Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE




loading...



AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


STUDIUL MULTIMETRULUI MAGNETOELECTRIC - MASURARI SPECIFICE

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic




STUDIUL MULTIMETRULUI MAGNETOELECTRIC.

MASURARI SPECIFICE.

Obiective




Lucrarea propune invatarea schemelor functionale ale multimetrului magnetoelectric, cunoasterea modalitatilor de utilizare in masurari, precum si analiza si intelegerea caracteristicilor metrologice ale aparatului.

1. Dispozitivul magnetoelectric

Multimetrul magnetoelectric este un aparat de masura universal, care realizeaza urmatoarele functii: masurari de curenti si tensiuni continue sau alternative, masurari de parametrii de circuit rezistente si mai rar inductante si capacitati.

Constructiv, instrumentul de baza al multimetrului il constituie dispozitivul magnetoelectric - un miliampermetru sau un milivoltmetru. In figura 1.1.a, este prezentat schematic dispozitivul magnetoelectric cu magnet fix si bobina mobila.

Fig.1.1 Dispozitivul magnetoelectric a), principiul de functionare b)

Infasurarea bobinei este executata din cupru izolat (0,02 0,2 mm); 5 - arcuri spirale care creeaza cuplul rezistent elastic si servesc si pentru aducerea curentului de la bornele M - N la bobina mobila; 6 - ac indicator; 7 - scara gradata.

Circuitul magnetic pentru care se inchid liniile de camp magnetic este format din: polul N, piesa polara P, intrefier, miez de fier cilindric, intrefier, piesa polara P, polul S, coroana magnetica si in sfarsit polul N.

Principiul de functionare este ilustrat in figura 1.1.b. Liniile de curent i prin liniile active de lungime l interactioneaza cu inductia magnetica B dand nastere la un cuplu de forte electromagnetice a caror expresie este:

(1.1)

In raport cu axul de miscare aceste forte determina un moment activ Ma :

(1.2)

unde φ0 este fluxul constant care traverseaza suprafata S = lb a bobinei mobile.

Resoartele spirale creeaza un cuplu elastic rezistent, a carui expresie este:

(1.3)

unde: Δ - este constanta elastica de forta a arcului spiral;

α - este deviatia unghiulara.

La echilibrul static al cuplurilor (1.2) si (1.3) avem:

de unde rezulta:

(1.4)

Relatia (1.4) reprezinta ecuatia de functionare a dispozitivului magnetoelectric. Si - [div/A] se numeste sensibilitate de curent a aparatului, care este o constanta (deoarece φ0 = const. si Δ = const.). Relatia (1.4) numita si functia de transfer a aparatului arata ca exista o dependenta liniara intre marimea de intrare - curentul i si marimea de iesire α - deviatia unghiulara

( numarul de diviziuni corespunzatoare deviatiei acului pe scara gradata).

PROPRIETATI: instrumentul magnetoelectric este un aparat de curent continuu, cu polaritate +-, deoarece in functia de transfer (1.4) apare la puterea intai. In curent alternativ momentul activ mediu pe o perioada este zero si prin urmare acul indicator nu deviaza. Scara aparatului este gradata uniform. Sensibilitatea in curent Si este ridicata. Aparatul se poate realiza in clase de precizie ridicate c = 0,1; 0,2. Nu poate fi supraincarcat, la curenti mai mari decat curentul corespunzator capatului de scara, deoarece arcul spiral, prin care este adus curentul la bobina mobila se arde.

Instrumentul de baza

Pentru multimetrul MF 35 (MAVO 35) instrumentul de baza corespunde unui milivoltmetru avand tensiunea de capat de scara Ui = 75 mV si rezistenta interna Riv = 1500 Ω, (fig.1.2.)

UI=75 mV II=50 μA

Riv= 1500 Ω Ria= 1500 Ω

Fig. 1.2. Caracteristicile instrumentului de baza MAVO 35 MF

In acelasi timp aparatul poate fi considerat un miliampermetru avand curentul de capat de scara Ii = 50 μA si rezistenta interna Ria = 1500 Ω.

2. Scheme ale multimetrului magnetoelectric

2.1. Schema de voltmetru si milivoltmetru in curent continuu.


Schema de voltmetru si milivoltmetru este aratata in figura 1.3.

Prin impunerea intervalelor de masura U1,U2, , Un se calculeaza rezistentele aditionale Ra1, Ra2, , Ran prin relatia:

Ii - este curentul de capat de scara. Adica atunci cand voltmetrul indica valoarea de capat de scara, indiferent de ce interval de masura se afla, prin aparat trece curentul Ii . Acesta are valoarea 50 μA pentru MAVO 35.

