Ir
I
U
I
UU
I
UR !!
!!
Concluzii : Pentru ca erorile fcute n msurri s fie ct mai mici, trebuie ca la
montajul aval Rv s fie ct mai mare (Rv rezistena intern a voltmetrului este de
ordinul kiloohmilor - sute de kiloohmi), iar la montajul aval rA s fie ct mai mic (rA
rezistena intern a ampermetrului este de ordinul ohmilor - zeci de ohmi).
Cu montajul aval se msoar rezistene mici de ordinul ohmilor, iar cu
montajul amonte se msoar rezistene mari de ordinul kiloohmilor.
- Metoda de punte (Wheatstone)
Metoda de punte este o metod de comparaie la care valoarea rezistenei de
msurat se compar cu valoarea unei rezistene cunoscute. Puntea este un circuittipic care conine patru elemente(brae) dispuse ntr -o schem sub forma unui
patrulater. Circuitul se alimenteaz pe una dintre diagonalele patrulaterului, iar n
cealalt diagonal se monteaz un aparat indicator de nul. Cnd indicatorul de nul
arat zero, ntre cele patru elemente ce formeaz puntea exist o relaie bine
determinat din care cunoscnd valorile a trei elemente ale punii se deduce
valoarea celui de-al patrulea. Msurarea rezistenelor cu metode de punte prezint
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
71/104
71
urmtoarele avantaje : sensibilitate mare, precizie mare, domeniu larg de utilizare,
manevrare uoar.
Schema de principiu a punii Wheatstone
Rx este rezistena de msurat
R3 rezistena variabil n decade
R1 , R2 rezistene de raport cunoscute
E surs de curent continuu
K1, K2 ntreruptoare
G galvanometru (aparat magnetoelectric,
de mare sensibilitate cu zero la mijloc)
Funcionarea punii.
Rezistena de msurat Rx se monteaz la bornele de msurare ale punii i se
nchid ntreruptoarele K1 i K2 . Se variaz rezistena R3 pn cnd galvanometrul
indic zero. n acest caz punctele A i B vor fi la acelai potenial. Acest lucru este
posibil dac : UCA=UCB i UDA=UDB .
Aplicnd legea lui Ohm pe cele patru brae i observnd c prin R1 i Rx trece
acelai curent I1 (prin diagonala n care este montat galvanometrul nu se ramific
curent), iar prin R2 i R3 trece acelai curent I2 se poate scrie I1R1= I2R2 i I1Rx= I2R3
mprind cele dou relaii ntre ele, se obine :
3
2
x
1
R
R
R
R! sau
3
x
2
1
R
R
R
R! sau R1R3 = R2Rx
Aceste relaii, care leag ntre ele cele patru elemente ale unei puni cnd prin
diagonala n care se afl galvanometrul curentul este zero, reprezint condiia de
echilibru a punii. Aceasta se poate exprima astfel :
- la o punte n echilibru produsele braelor opuse sunt egale .
- la o punte n echilibru rapoartele braelor alturate sunt egale .
G
R2
A
R1 Rx
R3
2
Ra
rK1
K2
1
B
C DI1
I1
I2 I2I
Fig. 3.2. Puntea Wheatstone
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
72/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
73/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
74/104
74
- Citirea indicaiilor la ohmmetrul serie se face de la dreapta la stnga
- Se folosete pentru msurarea rezistenelor mari.
Reglarea ohmmetrelor serie.
O problem deosebit pe care o prezint ohmmetrele este determinat dealimentarea lor de la bateriile chimice. Acestea cu timpul mbtrnesc (i mresc
rezistena intern) , ceea ce duce la indicaii eronate. Pentru a evita nrutirea
preciziei msurrii, nainte de utilizare este necesar s se regleze indicaia
corespunztoare pentru Rx=0, fcnd scurtcircuit ntre bornele A B. Indicaia
corespunztoare valorii Rx= (bornele A B n gol) se regleaz cu ajutorul corectorului
de zero al aparatului magnetoelectric.
Ohmmetrul derivaie se caracterizeaz prin faptul c miliamapermetrul este
conectat n derivaie cu poriunea de circuit A B supus msurrii.
Schema aparatului este reprezentat n figura 3.5 n care : E este o baterie de
curent continuu 1,5 18 V cu rezistena ri, R rezisten fix pentru limitarea
intensitii curentului , R1 rezisten variabil, mA miliampermetru
magnetoelectric cu rezistena r0 , A ,B bornele la care se monteaz rezistena de
msurat Rx , K ntreruptor, pentru ntreruperea circuitului cnd ohmmetrul nu
funcioneaz pentru evitarea consumrii bateriei.
Rx
0I
Imax0
Fig. 3.6. Scara gradat a unui ohmmetru derivaie
A
mAEi ri
E
R1
Rx
R
B
ra
K
Fig. 3.5. Ohmmetru derivaie
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
75/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
76/104
76
Comutatorul K are dou poziii i permite alimentarea succesiv a circuitului n
curent continuu i curent alternativ.
