Masurarea tensiunii electrice

Masurarea tensiunii electrice.

Tensiunea electrica este definita ca diferenta de potential electric dintre doua puncte. Unitatea de masura pentru tensiunea electrica in Sistemul International este voltul.

Cele mai utilizate voltmetre analogice de c.c. sunt voltmetrele magnetoelectrice. Daca la bornele unui aparat magnetoelectric a carui bobina mobila are rezistenta R_i, se aplica o tensiune continua U, relatia de functionare devine:

(3.26)

Se observa ca deviatia a este proportionala cu tensiunea aplicata la borne, deci aparatul poate fi utilizat ca voltmetru.

Se mentin proprietatile referitoare la polaritatea fixata si la liniaritatea scarii. De asemenea, se observa ca sensibilitatea de tensiune S_U este mai mica decat sensibilitatea de curent S_I. Pot fi folosite direct numai ca milivoltmetre.

Pentru extinderea domeniului de masurare al unui voltmetru de c.c. se inseriaza cu acesta o rezistenta aditionala.

Fig.3.8. Voltmetru de c.c. (3.27)

cu rezistenta aditionala

Voltmetrele de laborator se construiesc cu domenii multiple de masurare. Rezistentele aditionale pot fi realizate separat, pentru fiecare interval de masurare (Fig.3.9.b) sau pot fi formate din mai multe rezistente legate in serie (Fig.3.9.a).

In cazul rezistentelor aditionale in serie, factorul de multiplicare este:

(3.28)

iar pentru rezistente in paralel:

(3.29)

Cunoscand valorile R_i si U_i pentru un aparat dat si stabilind limitele maxime U_k pentru cele K domenii, rezulta factorii de multiplicare m_k. Se formeaza un sistem de m ecuatii cu m necunoscute R_aj (j =1,2 ,m) prin rezolvarea caruia rezulta valorile rezistentelor aditionale.

Fig.3.9. Voltmetru de c.c. cu domenii multiple: a) cu rezistente aditionale in serie; b) cu rezistente aditionale

in paralel

Rezistentele aditionale se confectioneaza din manganina sub forma de rezistente bobinate montate in interiorul carcasei aparatului. Cu ajutorul rezistentelor aditionale, domeniul de masurare poate fi extins pana la 1000V c.c. Aceasta limita este impusa in principal din considerente de izolatie si de pericolul pe care il prezinta tensiunile mai ridicate pentru operator.

Rezistentele aditionale determina si un alt parametru de calitate pentru aparat si anume consumul propriu:

(3.30)

Un consum de putere redus (ceea ce inseamna R_a mare) determina reducerea erorii sistematice de metoda.

Adesea, un voltmetru este caracterizat prin rezistenta necesara pentru a obtine un domeniu de masurare de 1 volt, cunoscuta sub denumirea de "rezistenta in Ω/V". Astfel, tinand seama ca domeniul de tensiune al unui voltmetru este dat de produsul dintre curentul nominal si rezistenta nominala:

U₀=I₀R₀ (3.31)

atunci pentru U₀=1V va rezulta o rezistenta:

R₀= (3.32)

relatie care arata ca rezistenta in Ω/V ce caracterizeaza un voltmetru este egala cu inversul curentului sau nominal.

Aplicatia 3.3

Folosind un instrument cu rezistenta interna R₀=1K si curentul nominal I₀=50μA se realizeaza un voltmetru de cc cu rezistente aditionale in serie avand domeniile de masurare U₁= 1V, U₂= 5V si U₃= 10V.

a) Sa se determine valorile rezistentelor aditionale si rezistenta interna a voltmetrului pentru fiecare din cele trei domenii de masurare;

b) Sa se determine consumul propriu al voltmetrului pentru fiecare din cele trei domenii de masurare.

Pentru utilizarea aparatului magnetoelectric ca voltmetru de c.a., acesta se asociaza - la fel ca si in cazul ampermetrelor - cu scheme de redresare. Astfel un voltmetru magnetoelectric de c.a. este alcatuit dintr-un aparat magnetoelectric (mA sau mA) conectat intr-o schema de redresare (de regula bialternanta) in serie cu o rezistenta aditionala corespunzatoare tensiunii nominale.

Fig.3.10. Voltmetru magnetoelectric de c.a.