Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE




loading...



AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


APARATE SI METODE PENTRU MASURAREA IMPEDANTELOR

Electronica electricitate

+ Font mai mare | - Font mai mic








DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Numarator binar asincron reversibil
MASURAREA PUTERII REACTIVE
Energia si actiuni ponderomotoare in campul magnetic
ANALIZORUL DE SPECTRU
Conductori in camp electrostatic. Condensatori. Capacitate electrica
SURSA DE TENSIUNE SI CURENT REGLABILA MULTIPLA
PK635 ViewCam Pro PC camera
Prelucrarea semnalelor video in vederea reducerii distorsiunilor
Schema numaratorului binar sincron reversibil
Interferometrul Michelson

APARATE SI METODE PENTRU

MASURAREA IMPEDANTELOR




A. Generalitati

Impedanta este o marime care caracterizeaza functionarea elementelor de circuit in curent alternativ . Ea se defineste cu ajutorul legii lui Ohm aplicate in curent alternativ. In curent continuu , conform legii lui Ohm :

In curent alternativ , legea lui Ohm devine :

(10.2)

Avand aceeasi relatie de definitie , rezistenta si impedanta vor avea aceeasi unitate de masura , ohmul ( 1Ω = ) .

Fata de rezistenta , impedanta are un caracter mai complex deoarece in curent alternativ elementele de circuit prezinta , pe langa proprietatea de rezistenta , si proprietatile de inductanta ( L ) si capacitate ( C ) .

Inductanta este proprietatea elementelor de circuit de a se opune variatiilor de curent . Inductanta se poate defini ca raportul intre fluxul magnetic ce trece printr-un element de circuit si intensitatea curentului care a generat acel flux : .

Unitatea de masura pentru inductanta este henry ( 1H = ) . In practica se utilizeaza frecvent submultiplii mH si μH .

Inductanta este o proprietate specifica bobinelor ( inductanta proprie a unei bobine sau inductanta mutuala intre doua bobine , atunci cand fluxul creat de bobina trece si prin spirele celeilalte bobine ) .

Capacitatea este proprietatea elementelor de circuit de a acumula sarcini electrice si se poate defini cu raportul intre cantitatea de electricitate ce se acumuleaza intr-un element de circuit si tensiunea la care este alimentat elementul respectiv : C = .

Unitatea de masura pentru capacitate este faradul ( 1 F = ) . In practica se utilizeaza submultiplii pF , nF , si μF .

Reactanta . Valorile inductantelor si capacitatilor depind de datele constructive ale elementelor de circuit ( dimensiuni , materiale ) . In circuit , ele se manifesta prin reactantele corespunzatoare care depind de frecventa . In curent alternativ sinusoidal reactanta inductiva este , iar reactanta capacitiva este , unde reprezinta pulsatia .

Diagrame fazoriale . Impedantele prezinta urmatoarele componente :

R - rezistenta ;

- reactanta inductiva ;

- reactanta capacitiva ;

Cele trei componente ale impedantei nu se pot insuma algebric , ci numai fazorial , deoarece inductantele defazeaza tensiunea inaintea curentului cu rad , capacitatile defazeaza tensiunea in urma curentului cu rad , iar rezistentele nu introduc nici un defazaj .

In figurile 10.1 c , si 10.1 d s-au reprezentat diagramele fazoriale corespunzatoare tensiunilor ce intervin in cazul impedantelor din figurile 10.1 a si 10.1 b . Daca in diagramele fazoriale din figurile 10.1 c si 10.1 d se simplifica toate tensiunile cu I , se obtin diagramele din figurile 10.1 e si 10.1 f reprezentand diagramele fazoriale ale impedantelor Z . Din aceste diagrame se pot calcula modulul impedantei Z si tangenta unghiului de defazaj φ dintre tensiune si curent :

; tg φ = ; (10.3)

Exprimarea impedantelor in numere complexe . Asimiland diagramele fazoriale din figura 10.1 unui plan complex ( axa orizontala - numere reale , axa verticala numere imaginare ), impedantele se pot exprima sub forma unor numere complexe .

Fig . 10.1 Impedante si diagramele lor fazoriale.

Pe diagrame se observa ca reactantele inductive defazeaza tensiunea inaintea curentului cu rad , deci in plan complex devine , iar reactantele capacitive defazeaza tensiunea in urma curentului cu rad , deci in plan complex devine :

-jX = -j = .