Modul de lucru : Msurarea se desfoar n trei etape :
I. Se nchide comutatorul K pe poziia 1 i montajul se alimenteaz
n curent continuu. Se msoar intensitatea curentului I cu
ampermetrul, tensiunea U cu voltmetrul i aplicnd legea lui Ohm
se calculeaz ;!I
URx .
II. Se trece comutatorul K pe poziia 2 i montajul se alimenteaz n
curent alternativ. Se msoar din nou intensitatea curentului i
tensiunea i aplicnd legea lui Ohm, se calculeaz ;!I
UZ
x.
III. Cunoscnd valorile Rx i Zx i cunoscnd sau msurnd frecvena,
se poate deduce valoarea inductanei 2x22
xx LRZ [! de unde :
2
x
2
xx RZf2
1L
T! f2T![
Msurarea inductanelor proprii cu puntea Maxwell
Puntea Maxwell este cea mai utilizat punte pentru msurarea bobinelor. nconstrucia sa, n dou brae opuse se folosesc rezistoare, iar n braul opus bobinei
ce se msoar se afl un condensator n paralel cu un rezistor.
Modul de lucru : Se aduce puntea n echlibru prin reglarea pe rnd a
elementelor variabile. La echilibru se poate scrie :
f
R2
~
R1Lx
R3
Rx
C2
Fig. 3.8. Puntea Maxwell
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
77/104
77
[
[!
2
2
xx31
CjR
1
1LjRRR
Efectund nmulirile i separnd partea real i partea imaginar se obin dou
condiii de echilibru :2
31
xR
RRR ! i Lx=R1R3C2
Puntea Maxwell este destinat msurrii bobinelor cu factor de calitate mic
[!
x
x
R
LQ . La bobinele cu Q mare, Rx este foarte mic i ar fi necesar ca R2 s fie de
valoare foarte mare, ceea ce este mai dificil de realizat n practic.
Msurarea condensatoarelor
Factorii care influeneaz capacitatea unui condensator sunt : frecvena,
temperatura, umiditatea, presiunea atmosferic etc.
- Metoda apermetrului i voltmetrului
Msurarea capacitilor prin aceast metod se face folosind montajul aval
sau amonte (figura 3.9). Aceast metod se poate aplica numai n cazulcondensatoarelor de capaciti C 1F. La montajul aval :
Uf2
IIC
2
V
2
XT
! ; La montajul amonte :
2
A2
2X
RI
Uf2
1C
T
! unde
IV=U/RV este curentul care trece prin voltmetrul V
RV rezistena intern a ampermetrului
RA rezistena intern a ampermetrului
f frecvena sursei de alimentare indicat de frecvenmetrul F
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
78/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
79/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
80/104
80
Ca i la puntea Sauty i la puntea Nernst se pot grada R 3 n valori ale lui Rx i
C3n valori ale lui C x . Raportul2
1
R
Rdevine factor de multiplicare
Msurarea impedanelor
Deoarece rezistena n curent continuu i impedana n curent alternativ au
aceeai relaie de definiie, metodele utilizate pentru msurarea rezistenelor n
curent continuu se pot adapta i la msurarea impedanelor n curent alternativ cu
urmtoarele observaii :
- circuitele n curent alternativ vor fi alimen ate de la o surs de frecven f
- aparatele de msurat folosite trebuie astfel alese nct s funcioneze la
frecvena f a sursei de alimentare
- elementele de circuit, fiind alimentate n curent alternativ, se vor comporta
ca impedane
Msurarea impedanelor prin metoda substituiei
Metoda substituiei este cea mai simpl metod. Ea folosete montajul din
figura 3.12., n care :
G este un generator de curent alternativ de tensiune U i frecven f ;
A ampermetru de curent alterantiv capabil s funcioneze la frecvena f ;
Re rezisten variabil, etalonat (cutie de rezistene) ;
K comutator cu dou poziii.
ZxRe
1
~
A
K
G
u, f 2
f
Fig. 3.12. Msurarea impedanelor prin metoda substituiei
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
81/104
81
Modul de lucru are dou etape ca i n curent continuu :
I. se nchide comutatorul K pe poziia 1 i se citete pe ampermetrul A
intensitatea I1 a curentuluix
1
Z
UI ! ;
II. se trece comutatorul K pe poziia 2 i se regleaz rezistena variabil
Re pn cnd ampermetrul va indica un curent I2 = I1 . n acest caz
e
2R
UI ! . Deoarece I2 = I1 , rezult c Zx = Re . Aceast metod permite
msurarea global a impedanelor.
Puni de curent alternativ pentru msurarea impedanelor
Punile de curent alternativ, utilizate la msurarea impedanelor au aceeai
schem de principiu i acelai mod de funcionare ca i punile de curent continuu.
