Cuprins
Cuprins………………………………………………………………………………………..pag. 2 Argument…………………………………………………………………………………......pag. 3 1. Masurarea tensiunilor
electrice………………………………………………………… ....pag.4
1.1 Masurarea directa in circuitul de c.c…………………………..………….………….. ......pag.4 1.2. Montarea
voltmetrelor in circuit………………………... circuit………………………...……………… ………………….………… ….…………...pag.4
1.3.Extinderea domeniului de masurare……………………………………….………… ......pag.5 2.
Voltmetre cu mai multe domenii de masurare……………………… masurare……………………………….……… ……….……….. .......pag.6
2.1. Masurarea Directa a tensiunilor in circuitul de c.a………………………..……… c.a………………………..……… ..........pag.7 3.Curentul Electric……………………………………………………………………… ..… pag.10
4.Ampermetre…………………………………………………………………………….....pag. 12 4.1. Ampermetre electromagnetice(feromagnetice)....................................... electromagnetice(feromagnetice).............................................................. ........................pag.14 .pag.14 4.2. Ampermetre cu redresoare........................... redresoare..................................................... .................................................. ..........................................pag ..................pag.15 .15 4.3. Ampermetre cu termocuplu..................... termocuplu............................................ .............................................. .............................................. ..........................pag.15 ...pag.15 4.4. Ampermetre bazate pe efectul Hall.............................. Hall..................................................... .............................................. ............................pag.16 .....pag.16
Bibliografie………………………………………………………………………………… pag.18 Anexe……………………………………………………………………………………… ..pag.19
Argument Ştiinta este un ansamblu de cunoştinţe abstracte şi generale,fixate într -un sistem coerent obţinut cu ajutorul unor metode adecvate şi avand menirea de a explica , prevedea şi controla un domeniu determinat al realitaţii obiective. Descoperirea şi studierea legilor şi teoremelor electromagnetismului în urmă cu un secol si jumatate,au deschis deschis o eră nouă civilizaţiei omeneşti. Problema mecanizarii în procesul de producţie a aparut odată cu primele mijloace tehni ce (obiecte,materiale) care adoptau eforturile fizice ale omului la cerinţele intervenţiei asupra proceselor în sensul minimizarii acestor eforturi.În această etapă omul este nemijlocit legat de procesul de producţie , iar intervenţiile sale fizice si inte lectuale sunt absolut necesare producerii de bunuri materiale .Conceptul de mecanizare a cunoscut o continuă evoluţie in strânsă corelaţie cu evoluţia proceselor de producţie şi cu evoluţia tehnologică. alimentare şi transport, scule şi materiale in procesul de producţie , în cadrul unor fluxuri tehnologice bine definite reprezentând etapa importantă in asigurarea producţiei de bunuri materiale si în acelaşi timp cerinţa primară în vederea trecerii la eta pa automatizării. Utilizarea unor manipulatoare , sisteme complexe de
Prin automatizarea proceselor de producţie se urmareşte asigurarea tuturor condiţiilor de desfaşurare a acestora fară intervenţia nemijlocită a operatorului uman.Această etapă presupune presupune crearea a acelor mijloace tehnice capabile să asigu re evolutia proceselor într-un sens prestabilit asigurându-se producţia de bunuri bunuri materiale la parametrii doriţi. Lucrarea de faţa realizată la sfarşitul perioadei de perfecţionare profesională în cadrul liceului, consider că se incadrează in contextul ce lor afirmate mai sus. Doresc să fac dovada gradului de pregatire in meseria”Tehnician in instalatii electrice” avand cunoştinţe dobandite in cadrul disciplinelor de invătământ: Masinii electrice , Sisteme de reglare automata
si
Tehnici
de
masurare
in
domeniu.
1. Masurarea tensiunilor electrice 1.1. Masurarea Masurarea directa in circuitul de c.c
Tensiunea electrica este definite ca diferenta de potential electric dintre doua puncte.Unitatea de masura pentru tensiuni in sistemul S1 este voltul, avand ca sinbol V. In general, tensiunile electrice se masoara prin metode de citire directa, cu directa, cu aparate gradate in volti, numite voltmeter. In voltmeter. In masurarile de mare precizie se utilizeaza metode de compensatie. La compensatie. La trecerea curentului electric printr-un aparat conform legii lui Ohm, la bornele acestuia apare o tensiune : (1) U=I•ra Din relatia (1) se deduce : I
(2) a
Daca in caracteristica statica de functionare se exprima I prin U/ra se obtine:
f (U ) )
f
r
(3)
1
a
Din aceasta relatie se observa ca indicatia α este o functie si de tensiunea de la bornele aparatului, deci acesta poate functiona si ca voltmetru. Daca prin aparat trece un curent egal cu curentul sau nominal atunci indicatia sa va fi maxima si tensiunea la bornele sale va reprezenta tensiunea nominala a aparatului : (4) Ua =Ia•rr Deci, orice aparat de masurat se caracterizeaza, pe langa curentul sau nomonal Ia si rezistenta sa proprie ra, si prin tensiunea sa nominala Ua . 1.2. Montarea voltmetrelor in circuit
Pentru ca voltmetru sa masoare tensiunea electrica intre doua puncte ale unui circuit, el trebuie montat in paralel pe circuit intre cele c ele doua puncte,astfel puncte, astfel in cat tensiunea de masurat sa fie egala cu tensiunea de la bornele sale. Ca si cazul ampermetrelor, la mutarea voltmetrului in circuit este necesar ca functionarea circuitului sa se modifice cat mai putin. In circuitul din figura 1,a,inainte de montare voltmetrului te nsiunea intre punctele a,b este : U RE 1 E R
r
i
i
1 R Dupa montarea voltmetrului (figurei 1.b), tensiunea intre punctele a, b devine: Rr v v U
m
E E r Rr v 1 r i i R r v i R r v v R v R r v v
Pentru ca U = Um este necesar ca raportul
R
r v
sa fie aproximativ egal cu 1. Acest lucru este
r v v
posibil numai daca rv
R (in R (in suma R+rv, R sa poata fi neglijat fata de rv).