Tinand seama de aceste observatii se poate scrie :

(10.4)

Nota : In aceste expresii s-au folosit j= In loc de i= , pentru a nu se crea confuzii cu intensitatea instantanee a curentului electric , care se noteaza cu i ;

Factorul de calitate . Elementele reactive de circuit ( bobinele si condesatoarele ) prezinta , pe langa reactanta ,si o rezistenta in care se consuma energie . Cu cat pierderile de energie sunt mai mici ,cu atat calitatea elementelor reactive este mai buna . Factorul de calitate care se noteaza cu Q , se defineste prin raportul intre reactanta si rezistenta unui element de circuit sau ale unui circuit :

(10.5)

Pentru o bobina care are rezistenta R, pentru un condensator cu rezistenta de pierderi R ( considerata in serie) , , iar pentru un circuit in care pe langa rezistenta bobinei mai intervin si alte rezistente R , .

B. Metode pentru masurarea impedantelor

Deoarece , asa cum s-a aratat , rezistenta in curent continuu si impedanta in curent alternativ au aceeasi relatie de definitie , metodele utilizate pentru masurarea rezistentelor in curent continuu se pot adapta si la masurarea impedantelor in curent alternativ , cu urmatoarele observatii :

- circuitele de masurare vor fi alimentate in curent alternativ de la o sursa de frecventa f ;

aparatele de masurat folosite trebuie sa fie astfel alese incat sa functioneze la frecventa f a sursei e alimentare ;

elementele de circuit , fiind alimentate in curent alternativ , se vor comporta ca impedante ;

Pornind de la aceste considerente , s-a realizat o gama variata de aparate pentru masurarea impedantelor si a componentelor lor , utilizandu-se numeroase metode de masurare . In continuare se vor analiza cateva dintre acestea .

Masurarea impedantelor prin metoda substitutiei

Metoda substitutiei este cea mai simpla metoda . Ea foloseste montajul din figura 10.1 in care :

G este un generator de c.a. de tensiune U si frecventa f ;

A ampermetru de curent alternativ ,capabil sa functioneze la frecventa f ;

R - rezistenta variabila , etalonata ( cutie e rezistente ) ;

K - comutator cu doua pozitii ;

Modul de lucru : Acelasi ca in curent continuu , are doua etape :



I se inchide comutatorul K pe pozitia 1 si se citeste pe ampermetrul A intensitatea I a curentului electric ( ) ;

II se trece comutatorul K pe pozitia 2 si se regleaza rezistenta variabila , pana cand apermetrul va indica un curent I = I , rezulta ca .

Dupa cum se observa , aceasta metoda permite numai masurarea globala a impedantelor ,nu si a componentelor lor ( R , L , C ) ;

Fig .10.1 Masurarea

impedantelor prin metoda substitutiei .

Masurarea inductantelor prin metoda apermetrului si voltmetrului

a.       Masurarea inductantelor proprii

Masurarea inductantelor proprii ale bobinelor folosind metoda apermetrului si voltmetrului se bazeaza in curent continuu si in curent alternativ .

Intrucat bobinele au de obicei impedante mult mai mici decat rezistenta voltmetrului , se foloseste varianta aval .

Montajul folosit este reprezentat in figura 10.3 . Comutatorul K , cu doua pozitii , permite alimentarea succesiva a circuitului in curent continuu si in curent alternativ .

Modul de lucru . Masurarea se desfasoara pe trei etape :

I se inchide comutatorul K pe pozitia 1 si montajul se alimenteaza in curent continuu . Se masoara intensitatea curentului I cu ampermetrul , tensiunea U

cu voltmetrul si ,aplicand legea lui Ohm ,

se calculeaza ;

II se trece comutatorul K pe pozitia 2 si

Montajul se alimenteaza in curent alternativ . Se masoara din nou intensitatea curentului si tensiunea si de aceasta data , aplicand legea lui Ohm, se va calcula Z . Fig . 10.3 Masurarea inductantelor     proprii prin metoda ampermetrului

si voltmetrului .

III cunoscand valorile si Z si cunoscand sau masurand frecventa , se poate deduce valoarea inductantei :

,

de unde :

.

b.       Masurarea inductantelor mutuale

Masurarea inductantelor mutuale prin metoda ampermetrului si voltmetrului se bazeaza pe masurarea inductantei totale a doua bobine legate in serie ,in doua variante : o data astfel incat fluxurile care le strabat sa se insumeze , iar alta data astfel incat fluxurile sa se scada ( sa fie de sens contrar ) . Cum sensul fluxului depinde de sensul curentului prin bobine , este necesar ca in varianta a doua sa se inverseze sensul curentului intr-o bobina inversand legarea capetelor ei in circuit .