O marime sintetica a voltmetrului magnetoelectric este rezistenta specifica Rs [Ω/V] - marime inscriptionata pe cadranul scarii gradate.

(1.6)

De remarcat ca inversul rezistentei specifice este curentul de capat de scara prin aparat. Evident ca pentru o valoare masurata Um curentul prin voltmetru aflat pe intervalul Uk, este:

(1.7)

Constanta voltmetrului se defineste ca raportul dintre tensiunea de capat de scara numarul de diviziuni si:

(1.8)

Exemplu: Un = 50 V; αn = 100 div. rezulta: Cu = 50 V/ 100 div = 0,5 V/div.

Tensiunea masurata corespunzator unei deviatii α a acului indicator este:



Pentru exemplul de mai sus daca α = 20, avem: Umas = 0,5*20 = 10 V

(1.9)

Eroarea de metoda

Voltmetrul introdus in circuitul de masurare cauzeaza o eroare care este cu atat mai mica cu cat rezistenta interioara a voltmetrului Rv este mai mare. Demonstratia acestei afirmatii se face urmarind figura 1.4,a si 1.4,b. In figura 1.4,a, tensiunea reala la bornele receptorului de rezistenta R este:

(Se stie ca 1/(1+x) 1-x, daca x << 1).

Adica se poate scrie:

(1.11)

Fig. 1.4. Influenta voltmetrului asupra circuitului de masurat

In figura 1.4 b, tensiunea aratata de voltmetru la bornele receptorului R

este:

(1.12)

sau:

(1.13)

Eroarea de metoda este:

(1.14)

Dupa calcule simple:

(1.15)

Relatia (1.15) arata ca eroarea la masurarea tensiunii introdusa de voltmetru este negativa si este cu atat mai mica cu cat Rv este mai mare.

2.2. Schema de ampermetru si miliampermetru in curent continuu.

Schema este ilustrata in figura 1.5, in care se remarca legarea unui sunt multiplu cu rezistentele de sunt Rs1, Rs2, , Rsn.

Fixandu-se curentii I1, I2, , In , rezistentele de sunt se determina cu relatia:

(1.16)

( k = 1, 2, , n)

unde: p = In / Ii , si Ri este rezistenta interna.

Observatie: Schema din figura 1.5, cu suntul multiplu se utilizeaza pentru extinderea domeniului de masurare pentru curentii pana la 5 A.

Eroarea de metoda: la masurarea curentului este cu atat mai mica cu cat rezistenta ra a ampermetrului este mai mica.

Din figura 1.6 a si b, avem:

In absenta ampermetrului:

(1.17)

In prezenta ampermetrului:

(1.18)

Eroarea de metoda este:

(1.19)

adica:

Relatia (1.20) arata ca eroarea de metoda introdusa de ampermetru la masurarea curentului este negativa

2.2.1. Ampermetru cu sunt exterior pentru curenti foarte mari

In acest caz se utilizeaza schema din fig.1.7, in care Rs este rezistenta unui sunt exterior si mV un milivoltmetru cu o rezistenta interna suficient de mare, astfel incat:

Fig.1.7. Ampermetru cu sunt exteror

I - curent exterior;

Ii - curent de capat de scara;

Is - curent prin sunt;

si implicit:

Incat:

(1.22)

Cunoscand constanta milivoltmetrului Cn se poate determina constanta de curent a aparatului:

(1.23)

adica:

(1.24)

OBSERVATIE: Sunturile exterioare se construiesc pentru sunturile standardizate de aceleasi valori cu ale milivoltmetrelor. Parametrii suntului exterior sunt tensiunea nominala (caderea de tensiune pe sunt) Us si curentul nominal prin sunt Is. Rezistenta suntului Rs se calculeaza:




Exemplu: Un sunt exterior avand Us = 75 mV, Is = 300 A se conecteaza in paralel cu un milivoltmetru avand constanta de tensiune Cu = 0,5 V/div. Ansamblul milivoltmetru-sunt devine un ampermetru avand constanta de curent 2.103 A/div

2.3. Functionarea in curent alternativ

Instrumentul de baza este prevazut cu o punte redresoare, ca in figura 1.8.