Concluzie ! Pentru ca la montarea voltmetrului in circuit functionarea acestuia din urma sa se modifice cat mai putin, este necesar ca rezistenta voltmetrului sa fie ct mai mare decat rezistenta decat rezistenta in paralel pe care se monteaza.
1.3. Extinderea domeniului de masurare De obicei, caderea de tensiune nominala la bornele aparatelor magnetoelectrice este foarte mica, sub un volt. Cand tensiunea de masurat U este mai mare decat tensiunea nominala a aparatului, apar atului, se poate extinde domeniul de masurare cu ajutorul unor dispozitive numite rezistente aditionale. aditionale. Rezistenta aditionala este o rezistenta de valuare mare, care se monteaza in serie cu aparatul magnetoelectric si pe care cade o parte din tensiunea de masurat . circuitul din figura 2 . Se observa ca atat prin instrumentul de masurat, cat si prin rezistenta aditionala, trece acelasi curent, Ia :
I a
U a
U
r r a
a a
r ad ad
Fig 2 (3.16) Din aceasta relatie se poate deduce:
r U U
a
ad r a r ad 1 n, r r a
a
(3.17) in care n indica de cate ori tensiunea de masurate este mai mare decat tensiunea nominala si se numeste coeficient de multiplicare. Din relatia: r n 1 ad r a se obtine : r ad ad r a (n 1) Rezistenta in ohmi pe volt. Aparatel utilizate ca voltmetre sunt caracterizate adesea prin rezistenta necesara pentru a extinde domeniul de masurare cu un volt, cunoscuta sub denumirea
de "rezistenta in V ’’ In relatia (3.19), daca se considera U = 1V, se obtine: R [/ V ]
1 I
a
Relatia (3.20) arata ca rezistenta in ohmi pe volt ce caracterizeaza un aparat este inversul curentului sau nominal. Rezistenta aditionala pentru un anumit domeniu de masurare se va obtine inmultind rezistenta in ohm pe volt cu tensiunea corespunzatoare intervalului respectiv : 1 U r ad (3.21) ad U I
a
Ia
Avand in vedere ca voltmetrele trebuie sa indeplineasca conditia rv > R, > R, cu cat voltmetrul are rezistenta in ohm pe volt mai mare, cu atat el este mai bun. Cele mai bune voltmetre care se construiesc in prezent folosesc aparate magnetoelectrice avand curentul nominal de 10 , adica o rezistenta de 100 000
2. Voltmetre cu cu mai multe domenii domenii de masurare
Unele voltmetre portative sunt prevazute cu rezistente aditionale pentru mai multe domenii de masurare, ce se schimba cu ajutorul unui comutator. Rezistentele aditionale pot fi realizate separat, cate una pentru fiecare interval de masurare, sau pot fi formate din mai multe rezistente legate in serie (fig. 3, a si b). Pentru b). Pentru cel de-al doilea caz
r ad 1
R 1 ; R 1 R 2
; ........................ ad 2
r adk
R 1 R 2
... R h
Figura 3
VOLMETRU CU MAI MULTE INTERVALLE DE MASURARE a- cu cate o rezistenta aditionala pentru fiecare interval ; b- cu rezistenta in serie 2.1. Masurarea Directa a tensiunilor in circuitul de c.a A. Transformatorul de masurat
Transformatoarele de masurat sunt transformatoare electrice, speciale, larg utilizate in tehnica masurarilor datorita urmatoarelor avantaje : permit extinderea intervalelor de masurare ale aparatelor de masurat utilizate in curent alternativ (ampermetre, voltmetre, wattmetre, varmetre, contoare etc.) ; asigura protectia personalului de deservire, prin izolarea aparateior de masurat fata de circuitele de inalta tensiune; permit standardizarea aparatelor de masurat pentru anumite valori adoptate la fabricare a in serie a acestora : 5 A sau 1 A pentra ampermetre si 100 V sau 110 V pentru voltmetre. Dupa marimea pe care o reduc, transformatoarele de masurat se | impart in transformatoare de curent si si transformatoare de tensiune. Uneori ele sunt numite „reducatoare" de curent sau de tensiune. Principiul de functionare al acestor transformatoare este asemanator cu cel al transformatoarelor de forfa si consta in transferul de energie electromagnetica de la o infasurare primara la o infasurare secundara, prin fenomenul de inductie electromagnetica. Constructia. Un transformator este un ausamblu de bobina ( infasurari) infasurari) cuplate magnetic. Pentru a se realiza un cuplaj magnetic strans, cele doua infasurari sunt asezate pe un miez magnetic comun astfel incat aproape tot fluxul magnetic crcat_de. o infasurare sa treaca si prin cealalta. In figura 7.1 este reprezentat scheatic un transformator. Pe miezul magnetic sint infasurate N1 spire_reprezentand infasurarea primara si N2 spire reprezentand infasurarea secundara. La bornele infasurarii primare se aplica o tensiune U1, iar la bornele infasurarii secundare se ob|ine o tensiune U2. Prin U2. Prin infasurarea primara trece un curent de intensitate Ilt intensitate Ilt iar iar prin infasurarea secundara un curent de intensitate I2. intensitate I2. Rolul Rolul transformatorului este de a transmite energia electromagnetica din circuitul primar in circuital secundar, modificand parametrii care caracteriz eaza aceasta energie (tensiunea si intensitatea curentului de la .iesire au valori diferite de cele ale tensiunii si ale intensitatii curentului de la intrare).