Masurarea inductantei totale a celor doua bobine se realizeaza cu acelasi montaj si aceeasi metoda ca si in cazul inductantelor proprii , numai ca intre punctele A , B se leaga cele doua bobine in serie .

Modul de lucru . Se procedeaza astfel :

I cele doua bobine se leaga in serie asa incat fluxurile lor sa se insumeze ( fig. 10.4 a ) . In acest caz inductanta mutuala este pozitiva . Se masoara inductanta totala :

; (10.7)

Fig. 10.4 Masurarea inductantelor mutuale .

II cele doua bobine se leaga in serie asa incat fluxurile lor sa se scada ( fig. 10.4 b ) . In acest caz inductanta mutuala este negativa . Se masoara inductanta totala , care va fi :

. (10.8)

Facand diferenta    , se obtine :

,

de unde :

. (10.9)

Punti de curent alternativ

Puntile de curent alternativ , utilizate la masurarea impedantelor au aceeasi schema de principiu si acelasi mod de functionare ca si puntile de curent continuu . Pentru comparatie , in figura 10.5 sunt reprezentate o punte de curent continuu si o punte de curent alternativ.

Puntea de curent alternativ este alimentata de la o sursa de frecventa f , elementele din bratele sale se comporta ca impedante iar instrumentul indicator de nul trebuie sa functioneze la frecventa f a sursei .

Conditiile de echilibru . Ca si la puntile de curent continuu , cand prin diagonala in care este montat instrumentul indicator curentul este zero , intre cele doua brate ale puntii exista o relatie bine determinata, cunoscuta sub numele de conditia de echilibru , si care este aceeasi ca si la puntile de curent continuu ( produsul a doua brate opuse este egal cu produsul celorlalte doua brate opuse ,sau raportul a doua brate alaturate este egal cu raportul celorlalte doua brate alaturate ) .

Fig. 10.5 Punti electrice de masurat :

a punte de c.c. ; b punte de c. a.

In curent alternativ , aceasta conditie devine :

sau . (10.10)

Fiecare impedanta poate fi exprimata prin modulul sau si prin defazajul φ pe care il introduce : . Ca urmare , conditia de echilibru se poate scrie si sub forma :

,

ceea ce este echivalent cu doua relatii : una referitoare la module si cealalta la faze :

si (10.11)

Cea de-a doua relatie arata ca puntile de curent alternativ nu pot avea orice configuratie .

Daca in doua brate alaturate ale unei punti sunt numai rezistente , in celelalte doua brate opuse trebuie sa fie reactante de semne contrare ( intr-un brat inductanta , in bratul opus capacitate ) .

De exemplu : daca si atunci si . Rezulta ca defazajele si trebuie sa fie de semne contrare , deci impedantele si sa contina reactante diferite .

Din aceasta categorie fac parte puntile Maxwell si Hay .

Daca in doua brate alaturate ale unei punti sunt numai rezistente , de exemplu si , in celelalte doua brate alaturate trebuie sa fie reactante de acelasi fel ( si deci si trebuie sa aiba acelasi semn ) . Din aceasta categorie fac parte puntile Sauty si Nernst .



Ca si la puntile de curent continuu , daca se cunosc elementele din trei brate , se pot deduce cele din al patrulea brat . Pentru calcule se utilizeaza de obicei exprimarea impedantelor sub forma numerelor complexe . In cazul cel mai general, fiecare impedanta poate fi de forma Z=R+jX si conditia de echilibru devine :

(10.12)

Desfacand parantezele si separand partea reala de cea imaginara se obtin doua relatii care exprima impreuna conditia de echilibru :

    (10.13)

Echilibrarea puntii . Pentru satisfacerea celor doua relatii de echilibru , la puntile de curent alternativ sunt necesare doua elemente de reglaj . Acestea pot fi rezistoare , bobine sau condensatoare variabile . Deoarece bobinele variabile de inductante cunoscute se realizeaza mai greu in practica , pentru echilibrarea puntilor de curent alternativ se prefera rezistoare si condensatoare variabile .