Fig. 1.8. Instrumentul magnetoelectric cu redresor

Redresarea este bialternanta. Aparatul va indica o deviatie proportionala cu valoarea medie a curentului redresat. Acest lucru se datoreaza inertiei echipajului mobil, echipaj care se va roti sub actiunea cuplului mediu pe o perioada.

Scara aparatului va fi gradata in valori eficace corespunzatoare unui curent alternativ sinusoidal. Adica in dreptul diviziunii proportionala cu valoarea medie se va inscriptiona o valoare egala cu valoarea medie inmultita cu 1,11, unde 1,11 este coeficientul de forma al curentului alternativ sinusoidal.

2.3.1. Masurarea de curenti si tensiuni alternative nesinusoidale

Valoarea medie se determina prin impartirea valorii citite la 1,11:

Valoarea eficace se determina inmultind valoarea medie cu coeficientul de forma, propriu formei de unda curentului sau tensiunii date.

unde coeficientul de forma se determina in general prin calcul:

Valoarea de varf se masoara prin atasarea unei sonde - 'detector de varf' voltmetrului sau ampermetrului de curent continuu. Principiul detectorului de varf este ilustrat in figura 1.9. Figura 1.9,a, reprezinta o sonda de radiofrecventa. Are loc o redresare monoalternanta cu dioda D care incarca capacitorul C la valoarea de varf a semnalului de radiofrecventa. Voltmetrul va indica valoarea de varf a semnalului. La detectorul din figura 1.7,b, redresarea are loc cu dublarea tensiunii, mai corect spus voltmetrul va indica valoarea varf la varf Uvv. (In semialternanta negativa a tensiunii de intrare dioda D1 conduce si condensatorul C1 se incarca la valoarea Uvarf. In semialternanta pozitiva conduce D2 si condensatorul C2 se va avea la borne tensiunea Uv de pe condensatorul C1 plus tensiunea sursei: UC2 = UC1 + Uv sin ωt; C2 - incarcandu-se la valoarea Uv-v ).

Trebuie indeplinite conditiile:

RdC(1,2) << T = 2π/ω - constanta de incarcare sa fie mai mica decat perioada semnalului de masurat;

RvC(1,2) >> T = 2π/ω - constanta de incarcare sa fie mai mare decat perioada semnalului de masurat.

Intervalul uzual de masurare este 50 mV 30 V, in gama de frecvente de 100 MHz - cu erori de 1 2%. In intervalul 100MHz 1 GHz, erorile sunt de 5

Voltmetrul de c.a. - provine din aparatul magnetoelectric cu redresor.

Se realizeaza in doua variante:

- cu rezistente aditionale, analog cu voltmetrul de c.c.;

- cu transformatoare de masura de tensiune cu prize multiple.

Aceasta modalitate este ilustrata in fig.1.10

Fig.1.10. Voltmetru de curent alternativ cu transformator si redresor

Ampermetrul de curent alternativ - provine de asemenea din aparatul magnetoelectric cu redresor si prezinta doua variante constructive:

cu sunt multiplu - miliampermetrul sau ampermetrul magnetoelectric de curent continuu.;

- cu transformatoare de masura de curent - varianta ilustrata in figura1.11.

OBSERVATII

1- Variantele cu transformatoare de masura pentru ampermetre si voltmetre de curent alternativ, sunt preferate in cazul multimetrului deoarece confera o constructie mai compacta si mai economica.

2- In cazul in care se masoara tensiuni mai mari de 250 V si curenti mai mari de 5 A se utilizeaza transformatoare de masura exterioare care au in secundar valori nominale: pentru tensiuni 100 V si cele de curent 5 A. Ca regula importanta mai intai se cupleaza aparatul de masura in secundarul transformatorului, dupa care primarul acestuia se leaga in circuit. In acest fel se evita deteriorarea transformatorului de masura.

2.3. Scheme de ohmmetre

Ohmmetrul cu schema serie - se foloseste pentru masurarea rezistentelor de ordinul 10 106 Ω. Schema sa electrica este prezentata in fig.1.12. Se remarca: E - o sursa de curent continuu, o baterie de 9 V; mA - miliampermetru de baza; R0 - rezistenta de calibrare a 'zeroului' ; Rj - (j = 1,n), rezistente de extindere a domeniului de masurare; Ri - rezistenta interna a miliampermetrului.