Figura 7.1. Transformatorul a principiul ;b-reprezentare.
In cazul unui transformator ideal, la care se neglijeaza pierderile, notind cu P1 puterea P1 puterea in circuitul pritnar si cu Pz cu Pz puterea puterea in circuitul secundar, se poate scrie : P 1 P 2 Sau I 1U 1 I 2U 2
de unde : U2
I 1
U 1
I2
Stiind ca ambele infasurari sint strabatute de acelasi flux magnetic si considerind lungimea tuturor spirelor egala, se poate afirma ca in fiecare spira se induce aceeasi tensiune Usp. lnfasurarea Usp. lnfasurarea ; primara, care are Nl are Nl spire, spire, va avea la bornele sale o tensiune Ul == == N1Usp iar infaurarea secundara, care are N2 are N2 spire, spire, va avea la bornele sale o tensiune U2 = N2Usp. Reluind N2Usp. Reluind relatia (7.3), se poate scrie : I I
1
sp 2 U 2 N U N U N
2
1
1 sp
2
1
De aici rezulta ca raportul intensitatiior curentilor este invers proportional cu raportul tensiunilor si ca raportul tensiunilor este proportional cu raportul numarului de spire. La un transformator real aceste proprietati se pastreaza, cu o anuinita aproximatie, datorita unor fenomene care vor fi aratate in continuare. B . Erori, Clase de precizie
La utilizarea transformatoarelor de curent in masurari, intervin unele erori specifice, cunoscute sub numele de eroare de curent si si eroare de unghi. • Eroarea de curent intervine ca urmare a diferentelor ce apar intre valoarea intensitatii curentului I1 curentului I1 masurata prin intermediul transformatorului si valoarea reala a intensitatii aceluiasi curent.
Figura 7.3 Montarea transformatoarelor de masurat a,btransformatoare de curent ; c-transformator de tensiune Pentru determinarea valoari intensitati curentului masurat prin intermediul unui transformator de curent, se utilizeaza raportul nominalde transformare intre transformare intre valorile nominale ale intensitatilor curentilor I n1 si I 2 n K 1n
I 1n I
2n
Raportul nominal este determinat 'prin constructie si este inscris pe carcasa transformatorului. Valoarea intensitati curentului masurat se va calcula cu relatia :
I1m=I2 * K1n unde I2 este intensitatea curentului citita la ampermetrul montat in secundarul transformatorului. j Trebuie definit insa si raportul real de transformare, adica raportul valorilor efective ale intensitatilor curentilor I1 si I2 din primaru si respectiv secundarul transformatorului de curent. El se noteaza cu K1 K 1
I 1 I
2
Acest raport nu este constant, el putind fi influentat de valoarea intensitatii curentului I1 si de conditiile de functionare a transformatorului. Eroarea de curent este rezultatul inegalitatii raportului de transformare nominal cu raportul de transformare real. Ea reprezmta eroarea relativa cu care se masoara intensitatea curentului din pri-marul transformatorului: K I K I
I 1m
I 1
1m
2
1
2
K 1n
K 1
I
K I
K
1
1 2
1
si\ curentul I 2, Eroarea de unghi se defineste ca fiind egala cu unghiul de defazaj mtre\ curentul II si\ luat cu semn schimbat (fig. 7.4, a) 7.4, a) Prezenta erorii de unghi arata ca in cazurile reale defazajul intre curentii I1 si I2 nu este de 180°, ca in cazul ideal. Eroarea de unghi nu afecteaza indicatiile ampermetrelor,dar introduce erori in indicatiile wattmetrelor, contoarelor si ale altor aparate, la care indicatia depinde de defazajul curentilor din circuitele lor. • Clase de preeizie. ln,functie de erorile de curent si de unghi se definesc de precizie ale tansformatoarelor de curent, conform •
Figura 7.4 Erori de unghi a-Transformatoare de curent ;b-la transformatoare de tensiune
C . Tipuri constructive constructive
Exista un numar foarte mare de tipuri si forme constructive de transformatoare de curent. Ele se construiesc fie ca transformatoare industriale, fie ca transformatoare de laborator, In tara noastra, la uzina Blectroputere din Craiova, se construiesc transformatoare de curent pentru tensiuni de la 0,5 la 400 kV si pentru intensitati ale curentilor primari nominali de la 5 la 5 000 A. • Transformatoarele industriale se realizeaza ca transformatoare portative de tip cleste (fig. 7.5, c) sau ca transformatoare fixe tip suport (fig. (fig. 7.5, a) cind a) cind se monteaza pe console, si de tip bara (numite si transformatoare de trecere — fig. fig. 7.5, b) 7.5, b) cind infasurarea primara este realizata chiar de bara prin care trece curentul de masurat. Transformatoarele destinate functionarii la tensiuni de peste 10 kV au de regula doua sau trei infasurari secundare, una de masurare, iar celelalte pentru protectie.