Exista o mare varietate de punti de curent alternativ . Ele poarta de obicei numele savantilor care le-au propus . Se vor analiza in continuare cateva dintre cele mai raspandite punti .

a.       Punti pentru masurarea capacitatii

Puntea Sauty ( fig. 10.6 b ) este folosita pentru masurarea condensatoarelor de buna calitate , cu pierderi mici , a caror schema echivalenta se reprezinta de obicei in figura 10.6 a . Rezistenta figurata in serie cu capacitatea reprezinta rezistenta armaturilor condensatorului si a terminalelor si este de valoare mica .

Modul de lucru . Se monteaza condensatorul de masurat la bornele special prevazute in constructia puntii si se regleaza elementele variabile pana cand instrumentul indicator arata zero . In acest moment , conditia de echilibru este satisfacuta si se poate scrie :

(10.14)

Separand partile imaginare de cele reale , rezulta :

de unde (10.15)

de unde (10.16)

Fig. 10.6 Schema echivalenta a unui condensator

cu pierderi mici . (a) ; puntea Sauty (b) .

Dupa cum se observa , este proportional cu , iar cu .

Aceasta proportionalitate permite sa se gradeze in valori ale lui si in valori ale lui . Raportul devine factor de multiplicare .

Puntea Nernst (fig. 10.7,b) se foloseste pentru masurarea condensatoarelor cu pierderi mari , a caror schema echivalenta se reprezinta de obicei ca in figura 10.7 a . Rezistenta figurata in paralel cu capacitatea este in acest caz de valoare mare si reprezinta rezistenta in curent alternativ a dielectricului dintre armaturile condensatorului . Bratul in care se afla elementele de reglaj are o schema asemanatoare cu schema echivalenta a condensatorului de masurat .

Modul de lucru . Se monteaza condensatorul de masurat la bornele prevazute in acest scop si se regleaza pe rand elementele variabile pana se aduce puntea la echilibru , cand se poate scrie :

(10.17)

Aducand la acelasi numitor si separand partile reale de cele imaginare , se obtine :

de unde (10.18)

de unde (10.19)

Fig . 10.7 Schema echivalenta a unui

condensator cu pierderi mari ( a ) ;

Puntea Nernst ( b ) ;

Ca si la puntea Sauty , si la puntea Nernst se pot grada in valori ale lui si in valori ale lui . Raportul devine factor de multiplicare .

Puntea Schering este una dintre cele mai raspandite punti . Este folosita atat la tensiuni joase , cat si la tensiuni inalte . De asemenea , se foloseste atat in joasa frecventa cat si la frecvente inalte .

Puntea Schering reprezentata in figura 10.8 se utilizeaza pentru masurarea condensatoarelor sub inalta tensiune . Montajul este astfel realizat incat aproape toata tensiunea sa se regaseasca la bornele condensatorelor si ; pe elementele de reglaj nu se aplica decat o mica parte din tensiunea de alimentare a puntii astfel incat sa fie respectate normele de tehnica securitatii muncii . Pentru a inlatura pericolul aparitiei unor tensiuni mari pe elementele reglabile ale puntii ,punctele A si B se conecteaza la masa prin sigurantele de protectie S . In cazul ridicarii tensiunii peste o anumita valoare , sigurantele S se strapung si bratele reglabile ale puntii sunt legate la pamant .

Modul de lucru este acelasi ca la celelalte punti . Din conditia de echilibru :

(10.20)

se poate deduce :

si (10.21)

Fig. 10.8 Puntea Schering pentru masurarea

condensatoarelor sub inalta tensiune .

b.       Punti pentru masurarea inductantei



Puntea Maxwell (fig. 10.9) este cea mai utilizata punte pentru masurarea bobinelor . In constructia sa , in doua brate opuse se folosesc rezistoare, iar la bratul opus bobinei ce se masoara se afla un condensator in paralel cu un rezistor .

Modul de lucru . Se aduce puntea in echilibru prin reglarea pe rand a elementelor variabile . La echilibru se poate scrie :

(10.22)

Din relatia (10.22) se poate deduce :

si (10.23)

Puntea Maxwell este destinata masurarii bobinelor cu factor de calitate mic . La bobinele cu Q mare , este foarte mic si dupa cum rezulta din relatia (10.23) ar fi necesar ca sa fie de valoare foarte mare . Acest lucru este mai dificil de realizat in practica .