Daca se inchide unul din comutatoarele kj curentul prin miliampermetru ia valoarea:

Deviatia miliampermetrului este proportionala cu curentul - relatia (1.4):



α = SiI - prin urmare functia de transfer a aparatului devine:

Aparatul va fi gradat in valori de rezistenta si se va numi ohmmetru serie. De remarcat ca: - pentru Rx →∞ → I = 0 si α = 0;

- pentru Rx = 0 → I = E/(R0 + Ri) = Ii. (1.32)

Conditia (1.32) se obtine suntand rezistenta Rx (prin comutatorul k).

Calibrarea: se regleaza R02 pana cand acul va ajunge la capat de scara adica I devine Ii.

OBSERVATIE: Calibrarea se executa de obicei inaintea fiecarei masurari si are rolul compensarii tensiunii de la bornele sursei E care scade in timp.

Extinderea domeniului de masura se face prin intermediul rezistentelor Rj - care se dimensioneaza din conditia ca la mijlocul scarii gradate pe domeniul de masurare 'x 10j' - valoarea masurata sa fie egala cu o valoare impusa Rmj. (Pentru multimetrul MF 35 aceasta valoare este: Rmj = 24,4 . 10j Ω, j = 1, 2, ,5). Coreland aceasta conditie cu relatiile (1.31) si (1.32) se determina functia de transfer raportata a ohmmetrului serie [1]:

Cu relatia (1.32) se gradeaza scara aparatului fig.1.12,b. Asa cum se vede scara este neliniara si inversa.

Ohmmetrul cu schema paralel - se foloseste pentru masurarea rezistentelor mici. Functia de ohmmetru paralel se selecteaza pe pozitia 'D ohm' a comutatorului de functii. Schema electrica este prezentata in figura 1.13.

Text Box: ∞Fig. 1.13. Schema ohmetrului paralel

Curentul prin miliampermetru este:

   


si deviatia miliampermetrului:

Relatia (1.34) reprezinta functia de transfer a ohmmetrului paralel. Se remarca faptul ca scara este directa si neliniara.

Pentru:     Rx = 0 → α = 0

Rx = ∞ → α = SI E [1/(Ri + R0)]

Calibrarea: - se face la 'infinit' prin rezistenta de calibrare R0.

3. Erorile instrumentale

Eroarea instrumentala pentru voltmetru si ampermetru se sintetizeaza prin clasa de precizie care se defineste:

- Clasa de precizie =*100 [%]

(1.35)

- Eroarea maxima admisibila este constanta pentru un interval de masurare dat.

(ΔX)max = c ◦ X c s / 100

Exemplu: cu un voltmetru pe scala de 100 V, avand clasa de precizie c = 0,5 % se masoara tensiunea U1 + 10 V, U2 = 50 V, U3 = 100 V. Eroarea maxima admisibila este (ΔU)max = 0,5 V.

Erorile maxime admisibile relative la masurarea celor trei tensiuni sunt

erk = 100, (k = 1, 2, 3). Rezulta: ε1 = [0,5/10]100 = 5 %,

Se remarca faptul ca erorile relative maxime sunt mari la inceputul scarii gradate si iau valorile: 2c la mijlocul scarii gradate si 1c la capatul scarii gradate.

Rezulta: masurarile se vor executa astfel incat acul indicator sa devieze in a doua jumatate a scarii gradate.

Eroarea instrumentala pentru ohmmetrul serie este dat de relatia:

unde c este clasa de precizie a miliampermetrului.

Valoarea minima a erorii εRx are loc pentru α/αmax = 1/2, adica la mijlocul scarii gradate. La marginile scarii gradate eroarea creste foarte mult, cu limita tinzand catre infinit.

Deci: cu ohmmetrul serie se va masura alegand convenabil domeniul de masurare incat acul indicator sa devieze in zona centrala a scarii gradate.

OBSERVATIE: Expresia (1.36) se obtine prelucrand relatia (1.32) prin diferentierea acesteia.

4. Masurari specifice

4.1. Masurarea rezistentelor prin metoda voltampermetrica.

Exista doua montaje uzuale: montajul amonte si montajul aval - rezumate in fig.1.14,a si 1.14,b.

S-au facut notatiile: E - sursa de c.c, 0 15 V; R - rezistenta de masurat; A - ampermetru magnetoelectric cu rezistenta interna RA, clasa de precizie cA, limita maxima a intervalului de masurare In; V - voltmetru magnetoelectric cu rezistenta interna RV, clasa de precizie cV, limita maxima a intervalului de masurare Un; (se vor folosi doua multimetre MF 35).

Curentul masurat se noteaza cu I, tensiunea masurata se noteaza cu U.

Expresiile rezistentelor in functie de valorile citite U, I, sunt:



loading...






Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1303
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