Figura 7.5 Tipuri constructive de transformatoare de curent a -tip support ;b-tip bara ;c-tip cleste ;d-de laborator
3.CURENTUL ELECTRIC
Măsurarea intensităţii curentului electric se face cu ajutorul metodelor de măsurare directe sau indirecte intr-o gama de valori cuprinsă intre 10 -12 şi 104A. Pentru măsurarea intensităţii curentului electric dintr- o latură a unui circuit electric este necesară introducerea in latura de circuit respectivă, a unui ampermetru sau a unui traductor de cu rent rezultand o perturbare a funcţionării circuitului respectiv.
Metodele şi mijloacele de măsurare a intensităţii curentului electric prezintă particularităţi in funcţie de nivelul semnalului (intensităţi mici sau mari) şi de forma curentului electric măsurat (curent continuu sau alternativ, de joasă sau inaltă frecvenţă). Măsurarea curenţilor electrici de intensitate mică in c.c. se face cu ajutorul galvanometrelor magnetoelectrice cu bobină mobilă, avand constanta de curent mai mică decat 10 -6A/div. In curent continuu, in domeniul 10-6...10 - 1A, se folosesc ampermetre magnetoelectrice. magnetoelectrice. Deoarece indicaţia acestora este proporţională cu valoarea medie a curentului ce străbate bobina instrumentului, ele nu pot fi folosite direct şi in c.a. Intensitatea curentului electric poate fi exprimată matematic prin relaţia:
Intensitatea curentului electric este o mărime fizică f izică scalară egală cu sarcina electronică transportata in unitatea de timp printr-o secţiune transversală a circuitului. Unitatea de măsură pentru intensitatea curentului electric, in sistemul SI, este amperul [A]. Multiplii şi submultiplii amperului sunt: - microamperul μA; - miliamperul mA; - kiloamperul kA.
Intensitatea curentului electric se măsoară prin metode directe, cu aparate indicatoare numite, in tehnică, ampermetre. Indicaţia ampermetrului depinde de intensitatea curentului electric, ca atare se impune ca aparatul de măsurat să fie montat in serie cu circuitul respectiv. Indiferent de natura curentului care trece prin circuit (continuu sau alternativ), schema
echivalentă de măsurare a intensităţii curentului electric va ţine seama de tensiunea U (E) şi rezi stenţa consumatorului
R
(fig.1)
Conectarea ampermetrului in circuitul de măsurare nu trebuie să influenţeze valoarea mărimii de măsurat şi, implicit, regimul de lucru al circuitului. Practic, oricat de precise ar fi aparatele de măsurat folosite, acestea vor introduce erori de măsurare. Intre valoarea mărimii indicate de aparatele de măsurat şi cea reală, care exista inainte de conectarea acestora in circuitul de măsurare, este o diferenţă determinată de rezistenţa aparatului de măsurat (Ra – rezistenţa – rezistenţa ampermetrului nu este zero). In concluzie, eroarea introdusă este cu atat mai mare cu cat consumul aparatelor de măsurat este mai mare. Se impune o corecţie care depinde de rezistenţa internă a aparatului de măsurat. Aceasta trebuie să fie mult mai mică mi că decat rezistenţa consumatorului, consumatorului, pentru a nu influenţa măsurarea: RA < R (mult mai mică). In curent continuu, măsurarea intensităţii curentului electric se face cu ajutorul ampermetrelor, care au in compunerea lor dispozitive magnetoelectrice (metodă des uzitată) (fig. 3), feromagnetice,
electrodinamice sau ferodinamice (fig.4), ampermetrele ferodinamice (electrodinamice) sunt realizate
ca aparate de laborator de clasa 0,1; 0,5. Ca atare aceste aparate sunt mai rar utilizate in măsurările
industriale.
In curent alternativ, măsurarea intensităţii curentului electric se face cu ajutorul ampermetrelor feromagnetice, electrodinamice sau ferodinamice (fig.4). Ampermetrele ferodinamice (electrodinamice) sunt realizate ca aparate de laborator de clasa 0,1; 0,5. Ca atare aceste aparate sunt mai rar utilizate in măsurările industriale
In funcţie de principiul de funcţionare, există mai multe tipuri de ampermetre. Pentru a
exemplifica, amintim doua dintre cele mai intalnite tipuri de ampermetre analogice: - ampermetre a căror funcţionare este bazată de efectul magnetic al curentului (ampermetrul magnetoelectric sau cel feromagnetic); - ampermetre (ampermetrul termic).