Puntea de curent alternativ este alimentat de la o surs de frecven f, elementele
din braele sale se comport ca impedane, iar instrumentul indicator de nul trebuie
s funcioneze la frecvena f a sursei.
Condiiile de echilibru.
Ca i la punile de curent continuu, cnd prin diagonala n care este montat
instrumentul indicator curentul este zero ntre cele patru brae ale punii exist o
relaie bine determinat, cunoscut sub numele condiia de echilibru i care este
aceeai ca i la punile de curent continuu (produsul a dou brae opuse este egal cu
produsul celorlalte dou brae opuse, sau raportul a dou brae alturate este egal cu
raportul celorlalte dou brae alturate ).
f
G
Z2
IN
u,f~
Z1 Z4
Z3
Fig. 3.13. Punte de curent alternativ
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
82/104
82
n curent alternativ, aceast condiie devine :
4231 ZZZZ ! sau3
4
2
1
Z
Z
Z
Z!
Fiecare impedan poate fi exprimat prin modulul su Z i prin defazajul pe care
l introduce : N! jeZZ Condiia de echilibru se poate scrie sub forma :
4231 j
4
j
2
j
3
j
1eZeZeZeZ NNNN !
Acest lucru este echivalent cu dou relaii :
- una referitoare la module : 4231 ZZZZ !
- una referitoare la faze : 4231 N
N!N
N
Cea de-a doua relaie arat c punile de curent alternativ nu pot avea orice
configuraie.
Dac n dou brae ale unei puni sunt numai rezistene n celelalte dou brae
opuse trebuie s fie reactane de semne contrare (ntr-un bra inductan, n braul
opus capacitate). Din aceast categorie fac parte punile Maxwell i Hay .
Dac n dou brae alturate ale unei puni sunt numai rezistene (de exemplu
Z1 = R1 i Z2 = R2)n celelalte dou brae alturate trebuie s fie reactane de acelai
fel (1 = 2 = 0 i 3 = 4 deci 3 i 4 trebuie s aib acelai semn). Din aceast
categorie fac parte punile Sauty i Nernst.
Ca i la punile de curent continuu, dac se cunosc elemente din trei brae, se
pot deduce cele din al patrulea bra. Pentru calcule se utilizeaz de obicei
exprimarea impedanelor sub forma numerelor complexe. n cazul cel mai general,
fiecare impedan poate fi de forma Z = R + jX i condiia de echilibru devine :
(R1 + jX1)(R3 + jX3) = (R2 + jX2)(R4 + jX4). Efectund nmulirile i separnd parteareal de partea imaginar se obin dou relaii care exprim mpreun condiia de
echilibru :
24421331
42423131
XRXRXRXR
XXRRXXRR
!
!
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
83/104
83
Echilibrarea punii
Pentru satisfacerea celor dou relaii de echilibru, la punile de curent
alternativ sunt necesare dou elemente de reglaj . Acestea pot fi rezistoare, bobine
sau condensatoare variabile. Deoarece bobinele variabile de inductane cunoscute
se realizeaz mai greu n practic, pentru echilibrarea punilor de curent alternativ seprefer rezistoare i condensatoare variabile.
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
84/104
84
TEMA 1 : STRUCTURA OSCILOSCOPULUI: BLOCURI
COMPONENTE, ROLUL BLOCURILOR COMPONENTE,
SCHEMA BLOC A TUBULUI CATODIC, CONDIIA DE
STABILITATE A IMAGINII PE ECRAN, PRINCIPIUL DE
FUNCIONARE, REGLAJELE OSCILOSCOPULUI:CALIBRAREA PE ORIZONTAL, CALIBRAREA PE
VERTICAL, SINCRONIZAREA.
C4. Utilizeaz osciloscopul pentru interpretarea diferitelor semnale electrice
FIA SUPORT 1.1. - Schema bloc a osciloscopului, blocuri componente,
rolul blocurilor componente
Osciloscoapele moderne sunt alctuite din mai multe elemente componente,
conectate ntre ele dup o schem bloc reprezentat n figura 1.1., care conine :
tubul catodic, amplificatoarele A y i Ax , atenuatoarele Aty i Atx , generatorul bazei de
timp, circuitul de sincronizare (declanare), circuitul pentru controlul intensitiispotului, circuitul de ntrziere i blocul de alimentare.
n afara blocurilor componente reprezentate n figura 1.1., care sunt comune
tuturor osciloscoapelor moderne, n unele osciloscoape se mai ntlnesc i alte
circuite, cu destinaii diferite n funcie de tipul i complexitatea aparatului.
Fig. 1.1. Schema bloc a unui osciloscop catodic
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masurari Electrice Actualizat
85/104
-
8/6/2019 Lerescu Constant In Masur