Puntea Hay (fig 10.10) se foloseste pentru masurarea bobinelor cu factor de calitate mare . Spre deosebire de Maxwell , in constructia puntii Hay elementele de reglaj din bratul opus bobinei sunt montate in serie .

Fig. 10.9 Puntea Maxwell Fig. 10.10 Puntea Hay

Modul de lucru. Regland elementele variabile pe rand , se aduce puntea la echilibru , cand este satisfacuta relatia :

(10.24)

Separand partile reale de cele imaginare ,se obtine :

si (10.25)

Daca in ultima relatie se impart ambii termeni cu si , se observa ca :

. Rezolvand sistemul din relatiile (10.25) si tinand seama ca Q > 1 , rezulta :

si (10.26)

Dupa cum se observa din expresia lui , echilibrul acestei punti depinde de frecventa : ca urmare , tensiunea cu care se alimenteaza puntea trebuie sa fie sinusoidala, de frecventa constanta si cunoscuta .

c.        Punti RLC. Punti RC

In practica se intalnesc frecvent punti care permit masurarea rezistentelor , inductantelor si capacitatilor , cunoscute sub numele de punti universale sau punti RLC. Unele variante constructive permit numai masurarea rezistentelor si capacitatilor , fiind deci punti RC .

Aceste aparate au in componenta lor diferite elemente , care prin intermediul comutatoarelor se pot distribui astfel incat sa formeze o punte tip Wheatstone in cazul masurarii rezistentelor, de tip Sauty in cazul masurarii condensatoarelor si de tip Maxwell cand se masoara bobine .

d.       Punti electronice

In contructia puntilor moderne , intervin blocuri functionale realizate cu componente electrice . Astfel , instrumentul indicator de nul este un voltmetru electronic, pentru alimentarea in curent continuu puntile sunt prevazute cu un redresor, iar pentru masurarea in curent alternativ, la o frecventa diferita de 50 Hz, puntile sunt prevazute cu generatoare care lucreaza pe o anumita frecventa ( de obicei 1000 Hz in joasa frecventa si 1 MHz in inalta frecventa ) .

Masurari cu Q-metrul

Q-metrul este un aparat industrial destinat sa masoare factorul de calitate Q . El este un aparat foarte mult folosit deoarece permite si alte masurari , cum ar fi : masurarea inductantelor ,masurarea rezistentelor in inalta frecventa , masurarea capacitatilor etc .

Functionarea Q-metrului se bazeaza pe proprietatea circuitelor LC serie de a prezenta la rezonanta , la bornele elementelor lor , o tensiune de Q ori mai mare decat tensiunea cu care au fost alimentate in serie .

Schema de principiu a unui Q-metru este reprezentata in figura 10.11 . Condensatorul variabil C impreuna cu bobina ce se monteaza la bornele A , B formeaza un circuit LC care este alimentat in serie de la un generator G de frecventa variabila prin intermediul unui circuit de cuplaj care trebuie sa prezinte o rezistenta neglijabila . Voltmetrul electronic masoara tensiunea cu care este alimentat circuitul LC , iar voltmetrul electronic masoara tensiunea la bornele condensatorului C .

Modul de lucru . Daca circuitului LC i se aplica in serie o tensiune , intensitatea curentului prin acest circuit va fi :

(10.27)

Fig. 10.11 Q-metrul

Variind capacitatea condensatorului C sau frecventa generatorului se aduce circuitul LC la rezonanta . In acest caz , si intensitatea curentului devine maxima :

(10.28)

Rezonanta este pusa in evidenta de voltmetrul , care masoara la bornele condensatorului tot o tensiune maxima :

(10.29)

Inlocuind cu se obtine :

(10.30)

Conform relatiei (10.30) , tensiunea la bornele condensatorului C , la rezonanta , este de Q ori mai mare decat tensiunea cu care s-a alimentat circuitul .

Daca se mentine constant , .Aceasta relatie permite transcrierea scarii gradate a voltmetrului in valori ale lui Q , obtinandu-se astfel un aparat cu citire directa pentru masurarea factorului de calitate .

Punandu-se conditia , rezulta ca scara gradata in valori ale lui Q este valabila numai pentru o anumita valoare a tensiunii . Pentru a se respecta aceasta conditie , pe scara gradata a voltmetrului este trasat un reper , iar tensiunea se regleaza astfel incat indicatia voltmetrului sa fie intotdeauna la reperul respectiv .



loading...







Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1697
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2020 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site