electric
a căror funcţionare este bazată pe efectul termic al curentului electric
Ampermetrul magnetoelectric este unul dintre cele
mai folosite instrumente pentru măsurarea intensităţii unui curent electric continuu. Componenta principal a acestui instrument este o bobina plasată intre polii unui magnet in forma literei U . La trecerea curentului electric prin spirele bobinei, va acţiona asupra acesteia un cuplu de forte determinat de acţiunea campului magnetic asupra conductoarelor parcurse de curent. curent. Echilibrul de rotaţie este este asigurat prin acţiunea acţiunea unui alt cuplu de forte, de natura elastică, ampermetrul fiind prevăzut cu un sistem de arcuri. Prin deformarea acestora, la rotirea cadrului de care este fixată bobina, cuplul forţelor elastice va acţiona ca un cuplu rezistent. r ezistent. In ultimii ani, instrumentele digitale au apărut şi in i n componenta truselor şcolare, precizia acestora acestora fiind superioară instrumentelor analogice analogice (pot fi puse in evidenţă şi micile variaţii ale valorii intensităţii unui curent electric acceptat ca fiind continuu). Mai mult, achiziţionand un multimetru veţi avea la dispoziţie -un singur aparat care va incape in palma. mai multe instrumente de măsură intr -un
4.Ampermetre
Intensitatea curentului electric este definite drept cantitatea de electricitate ce trece in unitatea de timp printr-o sectiune a unui circuit. Unitatea Unitat ea de masura, amperul, este o unitate unita te fundamental a sistemului SI. In general, intensitatea curentului electric se masoara prin metode cu citire directa, directa, cu aparate indicatoare ce se numesc ampermetre numesc ampermetre.. Ampermetre magnetoelectrice
Deviatia α de regim permanent este proportional cu curentul de masurat I ce trece prin bobina mobila: Indicatia in curent alternativ a acestor aparate este nula deoarece valoarea medie a cuplului activ instantaneu pe o perioada este zero. Sensibilitatea de curent S I a ampermetrelor magnetoelectrice este invers proportionala cu cuplul rezistent specific D specific D . . La aparatele destinate masurarii curentilor de ordinul amperilor si miliamperilor cuplul rezistent este dat de unul sau doua resorturi spirale care se opune miscarii de rotatie. In cazul masurarii unor curenti de valori foarte mici cresterea sensibilitatii se realizeaza prin: - Asigurarea suspensiei pe benzi tensionate sau fire de torsiune; - Utilizarea unor magneti permanenti de inductie mare si a unor bobine cu numar mai mare de spire; - Utilizarea unui dispozitiv optic pentru citirea deviatiilor. Datorita sensibilitatii ridicate, consumului propriu redus, clasei de preciziei bune, ampermetrele magnetoelectrice se utilizeaza cu precadere ca aparate de laborator. Ele se construiesc pentru domenii cuprinse intre 0,1 si 100 A cu sunturi interioare s i pana la 10 kA cu sunturi exterioare. Daca Ra este rezistenta bobinei mobile a ampermetrului magnetoelectric, I a – domeniul domeniul de masura al acestuia, I – curentul curentul ce se masoara, de n ori mai mare decat Ia (I = nIa), rezistenta Rs a suntului simplu se calculeaza cu relatia:
Schema electrica a suntului este prezentata in figura 5,a, iar a unui sunt multiplu, in figura 5.b.
Fig. 5 Cele n sectiuni ale suntului multiplu, de valori R 1, R 2, …, R k k, …, R n pot fi determinate prin rezolvarea unui system de n ecuatii care pot fi scrise pentru cele n domenii stabilite initial: I1, I2, …Ik , …, In. Una din ecuatii – de de exemplu ecuatia pentru domeniul k – se se obtine apeland la caderea de tensiune pe sunt cu caderea de tensiune la bornele aparatului:
Rezistenta RT (in serie cu bobina mobila) realizata in general din manganina, serveste la compensarea erorilor de temperatura. Ampermetre electrodinamice Ampermetrele electrodinamice sunt aparate precise (clasa de precizie 0,2 si 0,1) construite de regula ca aparate de laborator si pot fi utilizate atat pentru masurarea curentului continuu cat si a celui alternativ. Pentru valori reduse ale curentilor (sub 0,5 A) bobina mobila 2 – inseriata inseriata cu bobinele fixe 1-1’ se alimenteaza prin resorturile spirale. Pentru valori mai mari ale curentului bobina mobila se – se conecteaza in paralel cu un sunt legat in serie cu bobina fixa, asa cum se observa in figura 6.
Fig. 6
Functionarea ampermetrelor electrodinamice este influentata de campurile magnetice exterioare, temperatura mediului ambiant si in c.a. de frecventa curentului masurat. Reducerea erorilor determinate de prezenta campurilor magnetice exterioare se poate realiza prin ecranarea dispozitivului de masurat. Erorile de temperatura sunt nesemnificative pentru ampermetrele ale caror bobine sunt legate conform schemei din figura 6.a. In cazul legarii bobinelor dupa schema din figura 6.b, eroarea de temperatura – determinata in principal de variatia rezistentei bobinei mobile – se se poate diminua considerabil prin conectarea in serie cu aceasta a unui rezistor R rezistor R din din manganina.
La functionarea in curent alternativ a ampermetrelor electrodinamice, modificarea frecventei curentului este o posibila sursa de eroare. Daca la ampermetrele cu schema serie, influenta frecventei asupra rezultatului masurarii este neglijabila (pana la 1-2 kHz), la ampermetrele cu schema in paralel compensarea erorilor de frecventa se realizeaza prin suntarea unei parti din rezistenta aditionala a bobinei mobile cu un condensator de capacitate C , care compenseaza reactanta inductiva a circuitului (intr-un interval restrans de variatie a frecventei). 4.1. Ampermetre electromagnetice (feromagnetice) (feromagnetice) Ampermetrele feromagnetice sunt aparate de masura analogice folosite pentru masurarea curentului alternativ de frecventa industriala, putand insa fi folosite si pentru masurarea curentului continuu. Deviatia α a sistemului mobil este proportionala cu patratul curentului: α = kI 2. Functionarea in c.c. a acestor ampermetre este influentata de histerezisul magnetic al piesei mobile, iar in c.a. de curentii turbionari indusi, care conduc la cresterea pierderilor in miezul feromagnetic. Se construiesc in general ca aparate de tablou avand clasa de precizie pre cizie 1,5 sau 2,5 dar printr-o constructie adecvata (piese feromagnetice realizate din aliaje cu permeabilitate mare si camp coercitiv redus), erorile determinate de histerezis si curentii turbionari sunt reduse considerabil, ceea ce permite realizarea ampermetrelor portabile de precizie, cu indice de clasa 0,5 sau 0,1. Ampermetrele feromagnetice se construiesc pentru curenti de la 10 mA pana la 100 A, cu unul sau mai multe domenii de masurare. La ampermetrele cu domenii multiple, bobina este realizata din mai multe sectiuni, schimbarea domeniului de masurare realizandu-se fie prin schimbarea conexiunii serie sau in paralel a sectiunilor fie prin schimbarea bornei de utilizare (figura 7, in care este reprezentata schema extinderii domeniului de masurare). Pentru masurarea unor curenti de valori mari si foarte mari, ampermetrele ferodinamice se
conecteaza in secundarul unor transformatoare („reductoare”) de curent, care au curentul secundar nominal I2n = 5 A. Din aceste considerente, ampermetrele de tablou (legate prin reductoare de curent) se construiesc pentru curentul nominal de 5 A. De obicei insa, la etalonarea scarii se are in vedere raportul de transformare al curentilor Ki, astfel incat indicatia aparatului da direct curentul din primarul transformatorului de curent, inseriat in circuitul de utilizarea.
Fig. 7 Aparatele ferodinamice se caracterizeaza prin robustete, fiabilitate ridicata, capacitate de supraincarcare relativ ridicata. Ele au insa un consum propriu destul de ridicat, iar precizia este relativ modesta. 4.2. Ampermetre cu redresoare Ampermetrele cu redresoare se obtin prin asocierea aso cierea uni dispozitiv magnetoelectric cu unul sau mai multe dispozitive de redresare. Se pot masura astfel curenti alternativi beneficiind de performantele aparatelor magnetoelectrice (precizie si sensibilitate ridicata, consum propriu scazut). In figura 8, este prezentata schema electrica a unui aparat magnetoelectric cu redresor.
Fig. 8 In functie de pozitia comutatorului K, schema permite masurarea curentului alternativ sau a tensiunii alternative. Sunturile (RS1 , R S2) si rezistentele aditionale (Rad1, Rad2, Rad3 ) sunt realizate din materiale cu coeficienti de temperatura de semne contrare, in scopul eliminarii erorilor de temperatura. Alte surse posibile de eroare (care influenteaza negativ functionarea aparatelor) sunt forma si frecventa semnalului masurat. Compensarea erorilor de frecventa se poate realiza prin conectarea unui condensator in paralel cu o parte a rezistentei aditionale sau prin utilizarea unor diode cu germaniu si carbura de siliciu. Pentru masurarea curentilor alternativi de inalta frecventa se recomanda utilizarea ampermetrelor cu termocuplu. 4.3. Ampermetre cu termocuplu
Ampermetrele cu termocuplu se utilizeaza cu precadere la masurarea valorii efective a curentilor de radiofrecventa, masurand valoarea efectiva a acestora, indiferent de forma de unda si de frecventa. Functionarea acestora se bazeaza pe efectul Seebeck care care consta in aparitia unei tensiuni continue
(tensiune termoelectrica) la capetele „reci” ale unui termocuplu format din doi electrozi cu proprietati termoelectrice cat mai diferite, atunci cand capelte „calde” (sudate) ale acestuia sunt incalzite la o anumita temperatura. Astfel, daca T este este temperatura capetelor sudate, T0 – temperatura temperatura capetelor reci, tensiunea termoelectromotare ET, masurata cu ajutorul unui dispozitiv magnetoelectric, este data de o relatie de forma: Daca variatia de temperatura este determinta de efectul termoelectric al curentului alternativ care parcurge o rezistenta inseriata in circuitul de utilizare, se poate apreci a ca intre tensiunea termoelectromotoare ET si valoarea efectiva a curentului (care strabate firul incalzitor) exista o corespondenta univoca (in conditiile mentinerii rezistentei firului incalzitor si a temperaturii T0 la valori constante).
Functionarea ampermetrelor electrodinamice este influentata de campurile magnetice exterioare, temperatura mediului ambiant si in c.a. de frecventa curentului masurat. Reducerea erorilor determinate de prezenta campurilor magnetice exterioare se poate realiza prin ecranarea dispozitivului de masurat. Erorile de temperatura sunt nesemnificative pentru ampermetrele ale caror bobine sunt legate conform schemei din figura 6.a. In cazul legarii bobinelor dupa schema din figura 6.b, eroarea de temperatura – determinata in principal de variatia rezistentei bobinei mobile – se se poate diminua considerabil prin conectarea in serie cu aceasta a unui rezistor R rezistor R din din manganina.
La functionarea in curent alternativ a ampermetrelor electrodinamice, modificarea frecventei curentului este o posibila sursa de eroare. Daca la ampermetrele cu schema serie, influenta frecventei asupra rezultatului masurarii este neglijabila (pana la 1-2 kHz), la ampermetrele cu schema in paralel compensarea erorilor de frecventa se realizeaza prin suntarea unei parti din rezistenta aditionala a bobinei mobile cu un condensator de capacitate C , care compenseaza reactanta inductiva a circuitului (intr-un interval restrans de variatie a frecventei). 4.1. Ampermetre electromagnetice (feromagnetice) (feromagnetice) Ampermetrele feromagnetice sunt aparate de masura analogice folosite pentru masurarea curentului alternativ de frecventa industriala, putand insa fi folosite si pentru masurarea curentului continuu. Deviatia α a sistemului mobil este proportionala cu patratul curentului: α = kI 2. Functionarea in c.c. a acestor ampermetre este influentata de histerezisul magnetic al piesei mobile, iar in c.a. de curentii turbionari indusi, care conduc la cresterea pierderilor in miezul feromagnetic. Se construiesc in general ca aparate de tablou avand clasa de precizie preciz ie 1,5 sau 2,5 dar printr-o constructie adecvata (piese feromagnetice realizate din aliaje cu permeabilitate mare si camp coercitiv redus), erorile determinate de histerezis si curentii turbionari sunt reduse considerabil, ceea ce permite realizarea ampermetrelor portabile de precizie, cu indice de clasa 0,5 sau 0,1. Ampermetrele feromagnetice se construiesc pentru curenti de la 10 mA pana la 100 A, cu unul sau mai multe domenii de masurare. La ampermetrele cu domenii multiple, bobina este realizata din mai multe sectiuni, schimbarea domeniului de masurare realizandu-se fie prin schimbarea conexiunii serie sau in paralel a sectiunilor fie prin schimbarea bornei de utilizare (figura 7, in care este reprezentata schema extinderii domeniului de masurare). Pentru masurarea unor curenti de valori mari si foarte mari, ampermetrele ferodinamice se
conecteaza in secundarul unor transformatoare („reductoare”) de curent, care au curentul secundar nominal I2n = 5 A. Din aceste considerente, ampermetr ele de tablou (legate prin reductoare de curent) se construiesc pentru curentul nominal de 5 A. De obicei insa, la etalonarea scarii se are in vedere raportul de transformare al curentilor Ki, astfel incat indicatia aparatului da direct curentul din primarul transformatorului de curent, inseriat in circuitul de utilizarea.
Fig. 7 Aparatele ferodinamice se caracterizeaza prin robustete, fiabilitate ridicata, capacitate de supraincarcare relativ ridicata. Ele au insa un consum propriu destul de ridicat, iar precizia este relativ modesta. 4.2. Ampermetre cu redresoare Ampermetrele cu redresoare se obtin prin asocierea aso cierea uni dispozitiv magnetoelectric cu unul sau mai multe dispozitive de redresare. Se pot masura astfel curenti alternativi beneficiind de performantele aparatelor magnetoelectrice (precizie si sensibilitate ridicata, consum propriu scazut). In figura 8, este prezentata schema electrica a unui aparat magnetoelectric cu redresor.
Fig. 8 In functie de pozitia comutatorului K, schema permite masurarea curentului alternativ sau a tensiunii alternative. Sunturile (RS1 , R S2) si rezistentele aditionale (Rad1, Rad2, Rad3 ) sunt realizate din materiale cu coeficienti de temperatura de semne contrare, in scopul eliminarii erorilor de temperatura. Alte surse posibile de eroare (care influenteaza negativ functionarea aparatelor) sunt forma si frecventa semnalului masurat. Compensarea erorilor de frecventa se poate realiza prin conectarea unui condensator in paralel cu o parte a rezistentei aditionale sau prin utilizarea unor diode cu germaniu si carbura de siliciu. Pentru masurarea curentilor alternativi de inalta frecventa se recomanda utilizarea ampermetrelor cu termocuplu. 4.3. Ampermetre cu termocuplu
Ampermetrele cu termocuplu se utilizeaza cu precadere la masurarea valorii efective a curentilor de radiofrecventa, masurand valoarea efectiva a acestora, indiferent de forma de unda si de frecventa. Functionarea acestora se bazeaza pe efectul Seebeck care care consta in aparitia unei tensiuni continue
(tensiune termoelectrica) la capetele „reci” ale unui termocuplu format din doi electrozi cu proprietati termoelectrice cat mai diferite, atunci cand capelte „calde” (sudate) ale acestuia sunt incalzite la o anumita temperatura. Astfel, daca T este este temperatura capetelor sudate, T0 – temperatura temperatura capetelor reci, tensiunea termoelectromotare ET, masurata cu ajutorul unui dispozitiv magnetoelectric, este data de o relatie de forma: Daca variatia de temperatura este determinta de efectul termoelectric al curentului alternativ care parcurge o rezistenta inseriata in circuitul de utilizare, se poate apreci a ca intre tensiunea termoelectromotoare ET si valoarea efectiva a curentului (care strabate firul incalzitor) exista o corespondenta univoca (in conditiile mentinerii rezistentei firului incalzitor si a temperaturii T0 la valori constante). Dupa modul in care se transmite caldura de la firul incalzitor la termocuplu deosebim: - Termocupluri cu incalzire directa; -
Termocupluri cu incalzire indirecta.
La termocupluri cu incalzire directa (figura 9.a) capetele calde ale acestora sunt in contact direct cu firul incalzitor realizat din material magnetic cu o mare rezistivitate (constantan, crom-nichel, platin-cromel). Aceste termocupluri au dezavantajul de a nu putea fi etalonate in c.c. deoarece in acest caz indicatia este dependenta de sensul curentului (o parte a curentului de etalonare trecand prin aparat).
Fig. 9 Acest fenomen dispare la termocuplurile cu incalzire indirecta (fig. 9.b) deoarece aici nu exista nici o legatura galvanica intre termocuplul propriu-zis si firul incalzitor. Cresterea sensibilitatii termocuplurilor se poate realiza prin introducerea acestora intr-un balon de sticla vidat, balon ce se introduce la randul sau intr-o cutie realizata dintr-un material izolant termic umpluta cu vata de sticla (in scopul reducerii pierderilor de caldura). Precizia etalonarii este de 0,05 % la 1 MHz si 0,5 % la 50 MHz, principalele surse de eroare fiind efectul pelicular si impedantele parazite ale firului incalzitor. Domeniul de masurare este cuprin intre cativa mA si zeci de A. 4.4. Ampermetre bazate pe efectul Hall
Sunt ampermetre care utilizeaza ca element de detectie o sonda Hall. Sonda Hall consta dintr-o placuta semiconductoare de forma paralelipipedica de grosime foarte mica in comparatie cu celelalte dimensiuni, parcursa de un curent de comanda IC si a flata intr-un camp magnetic de inductie
perpendicular pe acesta.
In aceste conditii, intre punctele A si B (fig. 10), pe o directie perpendiculara pe planul format din IC si B, apare o tensiune UH (tensiunea Hall) care este direct proportionala atat cu IC cat si cu B: Unde k1 este o constanta care depinde de materialul si dimensiunile placii. Daca curentul IC este constant, dependenta dintre UH si inductanta B este liniara: Pe portiunea liniara (liniarizata) a caracteristicii de magnetizare, B = k2H (H – intensitatea intensitatea campului magnetic). Presupunand campul magnetic creat de o bobina parcursa de un curent I si de o dependenta liniara intre intensitatea campului magnetic H si curentul care l-a determinat, rezulta:
Fig. 10 O schema principala a unui ampermetru cu sonda Hall este prezentata in i n figura 11. Generatorul Hall este dispus in interiorul unui transformator care, pe o coloana are dispusa o infasurare parcursa de curentul de masurat, iar pe cealalta coloana o infasurare parcursa de curentul de la iesirea amplificatorului A 1, la intrarea caruia se aplica tensiunea Hall. Prin solutia adoptata serealizeaza masurarea unei game largi de curenti – pana pana la cativa amperi – fara fara a satura miezul, deoarece fluxurile eterminate de cele doua infasurari opuse. Semnalul dezvoltat pe R este amplificat de amplificatorul A2 si aplicat la intrarea unui osciloscop sau a unui voltmetru. Indicatia ampermetrului a carui functionare se bazeaza pe efectul Hall este independenta de forma de unda si de frecventa, asa incat aceste aparate pot fi utilizate deopotriva pentru masurarea curentului continuu (f=0) cat si a celui alternativ (pana la frecvente de ordinul sutelor de MHz).
Fig. 11 Deoarece la variatiile de temperatura se modifica atat constanta k1 cat si conductivitatea materialului semiconductor, pentru reducerea erorilor de temperatura se utilizeaza scheme speciale de compensare cu termorezistente legate in serie sau paralel in circuitul curentului de comanda.
BIBLIOGRAFIE :
1. M. I. : Electrotehnica si masurari electrice
2. M II. : Tehnoligii in electromecanica
3. Actionari si automatizarii E.D.P 1988
4. Stabilizatoare de tensiune Editura Tehnica 1980
5. Pornirea si protectia motoarelor asincrone trifazate
Colectia Electricianului 1985 6. Tiristoare de putere
7. Masini aparate actionari si automatizari manual cls. a XII – a a
8. Electrotehnica si electronica aplicata E.D.P 1994
9. Componente si circuite electronice manual clasa a XI – a a
10.
www.wikipedia.or g
11.
www.google.r o
12.
www.scribd.com www.scribd.co m
13.
www.didactic.ro
ANEXE:
