model proiect.doc

8/15/2019 model proiect.doc

1/38

Colegiul Tehnic INFOEL Bistriţa

PROIECT DE SPECIALITATE

pentru exaenul !e certi"icare a copetenţelor pro"esionale pentru o#ţinerea certi"icatului !ecali"icare pro"esional$ ni%el &

Cali"icarea pro"esional$' Tehnician (n autoati)$ri

Îndrumător proiect: Candidat:ing. Muţ Mariana

2015


2/38

TE*A PROIECT+L+I

INSTRUMENTE DE MĂSURĂANALOGICE

2


3/38

C+PRINS

3


4/38

Pagina

ARGUMENT 5

1. CONCEPTUL DE MĂSURARE 6

1.1. Măsurarea 6 1.2. Mării ăsura!i"e 6

2. MI#LOACE ELECTRICE DE MĂSURARE $

2.1. De%inirea i&"'a(e"'r e"e()ri(e *e ăsurare $

2.2. S(+ee %un(,i'na"e a"e i&"'a(e"'r e"e()ri(e *e ăsurare -

2.. Cara()eris)i(i"e e)r'"'gi(e a"e i&"'a(e"'r e"e()ri(e *eăsurare.

/

. INSTRUMENTE ELECTRICE DE MĂSURAT ANALOGICE 11

.1. E"een)e ('0'nen)e a"e ins)ruen)e"'r e"e()ri(e *eăsura)

11

.2. E(ua,ia *e i(are a unui ins)ruen) ana"'gi( 1

.. A0ara)e agne)'e"e()ri(e 1

..1. Ins)ruen)u" agne)'e"e()ri( 1

..2. Ti0uri *e a0ara)e agne)'e"e()ri(e 1$ ... A0ara)e agne)'e"e()ri(e (u re*res'r. 1/

.. A0ara)e %er'agne)i(e. 21

..1. Ins)ruen)u" %er'agne)i(. 21

..2. A0ere)re %er'agne)i(e. 2

... 3'")e)re %er'agne)i(e 2

.5. A0ara)e e"e()r'*inai(e 25 .5.1. Ins)ruen)u" e"e()r'*inai( 25

.5.2. A0ere)re e"e()r'*inai(e 2-

.5.. 3'")e)re e"e()r'*inai(e 2/

.6. A0ara)e %er'*inai(e 2/

4


5/38

.6.1. Ins)ruen)u" %er'*inai( 2/

.$. Ins)ruen)e *e in*u(,ie 1

.$.1. C'ns)ru(,ie i %un(,i'nare 1

. ESTIMAREA ERORILOR DE MĂSURARE 4N MĂSURĂRILEELECTRICE DIRECTE

.1. De%inirea er'rii *e ăsurare. Surse *e er'ri

.2. Es)iarea er'ri"'r "a ăsurarea (u a0ara)e ana"'gi(e

5. NORME DE TENICA SECURITAII MUNCII 7I PSI 5

6. 8I8LIOGRA9IE $

$. ANE:E -

Ane;a 1 < Prin(i0ii"e *e %un(,i'nare i (ara()eris)i(i"e*is0'=i)i>e"'r *e ăsura) ana"'gi(e

/

Ane;a 2 < Mar(area a0ara)e"'r *e ăsura) ana"'gi( ?

Ane;a < E"een)e"e ('ns)ru()i>e a"e a0ara)e"'r ana"'gi(e 1

5


6/38

AR,+*ENT

*etrologia este definită ca domeniul de cunoştinţe referitoare la măsurări,cuprinznd toate aspectele, att teoretice ct şi practice, ale măsurărilor, oricare ar fini!elul lor de precizie, mărimea măsurată, modalitatea şi scopul efectuării, domeniulştiinţei sau te"nicii #n care inter!in.

$%iectul metrologiei include mărimi şi unităţi de măsură, etaloane, metode şimi&loace de măsurare, erori şi incertitudini de măsurare, influenţa condiţiilor demăsurare, caracteristici ale mi&loacelor de măsurare, relaţia om'aparat, etalonări,norme şi prescripţii pri!ind asigurarea metrologică.

(cti!itatea de metrologie este gu!ernată de reglementări şi legi care pre!ăd:mi&loacele de măsurare legale, sistemul naţional de etalonare, fa%ricarea şi importulmi&loacelor de măsurare, transmiterea unităţilor de măsură, autorizareala%oratoarelor şi a personalului din metrologie.

)a ora actuală, noţiunile de metrologie au de!enit indispensa%ile unui număr totmai mare de persoane care #şi desfăşoară acti!itatea #n cele mai !ariate domenii*ma&oritatea domeniilor de acti!itate necesită determinări pe %ază de măsurăriefectuate cu a&utorul mi&loacelor de măsurare*

Calitatea produselor şi ser!iciilor se poate asigura numai prin măsurări corecte,efectuate cu precizie optimă şi #n condiţii de legalitate, ceea ce presupune:

' &usta folosire a mi&loacelor de măsurare şi supra!eg"erea lor permanentă*' transmiterea corectă a unităţilor de măsură, de la mi&loacele'etalon la cele de

lucru* (cti!itatea umană din orice domeniu de acti!itate presupune măsurarea a

numeroase mărimi fizice. În domeniul energetic şi electrote"nic automatizarea şicontrolul proceselor, !erificarea calităţii produselor, #ntreţinerea maşinilor şiaparatelor electrice, presupun măsurarea a numeroase mărimi electrice, magneticeşi neelectrice măsurare care se face pe cale electrică.

+entru percepţie cu organele sale de simţ !ăz, auz- a mărimilor ce

caracterizează fenomenele electrice, omul a imaginat şi construit instrumente demăsurat mai simple sau mai sofisticate %azate pe di!erse principii de funcţionare #nfuncţie de fenomenele fizice utilizate şi de mărimea măsurată.

nstrumentele de măsurat analogice con!ertesc mărimea electrică / #ntr'odeplasare liniară sau mai ales ung"iulară a unui inde/ pe o scară gradată, astfel caoperatorul să poată aprecia amplitudinea mărimii electrice măsurate #n unităţiadec!ate. le au #n componentă un dispoziti! mo%il asupra căreia mărimea electricăe/ercită un cuplu de forţe dependent de amplitudinea acesteia. +entru a sta%ili ocorespondenţă #ntre mărimea electrică / şi ung"iul de de!iaţie α , instrumentele auşi un dispoziti! care generează un cuplu rezistent de natură mecanică sau electrică.

(stfel cele două cupluri se ec"ili%rează la o anumită !aloare a ung"iului α dependentă de mărimea electrică de măsurat /.

Cuplul de forţe dat de mărimea de măsurat numit cuplu acti!, este produs #ndiferite moduri #n funcţie de fenomenul fizic utilizat.

)ucrarea prezintă cte!a aspecte pri!ind construcţia şi funcţionareaprincipalelor tipuri de instrumente analogice de măsurat: magnetoelectrice,feromagnetice, electrodinamice, ferodinamice şi de inducţie.

6


7/38

-. CONCEPT+L DE */S+RARE

1. 1. MĂSURAREA

Măsurarea poate fi definită ca un proces succesiune de operaţii- prin care se

o%ţin informaţii cantitati!e despre o mărime fizică (cest proces de măsurare poate fidefinit pe %aza mai multor modele dintre care se descriu două mai importante.a0 *o!elul ateatic al $sur$rii.

Conform acestui model procesul de măsurare este un proces fizice/perimental de comparaţie a mărimii de măsurat cu o altă mărime de aceeaşi naturăcu ea, considerată unitate de măsură, rezultatul comparaţiei fiind un număr real:

X n U m

= ⋅unde: X ' mărimea de măsurat*

n ' !aloarea numerică a mărimii de măsurat, care arată numărul de unităţi demăsură U m cuprinse #n mărimea de măsurat.

Măsurarea este descrisă de funcţia: Y X f →:Măsurarea este deci atri%uirea de numere mărimilor astfel #nct să poată fi

descrise relaţiile cantitati!e dintre ele. (ceste numere se numesc !alori ale mărimiimăsurate.

Mi&locul te"nic necesar efectuării acestei atri%uiri #l constituie mi&locul demăsurare.

1.2. MĂRIMI MĂSURA8ILE

1.2.1. Mării"e i (ara()eri=area "'r

*$riea reprezintă o proprietate comună a unei clase de o%iecte, fenomene,procese, care poate fi deose%ită calitati! şi determinată calitati!.

Considernd fig. 1.1- că M este mulţimea mărimilor e/istente #n natură putem

e!idenţia su%mulţimea M1 corespunzătoare $riilor !e"ini#ile o%ser!a%ile-mărimi pentru care se poate o%ţine o informaţie care să permită discriminarea lor calitati!ă.

u%mulţimea M1 include su%mulţimea M2 corespunzătoare $riilor $sura#ile ' mărimi defini%ile pentru care este posi%ilă atri%uirea unui număr fiecărui element aprecierea cantitati!ă- şi pentru care s'a ela%orat metoda demăsurare şi mi&locul de măsurare prin care este posi%ilă această atri%uire.

9ig.1.1. Mării *e%ini!i"e i ăsura!i"e.

eci, condiţiile ca o mărime să fie măsura%ile sunt:• posi%ilitatea de a fi definită o%ser!a%ilitatea-,• posi%ilitatea construirii unei scale de măsurare totalitatea numerelor reale ce pot

fi atri%uite- adică definirea unor unităţi de măsură,• posi%ilitatea conceperii mi&locului de măsurare pe %aza unei metode de măsurare.

7


8/38

1. *I2LOACE ELECTRICE DE */S+RARE

2.1. DE9INIREA MI#LOACELOR ELECTRICE DE MĂSURARE

Mi&loacele electrice de măsurare MM- reprezintă ansam%lul mi&loacelorte"nice care materializează şi conser!ă unităţile de măsură şi furnizează informaţii

de măsurare. Componentele principale sunt:• $sura 3 mi&locul de măsurare ce materializează una sau mai multe !alori aleunei mărimi fizice, de e/emplu rezistoare electrice, condensatoare electrice, etc.

• instruentul !e $surare ' cea mai simplă asociere de dispoziti!e şi elementecare poate furniza informaţii de măsurare, mărimea măsurată fiind raportată la oscară de repere, de e/emplu: şu%ler, %alanţă, instrumentul magnetoelectric,instrumentul electrodinamic, etc.

• aparatul !e $surare ' mi&locul de măsurare constituit pe %aza unei sc"eme ceconţine mai multe con!ertoare electrice de măsurare, de e/emplu: ampermetru,!oltmetru, etc.

3eprezentarea generală a unui aparat de măsurare este prezentată #n 4ig.2.1.

9ig. 2.1. A0ara)u" *e ăsurare < re0re=en)area genera"ă

e disting:♦ aparate de măsurare analogice,♦

aparate de măsurare numerice digitale-,♦ punţi şi compensatoare

(paratele de măsurare analogice cu spot sau ac indicator- sunt aparate lacare legea de corespondenţă #ntre mărimea de măsurat X, aplicată la intrare şirezultatul măsurării Y, o%ţinut la ieşire, este o funcţie continuă fig. 2.2-.

9ig. 2.2. De0en*en,a @ %B: "a un a0ara) ana"'gi(.

(paratele de măsurare digitale sunt aparate la care rezultatul măsurării esteprezentat direct su% formă numerică, ca urmare a eşantionării, cuantificării şicodificării.

8


9/38

9ig. 2.. De0en*en,a @%B: "a un a0ara) *igi)a".

• instalaţia !e $surare ' ansam%lul de aparate de măsurare, mărimi şidispoziti!e ane/ă, reunite printr'o sc"emă sau metodă comună şi care ser!escpentru măsurarea unuia sau mai multor mărimi, de e/emplu: compensatorul decurent continuu, #nregistratorul electronic, puntea tensometrică etc.

• Sisteul !e $surare este definit ca ansam%lul de senzori şi traductoare, reţeleinformatice sau de transmisie a semnalelor, sisteme de ac"iziţii de date, aparatede măsurare conectate la o magistrală de comunicaţii etc., acest ansam%lu fiindcondus de un calculator microcontroler, microprocesor, +C etc.- pe %aza unuiprogram ela%orat de utilizator pentru efectuarea automată a măsurărilor #n!ederea gestionării şi controlului unui proces industrial. eoarece #n ultimii ani setinde spre utilizarea unor unităţi independente de măsurare şi acţionare, dotatecu inteligenţă proprie, conectate la magistrale informatice ce le su%ordoneazăunui sistem informatic central, ierar"izat, a apărut şi noţiunea de siste!istri#uit !e $surare cu inteligenţă distri%uită-.

2.2. SCEME 9UNCIONALE ALE MI#LOACELOR ELECTRICE DEMĂSURARE

Mi&locul electric de măsurare sta%ileşte o dependenţă #ntre mărimea demăsurat şi o alta ce poate fi percepută #n mod nemi&locit de organele de simţ umane,astfel #nct permite determinarea !alorii mărimii respecti!e pe %aza unei scări demăsurare.

Mi&locul electric de măsurare constituie un lanţ de măsurare şi de aceea poatefi reprezentat printr'o sc"emă funcţională ale cărei elemente le !om numi, #n general,con!ertoare de măsurare şi care pot fi de trei tipuri: con!ertoare de intrare,con!ertoare de prelucrare, con!ertoare de ieşire.• Con%ertoarele !e intrare senzori ş traductoare- transformă mărimea de

măsurat #ntr'un semnal electric: curent, tensiune, număr de impulsuri, etc.• Con%ertoarele !e prelucrare amplificatoare, circuite de mediere, circuite de

comparare, etc.- transformă semnalul electric astfel #nct să poată acţionacon!ertorul de ieşire.

• Con%ertoarele !e ie4ire permit citirea sau #nregistrarea !alorii măsurate.c"ema funcţională a unui aparat analogic pentru măsurarea unei mărimi

acti!e este prezentă #n fig. 2..a-.

9


10/38

a

!

9ig. 2.. S(+ea %un(,i'na"ă a unui a0ara) ana"'gi(.

a- pentru mărimi acti!e, %- pentru mărimi pasi!e

În cazul mărimilor pasi!e acestea nu pot furniza energia formării semnaluluimetrologic şi se face apel la o mărime e/terioară fenomenului ' mărime de acti!are 6ce poate furniza energia necesară măsurării şi care este modulată de către mărimeade măsurat fig. 2.. %-

2.. CARACTERISTICILE METROLOGICE ALE MI#LOACELORELECTRICE DE MĂSURARE.

unt caracteristici referitoare la comportarea aparatelor de măsurare #n raportcu mărimea măsurată, cu mediul am%iant şi cu %eneficiarul măsurării.

+rincipalele caracteristici metrologice ale unui mi&loc de măsurare sunt:

a0 Inter%alul !e $surare ' reprezintă inter!alul de !alori ale mărimii de măsurat pe #ntinderea căruia un mi&loc de măsurare poate furniza informaţii de măsurare cu erorilimită presta%ilite. nter!alul de măsurare este cuprins #ntre o limită inferioară 7min şi olimită superioară 7ma/. +entru mărirea e/actităţii de măsurare mi&loacele electrice demăsurare se realizează cu inter!alul de măsurare #mpărţit #n mai multe game.

#0 Sensi#ilitatea a%solută este raportul dintre !ariaţia mărimii de ieşire şi !ariaţiacorespunzătoare a mărimii de intrare:

dx

dyS =

e mai utilizează şi noţiunea de sensi#ilitate relati%$ care sedefineşte cu e/presia:

e mai utilizează, cu precădere la aparatele analogice noţiunea de 5prag !esensi#ilitate6 definit ca cea mai mică !aloare a mărimii de intrare care determină o

10

x

dx

y

dy

S r =


11/38

!ariaţie distinct sesiza%ilă a mărimii de ieşire de e/emplu 182 sau 189 dintr'odi!iziune-.c0 Re)oluţia este cea mai mică !ariaţie a mărimii de măsurat care poate fi apreciatăpe dispoziti!ul de afişare al aparatului. ermenul de rezoluţie este utilizat, cuprecădere, pentru mi&loacele de măsurare la care mărimea de ieşire are o !ariaţiediscontinuă. e e/emplu, la aparatele digitale, rezoluţia este egală cu o unitate aultimului rang zecimal un digit-.!0 Puterea consuat$ este puterea a%sor%ită de aparat de la fenomenul supusmăsurării #n cazul mărimilor acti!e sau de la mărimea de acti!are, #n cazul mărimilor pasi!e. (paratele analogice, #n funcţie de tipul lor, pot consuma o putere pnă lacţi!a ;aţi, #n timp ce aparatele electronice au consumuri mult mai mici.e0 Capacitatea !e supra(nc$rcare reprezintă proprietatea aparatului de a suporta,fără deteriorări, mărimi de măsurat care depăşesc limitele inter!alului de măsurare.

e e/emplu, un ampermetru cu clasa de e/actitate c < 1 tre%uie să suportetimp de 2 ore o mărime X


12/38

8. INSTR+*ENTE ELECTRICE DE */S+RAT ANALO,ICE

.1. ELEMENTE COMPONENTE ALE INSTRUMENTELOR ELECTRICE DE

MĂSURAT.=n instrument electric de măsurat este un mecanism electromecanic compusdin elemente componente specifice care generează cuplul acti! asupra părţii mo%ileşi elemente cu funcţii au/iliare, comune mai multor tipuri de instrumente.

eoarece elementele componente care generează cuplul acti! !or fi descrisela fiecare tip de instrument #n parte, !or fi prezentate mai #nti elementelecomponente comune din care fac parte mecanismul de suspensie, mecanismul deproducere a cuplului antagonist, mecanismul de amortizare de citire a mărimiimăsurate.

a Me(anisu" *e sus0ensie

3olul său la un instrument electric de măsurat este acela de a asiguramişcarea cu frecări minime a părţii mo%ile a instrumentului.

e cunosc două tipuri de astfel de mecanisme: cu pi!oţi de oţel şi lagăre depietre semipreţioase safire, ru%ine sintetice- şi cu %enzi sau fire tensionate.

4ig. 9.1. isteme de suspensie.

a- cu pi!ot şi crapidină, %- cu %andă tensionată

În cazul suspensiei cu pi!oţi de oţel dur şi lagăre din materiale semipreţioasedure: safir sau ru%in sintetice, suprafeţele de spri&in sunt foarte %ine şlefuite pentrumicşorarea frecărilor iar &ocurile #ntre pi!ot şi lagăr foarte %ine dimensionate, pentru apermite dilatarea. +entru amortizarea şocurilor mecanice, unul din lagăre estepre!ăzut cu resort a/ial.

În cazul suspensiei pe %enzi sau fire tensionate utilizată #n cazulinstrumentelor foarte sensi%ile, frecarea este negli&a%ilă. +entru a micşoraamplitudinile !i%raţiilor este pre!ăzut un g"ida& mecanic #n &urul firului de suspensie.

(ceste fire sau %enzi se fac din %ronz fosforos, sau %ronz cu %eriliu, materialecu mare elasticitate şi %ună conducti!itate electrică deoarece acestea au rolul şi decăi de curent pentru alimentarea %o%inei mo%ile la unele instrumente.

>enzile sunt tensionate de lame elastice care au rol şi de amortizare aşocurilor.

12


13/38

(ceste suspensii cu %enzi sau fire tensionate au a!anta&ul eliminării frecărilor,scăderii consumului instrumentului, creşterea sensi%ilităţii dar prezintă deza!anta&ulunei mai mari fragilităţi la şocuri sau !i%raţii.

! Me(anisu" *e 0r'*u(ere a (u0"u"ui an)ag'nis).

)a instrumentele cu %enzi sau fire tensionate, acestea au şi rolul de a producecuplul antagonist. )a cele cu pi!oţi şi lagăre, cuplul ce seopune rotaţiei #l produc resoartele spirale plasate de oparte sau de am%ele părţi ale organului mo%il. le suntrealizate din materiale similare ca şi %enzile tensionate,sunt montate #n sens opus pentru o poziţionare maiprecisă la zero a organului mo%il, iar unul din ele arecapătul solidar cu corectorul de zero din care poate fitensionat mai mult sau mai puţin pentru poziţionarea lareperul zero a inde/ului instrumentului.

( Me(anisu" *e a'r)i=are a 's(i"a,ii"'r.

atorită inerţiei, dispoziti!ul mo%il are tendinţa de a oscila fie la sta%ilirea uneide!iaţii, fie la re!enirea la zero, datorită amortizării foarte mici realizate prin frecarecu aerul. e aceea se pre!ăd mecanisme de amortizare a oscilaţiilor pentruo%ţinerea unui timp de răspuns ct mai scurt.

Cele mai frec!ente sunt mecanismele de amortizare pneumatice,electromagnetice şi mai rar "idraulice.

a) Mecanismul pneumatic se compune dintr'o paletă uşoară, fi/ată pe a/, care semişcă #ntr'o cameră #nc"isă ca un piston. b) Dispozitivul de amortizare electromagnetic se %azează pe forţa rezistentă, careapare #ntre curenţii induşi #n piese conductoare, care se mişcă #n cmpul unor magneţi permanenţi.

4ig. 9.2. ispoziti!e de amortizare a oscilaţiilor.

a- pneumatic, %- şi c- electromagnetice

* Me(anisu" *e in*i(are a *e>ia,iei

+oate fi de două feluri: cu ac indicator şi scară gradată sau cu sistem optic:sursă de lumină şi inde/ luminos, proiectat pe un cadran gradat. În am%ele cazuri,scara gradată, ca şi cadranul, au trasate repere principale marcate cu cifre şidi!iziuni intermediare.

13


14/38

)a mecanismele cu ac indicator, cadranul are decupată o fereastră circularăprin care se !ede o oglindă necesară eliminării erorii de parala/ă la instrumentelede precizie-.

Mecanismul de indicare cu spot luminos, deşi mai complicat, are a!anta&eimportante: uşurează organul mo%il, reduce momentul de inerţie, micşorează timpulde răspuns, măreşte factorul de calitate, măreşte sensi%ilitatea, permite utilizareasuspensiei pe %enzi, scade consumul propriu, elimină eroarea de parala/ă.

le necesită şi sursă de energie pentru sursa de lumină, de aceea sunt e!itatela aparatele porta%ile.

e Me(anise *e e(+i"i!rare.

le permit ec"ili%rarea organului mo%il, astfel ca indicaţia să nu fie afectată depoziţia de aşezare a instrumentului.

ste format din 2'9 contragreutăţi, aşezate la ?00, @00, 1200, care se potdeplasa şi apoi fi/a pe ti&e prinse de a/.

lementele constructi!e ale principalelor tipuri de instrumente analogice suntprezentate #n Anexa -.

.2. ECUAIA DE MI7CARE A UNUI INSTRUMENT ANALOGIC

a Cu0"u" a()i>

Cuplul acti! apare ca urmare a fenomenelor de interacţiune a cmpurilor electromagnetice şi el determină mişcarea organului mo%il.

Ca urmare a deplasării organului mo%il, instrumentul a%soar%e energia de lacircuitul de măsurat pe care o utilizează, la efectuarea lucrului mecanic de deplasareung"iulară, care se #nmagazinează su% formă de energie potenţială #n resoartee/ceptnd energia consumată prin frecare- şi la creşterea energiei cmpului

electromagnetic, datorită sc"im%ării poziţiei #n cmp a dispoziti!ului mo%il.4uncţia depinde de !aria%ila x , liniar sauneliniar după principiul de funcţionare alinstrumentului, cea mai con!ena%ilă fiind dependenţa liniară.

! Cu0"u" re=is)en)

Cuplul rezistent, la aparatele pre!ăzute cu resort sau %enzi tensionate este denatură mecanică şi el are e/presia:

unde: ' cuplul rezistent specific #n Am8rad.

.. APARATE MAGNETOELECTRICE

..1. Ins)ruen)u" agne)'e"e()ri(

A. Ins)ruen)u" agne)'e"e()ri( (u !'!ină '!i"ă

14

),( α x f Ma a=

α ⋅−= D Mr


15/38

a0 Construcţia 4i principiul !e "uncţionareMecanismul care generează cuplul acti! la instrumentul magnetoelectric este

format dintr'un magnet permanent şi o %o%ină. Cuplul acti! ia naştere ca urmare ainteracţiunii dintre cmpul magnetului permanent şi conductoarele parcurse decurent continuu ale %o%inei. upă felul cum sunt dispuse, se disting instrumentemagnetoelectrice cu magnet permanent fi/ şi %o%ină mo%ilă, şi instrumente cu %o%ină

fi/ă şi magnet mo%il.)a rndul lor, cele cu magnet permanent fi/ şi %o%ină mo%ilă pot a!eamagnetul e/terior %o%inei fig. 9.9.a- sau interior acesteia fig. 9.9.%-.

4ig 9.9. nstrumentemagnetoelectrice

in punct de !edere constructi! circuitul magnetic este format din magnetulpermanent 1- &ugul magnetic 2-, piesele polare 9- şi miezul cilindric -.

>o%ina mo%ilă 5- este plasată #n #ntrefier foarte %ine centrată cu a&utorulsistemului de suspensie.

a este formată dintr'un cadru izolant sau din aluminiu pe care sunt %o%inatemai multe spire cu conductor izolat foarte su%ţire 0,01 B 0,1 mm-.

Curentul este adus la %o%ină prin resoartele spirale ?-, care generează prin

răsucire cuplul rezistent.+e sistemul mo%il este fi/at şi acul indicator - ec"ili%rat de contragreutăţi D-.+entru instrumentele foarte sensi%ile A µ , gal!anometre- se utilizează

suspensie pe %enzi şi #n locul acului indicator, o oglindă mică solidară cu %o%ina,pentru citirea optică a de!iaţiei.

Magnetul permanent realizat din alia& magnetic dur (lnico, Magnico etc- sauferite dure, generează #n #ntrefier un cmp magnetic uniform cu inducţii de 0,2 ÷ 0,5.

4ig. 9.. 4orme constructi!e de circuite magnetice.

În general forma pieselor polare şi a miezului cilindric realizează un cmpradial uniform distri%uit cu inducţia constantă #n orice poziţie s'ar afla %o%ina.

Mecanismul de amortizare la instrumentul magnetoelectric este construit dincadrul de (l al %o%inei, de formă dreptung"iulară, care funcţionează ca o spiră #n

15


16/38

scurtcircuit, #n care se induc, prin mişcarea #n cmpul magnetic permanent, curenţicare se opun mişcării şi o amortizează.

#0 Ecuaţia !e "uncţionare

4ig.9.5. nstrumentul magnetoelectric cu cmp radial

uniform.)a trecerea unui curent continuu prin %o%ină, ca urmare a interacţiunii

curentului cu cmpul magnetic al magnetului permanent, asupra %o%inei acţioneazăforţele 4 care dau naştere cuplului acti! Ma ce roteşte %o%ina.

MaAl % < >A( unde: (o%ina se roteşte pnă cnd cuplul rezistent M r


17/38

pe %orne pentru a o%ţine de!iaţie #n sensul normal al acalei. 3eperele suntec"idistante dacă indicaţia > este constantă peste tot #n #ntrefier, sau după o anumităfuncţie impusă, după aceeaşi funcţie !or fi distri%uite şi reperele scalei.

B. Instruentul agnetoelectric cu agnet o#il.

ste mult mai simplu, mai ro%ust şi nu are părţi mo%ile parcurse de curent.

4ig.9.?. nstrumentul magnetoelectric cu magnetmo%il

>o%ina 1- este fi/ă, di!izată #n două, iar magnetul 2- este fi/at pe a/ şi esterealizat de o%icei din oţel călit sau alia& magnetic dur. +entru amortizarea oscilaţiilor el este #nc"is #ntr'un cilindru din folie din cupru sau aluminiu - #n care se induc prinmişcare curenţi tur%ionari ce amortizează oscilaţiile. Cuplul acti! ia naştere prininteracţiunea cmpului magnetic dat de %o%ină cu cmpul magnetului, pe care tindesă'l orienteze după a/a %o%inei. +rincipalul a!anta& al acestui tip de instrument estero%usteţea sa, dată de organul mo%il simplu rezistent şi de %o%ina fi/ă ce poate fisupradimensionată. )a curenţi mari %o%ina se poate reduce la un simplu conductor.

(paratele au #nsă sensi%ilitatea scăzută, datorită circuitului magnetic fără fier,poate fi influenţat de cmpuri magnetice e/terioare, de aceea tre%uie ecranat

magnetic.e utilizează totuşi pe auto!e"icule şi a!ioane, fiind rezistent la şocuri şi!i%raţii, la clase de precizie: C < 1,5 ÷ 2.5.

..2. Ti0uri *e a0ara)e agne)'e"e()ri(e

a0 ,al%anoetru !e curent continuu Ial!anometru este instrumentul de curent continuu cel mai sensi%il, care

poate măsura sau detecta curenţi de !alori foarte reduse 10 '? ÷ 10'@ (. l estedestinat punţilor şi compensatoarelor de curent continuu ca detector de curent zero.

e aceea, din punct de !edere constructi!, el are unele particularităţi. (stfel,pentru a urmări cuplul acti!, numărul de spire al %o%inei este mare, cu fir foartesu%ţire 0,01 ÷ 0,02 mm- lăţimea %o%inei este mărită. nducţia #n #ntrefier este maimare prin concentrarea cmpului magnetic radial pe un sector mai #ngust 15 ÷ 50-deoarece el este pre!ăzut cu sistem optic de citire, care du%lează ung"iul dede!iaţie.

Cuplul rezistent este foarte redus, dat fie de două %enzi tensionate, fie de unfir de tensiune la gal!anometrele staţionare foarte sensi%ile.

17


18/38

>o%ina %- nu are cadru ci se realizează prin rigidizarea spirelor cu răşinispeciale pentru a fi ct mai uşoare.

+entru a mări sensi%ilitatea, raza reflectată de oglinda o- montată pe %o%inamo%ilă este lungită artificial prin refle/ii #n 2÷9 oglinzi o1,o2- aşezate #n drumul sprescara gradată g-.

(ceasta poate fi realizată din geam

mat #n cazul citirii prin transmisie sau cu unecran al% semicircular la citirea prinrefle/ie.

4ig. 9.. Ial!anometrul de curent continuu.

Jalorile uzuale pentru constanta de curent la gal!anometrele porta%ile esteC A div1

7 910 10= +− − / de aceea #n cazul unei scale cu l00 di!iziuni, rezultă un curentma/im admisi%il:

+entru utilizarea gal!anometrului laec"ili%rarea punţilor e ne!oie la #nceput de o sensi%ilitate mai redusă, care esterealizată cu a&utorul unui reductor de sensi%ilitate.

4ig. 9.D. 3eductor de sensi%ilitate pentrugal!anometre.

#0 Aperetre agnetoelectrice+entru realizarea ampermetrelor instrumentul magnetoelectric se conectează

la %ornele unui şunt fig. 9.12-. in această sc"emă rezultă !aloarea şuntului pentruun anumit instrument cu rezistenţa 30 şi curentul nominal 0.

1−=

n

R R o s unde:

o I

I n =

4ig. 9.@. c"ema ampermetrelor magnetoelectrice

(ceastă sc"emă simplă are două deza!anta&e importante:' rezistenţa mică a şuntului face ca instrumentul să ai%ă un regim dinamic

aperiodic puternic supraamortizat*' !ariaţia rezistenţei %o%inei de cupru a instrumentului cu apro/imati!. K la

100C #n timp ce rezistenţa şuntului !ariază foarte puţin, conduce la erori mari detemperatură la măsurarea curentului.

e aceea se folosesc sc"eme de rezistenţe mai simple sau mai complicatepentru compensarea erorilor de temperatură. 3ezistenţa de manganină face ca!ariaţia cu temperatura a rezistenţei mo R R + să fie mai mică.

18

AC I i715

maxmax 1010 −− +=⋅= α


19/38

4ig. 9.10. 3educerea erorii de temperatură la ampermetrele cu şunt

rorile ce mai apar la ampermetrele magnetoelectrice datorate !ariaţiei detemperatură sunt legate de !ariaţie slă%irea- cuplului specific al resoartelor şi dediminuarea flu/ului magnetului permanent. +arţial ele se compensează. +rinalegerea potri!ită a materialului resoartelor şi a materialului magnetic, ele se potcompensa integral.

( 3'")e)re agne)'e"e()ri(e.

Joltmetrele magnetoelectrice se realizează din instrumentul magnetoelectricconsiderat ca mili!oltmetru căruia i se #nseriază una sau mai multe rezistenţeadiţionale pentru a o%ţine una sau mai multe game de tensiune.

4ig.9.11. Joltmetru magnetoelectriccu game.

Jaloarea rezistenţei adiţionale secalculează cu relaţia:

)1( −′= n R Roa unde:

oU

U n =

Jariaţia temperaturii introduce erori negli&a%ile la !oltmetrele magnetoelectrice,deoarece, c"iar pentru gamele mici de tensiune, ecr e R R , astfel că !ariaţia acesteiacu temperatura nu produce !ariaţia curentului I o prin instrument, deci indicaţia nu!a fi afectată.

)a mili!oltmetrele fără rezistenţă adiţională sau cu a R compara%il cu o R suntnecesare sc"eme de compensare ca la ampermetre.

Joltmetrele magnetoelectrice funcţionează numai #n curent continuu, aurezistenţă internă mare, V /100Ω pnă la V k /50 Ω , consum propriu redus,

W 1005,0 + şi se construiesc fără măsuri speciale pnă la 1000J.

8.8.8. Aparate agnetoelectrice cu re!resor

+entru măsurarea curentului alternati! instrumentul magnetoelectric tre%uieconectat #ntr'o sc"emă de redresoare mono sau %ialternanţă. Cu a&utorul şunturilor şia rezistenţelor adiţionale se pot realiza astfel ampermetre şi !oltmetre pentru curentalternati!. (paratul poate măsura şi curent continuu dacă se deconecteazăredresorul, astfel că ele se utilizează mai ales ca multimetre (,J,Ω - cu un număr mare de inter!ale de măsurare.

19


20/38

a0 Funcţionarea instruentului agnetoelectrice alientat cu curent alternati% re!resat

atorită inerţiei relati! mari a organului mo%il, instrumentul magnetoelectricare o frec!enţă proprie de oscilaţie mică H f o 25,0 += de aceea nu poate urmări!ariaţiile instantanee ale unui curent redresat de frec!enţă H f 10050 += . Cuplul său

acti! !a fi proporţional cu o !aloare medie a curentului.

∫ ⋅Φ=⋅⋅Φ=!

o

med oomed a I d" i!

M 1

)(

e aceea şi indicaţia sa !a fi proporţională cu !aloarea medie a curentuluiredresat:

med

o I

D⋅

Φ=α

)a redresorul monoalternanţă !aloarea medie a curentului o are e/presia:

∫ =⋅=1

22,2sin2

1

!

med

I d" " I

! I ω I

D

o ⋅⋅

=22,2

φ α

3ezultă că pentru curent sinusoidal de!iaţia este proporţională cu !aloareaefecti!ă a curentului alternati!.

4ig. 9.12. (parate electrice cu redresor

a- monoalternanţă %- %ialternanţă

)a redresorul %ialternanţă #n punte- din fig. 9.1?. % curentul mediu redresat !afi:

e o%ser!ă o de!iaţie du%lă #n acest caz deci o sensi%ilitate du%lă pentru

aparat.

3ealizarea ampermetrelor şi a !oltmetrelor cu redresor se face tot cu şunturi şirezistenţe adiţionale, montate #n paralel cu redresorul, respecti! #n serie.

$ !ariantă frec!ent utilizată este aceea a utilizării transformatoarelor demăsură de curent şi tensiune cu prize pe primar.

20

∫ =⋅=!

o

med

I d" " I

! I

11,1sin2

1ω D

D

o ⋅Φ

=11,1

α


21/38

4ig. 9.19. (parate cu redresor şi transformatoare de măsurare.

#0 Caracteristicile aparatelor agnetoelectrice cu re!resor eoarece #n practică interesează !aloarea efecti!ă, scara aparatelor

magnetoelectrice cu redresor este gradată #n acest mod, considerndu'se forma de

undă a mărimii redresate ca sinusoidală.+entru unde sinusoidale #nsă aparatul are indicaţia proporţională cu !aloareamedie a curentului ceea ce conduce la erori mari de măsurare. +entru acest caz:

Kf

I

D

o ⋅Φ

=α

+entru a citi corect !aloarea efecti!ă a curentului sinusoidal tre%uie cunoscutfactorul de formă:

med I

I Kf = şi atunci:

11,1

Kf C I I ⋅⋅=α

$ altă sursă de erori la aparate cu redresor o constituie neliniaritatea diodelor,ceea ce face ca scările de c.a. ale aparatului să fie diferite de cele de c.c. şi anume,

mai dese la #nceputul scării de măsură din cauza !alorii mai mari a rezistenţei #nsens direct a diodei d R - la !alori mici a curentului. +entru liniarizare se caută să seintroducă #n serie cu diodele rezistenţe mult mai mari dect d R .

iodele redresoare introduc şi erori de temperatură şi frec!enţă. 3ezistenţele #n sens direct şi in!ers depind de temperatură #n sens in!ers proporţional.

rorile de frec!enţă apar la frec!enţe mari f L 10Nz- datorită capacităţiiparazite a diodelor a căror rezistenţă scade cu frec!enţa. in această cauză parteadin curent neredresată creşte cu frec!enţa şi indicaţia instrumentului !a scădea.

le pot fi construite cu număr mare de game de măsurare, cu consum propriuredus, sensi%ilitatea ridicată, măsoară şi #n c.c şi #n c.a.

>anda de frec!enţă poate fi de 10 ÷ 20 Nz, clasa de precizie este de regulă

1 #n c.c şi 1,5 #n c.a. +entru o"mmetre uzuală este clasa de precizie 1K sau 1,5Kdin desc"iderea scării gradate. )a ma&oritatea multimetrelor scara #n curent alternati!este neliniară şi este diferită pentru cea de curent alternati!. otuşi sunt şi multimetrecu scări comune o%ţinute prin liniarizarea caracteristicii diodelor.

.. APARATE 9EROMAGNETICE

..1. Ins)ruen)u" %er'agne)i(.

a0 Construcţia 4i principiul !e "uncţionare.

e mai numesc şi electromagnetice sau cu fier mo%il şi sunt printre cele mairăspndite aparate de măsurat de curent continuu şi alternati! de frec!enţăindustrială.

Mecanismul de producere a cuplului acti! este compus dintr'o %o%ină fi/ă cegenerează un cmp magnetic la trecerea curentului, una sau mai multe pieseferomagnetice fi/e şi una mo%ilă ce se află plasate #n cmpul magnetic.

in interacţiunea cmpului magnetic cu piesele feromagnetice, piesa mo%ilătinde să ocupe o poziţie #n care energia sistemului să fie ma/imă, producnd astfelcuplul acti!.

21


22/38

nstrumentul feromagnetic are #n general mecanism de suspensie cu a/ deoţel terminat cu pi!oţi ce se spri&ină pe lagăre din safir sau ru%ine sintetice, deoarecenu se realizează cu precizii mai mari de 0,5K şi nu se pot realiza de sensi%ilitatefoarte ridicată.

upă modul cum ia naştere cuplul acti! se cunosc două tipuri de instrumenteatracţie fig. 9.1.a- şi cu repulsie fig. 9.1. %-.

a- %-4ig. 9.1. nstrument feromagnetic

)a instrumentul de atracţie %o%ina parcursă de curent 1- este plată, #ninteriorul ei fiind atrasă de piesa feromagnetică 2- aşezată e/centric pe a/. +entrureglarea curentului la maxα la !aloarea propusă este pre!ăzută o piesăferomagnetică 9- la capătul opus al %o%inei.

Cuplul rezistent este dat de resoarte spirale 5- iar mecanismul de amortizarea oscilaţiilor este #n general de tip pneumatic -. +entru ec"ili%rarea greutăţii aculuiindicator ?-, a piesei feromagnetice şi a paletei amortizorului sunt pre!ăzute două

contragreutăţi -. 4orma piesei feromagnetice mo%ile este astfel aleasă cue!entuale decupări- pentru a liniariza scara gradată.)a instrumentul feromagnetic cu repulsie fig. 9.1.%- %o%ina 1- este

cilindrică, iar piesa feromagnetică mo%ilă 2- solidară cu a/ul are forma unui sector circular de formă dreptung"iulară, aşezat e/centric pe a/. a se poate mişca #n faţaunei piese feromagnetice 9- de formă specială fi/ată pe un pa"ar interior %o%ineirealizat din material magnetic alamă-.

+rin rotirea acestei piese se poate a&usta !aloarea de!iaţiei ma/ime lacurentul nominal al instrumentului.

Cuplul rezistent este produs de resortul spiral 5- al cărui capăt este solidar cucorectorul de zero.

(mortizarea este de tip pneumatic - sau mai rar cu curenţi induşi #ntr'unsector de aluminiu prin mişcarea #ntre polii unui magnet permanent.

)a acest tip de instrument cuplul acti! ia naştere prin magnetizarea #n acelaşisens #n cmpul creat de %o%ină, a piesei fi/e şi a celei mo%ile, care se resping,producnd rotirea sistemului mo%il.

#0 Ecuaţia !e "uncţionare./presia cuplului acti! la acest tip de instrument se poate deduce din teorema

forţelor generalizate. nergia #nmagazinată #n %o%ina cu piesele feromagnetice poatefi scrisă ca:

22


23/38

2

2

1# $W ⋅⋅=

#n care: ) ' inducti!itatea %o%inei* ' curentul constant care o parcurge. 3ezultă:2

2

1 I

d

d$

d

dW Ma ⋅⋅==

α α

Cuplul rezistent dat de resoarte: M Dr = − ⋅α !a ec"ili%ra cuplul acti! la o

de!iaţie: (ceastă e/presie a de!iaţiei arată că scara !a a!ea uncaracter pătratic.

+entru uniformizarea ei se acţionează asupra formei pieselor feromagnetice. (stfel se măreşte pe prima treime a de!iaţiei secţiunea sau suprafaţa pieselor

şi se micşorează treptat pe măsura creşterii cuplului cu pătratul curentului.otuşi prima parte cam 20K- a scalei nu se poate uniformiza de aceea nu se

foloseşte, precizia instrumentului fiind garantată de la un reper al scalei marcat cu unpunct.

acă prin %o%ina instrumentului feromagnetic se trece un curent alternati!sinusoidal " I i ω sin2= , cuplul acti! instantaneu !a urmări !ariaţiile curentului,

#nsă din cauza inerţiei, organul mo%il !a urmări un cuplu mediu:/presia de!iaţiei !a fi proporţională cu pătratul !alorii efecti!e a curentului.

2

2

1 I

d

$d

D⋅

′⋅=

α α

a este foarte apropiată de e/presia #n curent continuu, diferenţa datorndu'se pierderilor #n fier produse #n piesele feromagnetice de flu/ul !aria%il #n timp ceeace modifică puţin inducti!itatea %o%inei.

+entru precizii mai reduse şi materiale feromagnetice de calitate, scara poatefi aceeaşi şi #n c.c şi #n c.a.

c0 Propriet$ţi9 erori

atorită simplităţii şi ro%usteţei sale instrumentul feromagnetic este foarterăspndit.>o%ina fiind fi/ată poate fi supradimensionată să reziste la şocuri mari de

curent, iar organul mo%il este simplu, rigid şi rezistent la şocuri mecanice. atorităutilizării uni!ersale, el poate fi !erificat şi reglat #n curent continuu pe compensator,deci cu precizia ridicată.

=nul din deza!anta&ele instrumentului feromagnetic #l constituie consumul săuridicat 1 ÷ 5O necesar pentru menţinerea cmpului magnetic #n %o%ină.

=n alt deza!anta& este legat de e/istenţa pieselor feromagnetice care, #ncurent continuu, pot da cupluri diferite la creşterea sau descreşterea curentului dincauza "isterezisului, iar #n curent alternati! pierderile #n fier şi e/istenţa curenţilor tur%ionari, care micşorează cmpul, fac ca de!iaţia să fie mai mică.

(m%ele fenomene se pot micşora prin utilizarea unor piese din materiale cupermea%ilitate mare şi pierderi #n fier mici.

Cmpul magnetic relati! sla% al %o%inei face ca instrumentul să fie uşor influenţat de cmpuri magnetice e/terne, de aceea el tre%uie să fie ecranat de unecran magnetic, fie astaticizat. =n aparat astatic este format din două instrumenteidentice suprapuse cu piesele mo%ile pe acelaşi a/ parcurse de curenţi #n sensuricontrarii. atorită dependenţei cuplului acti! de pătratul curentului, cele două cuplurise !or #nsuma. În acelaşi timp, cmpurile magnetice ale celor două instrumente

23

2

2

1 I

d

d$

D⋅⋅=

α α


24/38

a!nd sensuri contrarii, cmpul e/terior la un instrument se !a aduna iar la celălaltse !a scădea, astfel că influenţa sa asupra cuplului acti! total !a fi nulă.

nstrumentele feromagnetice se realizează uzual ca aparate de ta%lou cuclase de precizie 1,5 sau 2,5 dar şi ca aparate de la%orator de clasă 0,5 , mai rar 0,2.

..2. A0ere)re %er'agne)i(e.

atorită consumului lor destul de ridicat, nu se pot realiza miliampermetre cugame mai mici de 10m( , deoarece rezistenţa lor internă creşte foarte mult.

+entru realizarea miliampermetrelor şi ampermetrelor cu diferite game demăsură, instrumentul feromagnetic oferă o soluţie foarte simplă, care eliminănecesitatea introducerii şunturilor #n paralel cu instrumentul. (stfel, deoareceinducti!itatea unei %o%ine depinde de pătratul numărului de spire:

)()(

22

α α

o $ N R

N $ ⋅==

#n care: )(α R ' reluctanţa %o%inei la o poziţie α a pieselor feromagnetice e/presiade!iaţiei instrumentului se poate e/prima astfel:

22

)(2

1

2

1 I N d

d$

D I d

d$

D

o

⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= α α α

/presia ne arată că de!iaţia depinde de solenaţia %o%inei deci maxα sepoate o%ţine cu o solenaţie A-. olenaţia ma/ima este cuprinsa intre 200 si 00

(sp. +entru a o%ţine aceeaşi solenaţie la curent mare, se alege un număr de spiremai mic si in!ers.

e pot e/ecuta %o%ine separate pentru fiecare gama sau o %o%ina cu prize.e mai utilizează ca o soluţie economică şi di!izarea %o%inei #n 2 sau secţiuniidentice care se pot conecta #n serie pentru gama minimă, serie8paralel pentru uncurent du%lu şi #n paralel pentru curent de patru ori mai mare.

ste necesar #nsă un comutator de game mai complicat.+rin realizarea %o%inei cu o singură spiră, din conductor gros de cupru, se pot

măsura curenţi de 1?0 B 00 (, spre e/emplu ampermetre ce ec"ipează locomoti!elediesel'electrice.

+entru curenţi mai mari, de ordinul (, se utilizează transformatoare demăsura de curent, ampermetrul fiind #n acest caz cu gama de 5(, dar poate fi gradatdirect pentru curentul din circuitul primar.

ursele de erori ale ampermetrelor feromagnetice sunt cele e/puse lainstrumentul feromagnetic #n general. >anda de frec!enta uzuală: 20 ÷ 200 Nz. Caaparate de la%orator ele au c < 0,2 ÷ 0,5 iar ca aparate de ta%lou C < 1,5 ÷ 2,5.

... 3'")e)re %er'agne)i(eJoltmetrele feromagnetice sunt compuse dintr'un miliampermetruferomagnetic şi una sau mai multe rezistenţe adiţionale montate #n serie cu acestafig.9.15-

În curent continuu e/presia indicaţiei miliampermetrului !a fi:

2

22

)(2

1

2

1

oa R R

U

d

d$

D I

d

d$

D +⋅⋅

⋅=⋅⋅

⋅=

α α

α

24


25/38


26/38

4ig. 9.1?. Construcţia instrumentelor electrodinamice.

Cuplul de amortizare este realizat de un mecanism pneumatic - sau cucurenţi induşi.

+entru citirea de!iaţiei este fi/at pe a/ acul indicator ?- sau o oglindă #n cazul

sistemului optic de citire la instrumente pe %enzi tensionate de mare sensi%ilitate-.

#0 Ecuaţia !e "uncţionareacă %o%ina fi/ă este parcursă de curentul continuu 1 I iar cea mo%ila de

curentul continuu 2 I , apar fortţe electrodinamice #ntre conductoarele parcurse decurenţi ale celor două %o%ine, care tind să rotească %o%ina mo%ilă spre poziţia deenergie ma/imă a sistemului #n care a/ele %o%inelor coincid şi flu/urile ar a!eaaceeaşi direcţie. nergia #nmagazinată #n sistemul celor două %o%ine la o de!iaţieα are e/presia:

21

2

22

2

112

1

2

1 I I M I $ I $W ⋅⋅+⋅+⋅=

in care: 21 , $ $ ' inducti!itatile proprii ale celor două %o%ine, fi/ă şi mo%ilă, iar M 'inducti!itatea mutuală dintre ele #n poziţia .

3otirea %o%inei mo%ile su% acţiunea cuplului acti! !a tensiona resoarteleproporţional cu α cuplul rezistent a!nd e/presia α ⋅−= D M r astfel ca la ec"ili%ru:

21

1 I I

d

dM

D⋅⋅⋅=

α α

e o%ser!ă din această e/presie că de!iaţia depinde de produsul curenţilor şide !ariaţia cu α a inducti!ităţii mutuale dintre %o%ine.

26


27/38

4ig.9.1. nstrumente electrodinamice

)a alimentarea cu curenţi alternati!i sinusoidali cuplul instantaneu ce !aacţiona asupra %o%inei mo%ile:din cauza inerţiei %o%inei !a da naştere unui cuplu mediu:

d" iid

dM

! M

!

med a ⋅⋅⋅= ∫ 21

0

1)(

α aca curenţii au e/presiile

e/presia cuplului mediu de!ine:

iar e/presia de!iaţiei:c0 Propriet$ţi9 erori

eşi influenţa factorilor pertur%atori e/terni cmpuri magnetice, temperatură,frec!enţă- este mare, totuşi, datorita posi%ilităţilor de a elimina influenţa acestor factori, ct şi a liniarităţii circuitelor lipsa pieselor feromagnetice-, instrumentele

electrodinamice au precizie ridicată şi sunt utilizate mai ales ca etaloane. le pot fietalonate #n c.c pe compensator şi utilizate apoi #n curent alternati!.+entru eliminarea influenţei puternice a cmpurilor magnetice e/terioare,

datorată !alorilor mici ale cmpurilor interne, se utilizează astaticizarea şi ecranarea.+entru eliminarea influenţei !ariaţiilor de temperatură şi de frec!enţă, care

modifică rezistenţa %o%inelor şi respecti! reactanţa lor, se utilizează sc"emeadec!ate de compensare.

>anda de frec!enţă nu poate depăşi 00 B 500 Nz la ampermetre şi 1÷ 2 Nzla !oltmetre.

atorita faptului ca %o%inele pot a!ea sensuri de %o%inare diferite semarc"ează cu un asterisc sau săgeată %ornele polarizate.

+rincipalele deza!anta&e ale instrumentelor electrodinamice sunt: ' consumpropriu ridicat cmp magnetic prin aer- ' capacitate de supra#ncărcare redusădatorita %o%inei mo%ile strns dimensionate şi a trecerii curentului prin resoarte 'cuplu acti! de !aloare redusă ceea ce necesită reducerea la minim a frecărilor utilizarea suspensiei pe %enzi tensionate-, ' influenţa puternică a factorilor e/terniceea ce necesită măsuri de compensare care măresc preţul de cost.

Cu a&utorul instrumentelor electrodinamice se pot realiza: ampermetre,!oltmetre, ;attmetre, cosfimetre etc. de precizie ridicată c


28/38

4ig. 9.1D. (mpermetre electrodinamice

nfluenţa cmpurilor magnetice e/terioare se realizează, la am%ele tipuri deampermetre, prin ecranare.

nfluenţa !ariaţiilor de temperatură şi frec!enţă este negli&a%ilă la primul tip deampermetru, cu %o%inele #n serie, deoarece !ariaţia rezistenţelor şi reactanţelor numodifică curentul din circuit. $ mică eroare o produce !ariaţia cuplului specific alresoartelor cu temperatura.

)a cel de al doilea tip de sc"emă, eroarea de temperatură este #nsemnată,deoarece rezistenţa %o%inei mo%ile din cupru !ariază puternic cu temperatura #n timpce rezistenţa şuntului din manganin este practic constantă, astfel că !ariază curentulprin %o%ina mo%ilă. +entru reducerea erorii de temperatură se #nseriază cu %o%inamo%ilă o rezistentă r din manganin.

Jariaţia frec!enţei produce, din cauza reactanţelor %o%inelor mo%ile,modificarea !alorii şi fazei curenţilor. +entru micşorarea influenţei frec!enţei semontează #n paralel cu o parte din rezistenta r, o capacitate C.

Compensarea se realizează #nsă pe un inter!al restrns de frec!enţă, #n &urul!alorii nominale 0 ÷ ?0 Nz-. Consumul propriu este relati! mare 1 ÷ 20 J(. Claselede precizie sunt de 0,2 ÷ 0,5, deoarece sunt neeconomice ca aparate de panou.

.5. 3'")e)re e"e()r'*inai(eJoltmetrele electrodinamice sunt compuse dintr'un miliampermetru cu

%o%inele #n serie şi o rezistenţă adiţională din manganin fig.9.29-, di!izată pentrumai multe domenii de măsurare.

4ig. 9.1@. Joltmetre electrodinamice

+rincipalele surse de erori sunt !ariaţia temperaturii şi !ariaţia frec!enţei.roarea de temperatură se manifestă mai pregnant la domenii mici ,5 ÷ 15J

cnd rezistenţa adiţională fiind mică, pentru a micşora comparati! rezistenţamiliampermetrului, se impune mărirea curentului de lucru şi deci a consumuluipropriu.

in această cauză nu se pot construi !oltmetre cu domenii mai mici de ,5J.

28


29/38

roarea de frec!enţă, datorită !ariaţiei reactanţei %o%inelor miliampermetrului,se manifestă de asemenea mai puternic la domenii mici. Compensarea se face tot cuun condensator montat #n paralel o parte a rezistenţei adiţionale, ceea ce măreştegama de frec!enţă pnă la l ÷ 2Nz.

Consumul propriu !ariază in!ers proporţional cu gama, a!nd !alori ridicate10 B 20J( sau c"iar mai mult, la game mici.

Clasa de precizie 0,1÷

0,5 le recomandă ca etaloane pentru utilizarea #nla%oratoare.+ot fi realizate pnă la 1000 J.unt construite şi !oltampermetre electrodinamice utiliznd acelaşi instrument

electrodinamic #n sc"eme diferite pentru a o%ţine mai multe game de curent şi detensiune.

.6. APARATE 9ERODINAMICE

.6.1. Ins)ruen)u" %er'*inai(

in punct de !edere constructi! instrumentul ferodinamic este #nrudit cuinstrumentul electrodinamic prin faptul că are o %o%ină fi/ă şi una mo%ilă, dar posedă

#n plus un circuit magnetic din tole sau pul%eri presate care concentrează cmpulmagnetic al %o%inei fi/e #ntr'un #ntrefier cilindric asemănător circuitului magnetic alinstrumentului magnetoelectric. =tilizarea tolelor sau a pul%erilor feromagneticepresate este necesară pentru reducerea pierderilor prin curenţi tur%ionari lafuncţionarea #n curent alternati!. 4orma circuitului magnetice are !arianteconstructi!e multiple pentru a asigura desc"ideri ale scării gradate de @0 sau 20 ÷20°C fig.9.20-.

>o%ina mo%ilă este conectată cu e/teriorul prin intermediul resoartelor spiralecare produc şi cuplul rezistent.

Mecanismul de amortizare este mai ales de tip electromagnetic cu curenţiinduşi prin mişcare de un magnet #ntr'o paletă sau sector de aluminiu.

Cuplul acti! ia naştere ca urmare a interacţiunii dintre cmpul magnetic creat #n #ntrefier de %o%ina fi/ă parcursă de curentul 1 şi curentul 2 din %o%ina mo%ilă.

4ig. 9.20. nstrumente ferodinamice.

Cmpul magnetic #n #ntrefier fiind radial cuplul acti! are o e/presieasemănătoare instrumentului magnetoelectric:

212221221 I I K I N A B I N M a ⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅Φ=

29


30/38

#n care: 1 ' flu/ul ce stră%ate %o%ina mo%ilă, generat de %o%ina fi/ă* n 2 ' nr. de spireal %o%inei mo%ile* (2 ' aria acesteia.

/presia de!iaţiei #n curent continuu !a fi:

2121 I I K I I D

K ⋅⋅′=⋅=α

acă curenţii prin %o%ine sunt alternati!i sinusoidali, de aceeaşi frec!enţă şidefazaţi cu ung"iul ϕ , atunci cuplul acti! mediu !a a!ea e/presia similară de lainstrumentul electrodinamic cu cmp radial:

ϕ cos)( 21 ⋅⋅⋅= I I K M med a ϕ α cos21 ⋅⋅⋅= I I K

În ceea ce pri!eşte proprietăţile acestor instrumente, ele sunt determinate dee/istenţa circuitului magnetic. (cesta conferă o serie de a!anta&e cum ar fi: cupluacti! mare, consum propriu redus, influenţa negli&a%ilă a cmpurilor magneticee/terioare.

ar circuitul magnetic introduce o serie de erori datorate neliniarităţii cur%ei demagnetizare, pierderilor #n fier, şi reacţiei curenţilor tur%ionari induşi #n miez.

e aceea, precizia acestor instrumente pentru circuit magnetic din tole estede c < 1,5 ÷ 2,5 iar #n cazul utilizării unor circuite magnetice de calitate c < 0,5 ÷ 1.

omeniul lor de utilizare #l constituie unele aparate de ta%lou ;attmetre,frec!enţmetre- sau la construcţia aparatelor #nregistratoare, datorită cuplului acti!mare.

.$. INSTRUMENTE DE INDUCIE

.$.1. C'ns)ru(,ie i %un(,i'nare

)a %aza principiului de funcţionare al aparatelor de inducţie stă interacţiuneadintre curenţii tur%ionari induşi #ntr'o armătură metalică neferomagnetică şi două saumai multe flu/uri magnetice alternati!e care au creat aceşti curenţi. eoarece

principiul fundamental al acestui dispoziti! este inducţia electromagnetică,instrumentele de inducţie pot funcţiona numai #n curent alternati! sau, #n general,numai #n regim !aria%il.

ispozit i!ele de inducţ ie se clasif ică #n dispozit i!e cu un f lu/ saucu mai multe f lu/uri , după cum ec"ipa&ul mo%i l este intersectat de unulsau mai multe f lu/ur.

a0 Dispo)iti%ul !e in!ucţie cu un "lux

in punct de !edere construct i!, d ispozi ti!ul de inducţ ie estealcătui t d int r'un e lect romagnet, o armătură neferomagnetică, un a/

mo%i l, resor tur i sp i ra le, un ac indicator, un magnet permanent ş i oscară gradată.Curentul parcurgnd %o%ina electromagnetului dă naştere la

f lu/ul Φ.Jaloarea efect i!ă a acestui f lu/ este proporţ ională cu curentul şi d efaz at #n u rmă cu un g" iu l α de a!ans " isterez is- . (cest f lu/s tră%ate armătura mo%ilă conductoare , i nducnd #n ea o tensiuneelectromotoare ce creează curenţ i electr ic i c i rcular i care se #nc"id #n

&urul l in i i lor de flu/ care #i determină. În urma interacţiuni i f lu/ului

30


31/38

electromagnetic Φ cu curentu l indus d apare o for ţă care !a crea uncuplu ce !a pune discul #n mişcare.

#0 Dispo)iti%ul !e in!ucţie cu !ou$ "luxuri

Curenţi i 1 şi 2 parcurg #nfăşurarea e lect romagneţi lor ş i ,

determină apar iţ ia f lu/ur i lorΦ

1 şiΦ

2 care st ră%at discul , inducnd #nacesta tensiuni electromotoare. nteracţ iunea dintre curenţ i ş i f lu/ur idetermină apar iţ ia unui cuplu acti! care pune #n mişcare d iscul dealuminiu. e!iaţ ia acestuia depinde de f lu/uri şi de !aloarea sinusuluiung"iului dintre cele două f lu/uri .+e %aza acestu i d ispozi ti! se real izează ;at tmet re ş i !armet re deinducţie, dar mai ales contoare de energie electr ică.

c0 Dispo)iti%ul !e in!ucţie cu trei "luxuri

ensi%i l ita tea, respect i! cuplu l acti! a l d ispozi t i!u lu i cu douăf lu/ur i poate f i du%lată, dacă unul dint re f lu/ur ile magnet ice Φu sau Φ iintersectează de două or i discul neferomagnetic.

Fig. 3.2. Dispozitiv de induc!ie cu trei "luxuri.

in punct de !edere constructi!acest l uc ru este pos i% il dacăunul dintre electromagneţ i esteaşezat pe o direcţ ieperpendiculară pe raza disculuişi #n partea inferioară a

acestuia, iar celălal te lect romagnet se aşează #nlungul razei d isculu i , #n par teasuperioară a acestuia. eo%ser!ă că #n această s i tuaţ ief lu/u l Φ i intersectează de douăor i d iscul , #n t imp ce f lu/ul Φu,numai o s ingură dată. e maio%ser!ă, de asemenea, că f lu/ul

Φ i stră%ate discul de două or i , dar #n sensuri contrare.Cuplul act i! a acestui dispozit i! este du%lu faţă de cel cu două f lu/uri ,moti! p ent ru c are a ces ta es te s in gu ru l u ti li za t la co ns tru cţ iainstrumentelor de inducţie.

!0 Propriet$ţile !ispo)iti%elor !e in!ucţie

'dator i tă nel iniar i tăţ i i dependenţei inducţ ie 6 cmp magnetic, nu e/istăo proporţ ional i tate r iguroasă #ntre !aloarea efect i!ă a curentului pr in

#nfăşurare şi !aloarea efecti!ă a flu/ului electromagnetic*

31


32/38


33/38

&. ESTI*AREA ERORILOR DE */S+RARE :N */S+R/RILE ELECTRICE DIRECTE

.1. DE9INIREA ERORII DE MĂSURARE. SURSE DE ERORI

În orice măsurare, orict de corect ar fi e/ecutată, !aloarea măsurată 7mdiferă de !aloarea reală ade!ărată- 7 a mărimii de măsurat.iferenţa dintre !aloarea măsurată şi cea reală: X X X m −=∆ se numeşte

eroare a%solută de măsurare. (ceastă eroare este ine!ita%ilă din cauze multiple.+entru ca rezultatul măsurării să corespundă ca siguranţă a !alorii tre%uie ca

e/perimentatorul să respecte următoarele reguli:- #nainte de #nceperea măsurării să aleagă metodele, mi&loacele şi condiţiilede măsurare adec!ate pentru un preţ minim al procesului de măsurare*- să poată aprecia, ct mai uşor şi corect posi%il, incertitudinea totală, ţinndseama de principalele surse de erori, confirmnd sau infirmnd preciziaestimată- e/primarea rezultatelor măsurării să fie adec!ată %eneficiarului acesteia,care decide dacă este corespunzător sau nu cerinţelor sale, deci dacăprocesul de măsurare #n ansam%lu a fost corect sau tre%uie reluat.

4ig. .1. rorile şi procesulde măsurare

.2. ESTIMAREA ERORILOR LA MĂSURAREA CU APARATE ANALOGICE

+entru estimarea erorii limită de măsurare a aparatelor analogice s'a introdusnoţiunea de clas$ !e preci)ie. Clasa de precizie reprezintă ansam%lul mi&loacelor electrice de măsurare a căror precizie, calculată cu aceeaşi formulă, estecaracterizată prin acelaşi număr indice de clas#- precum şi printr'un ansam%lu deproprietăţi metrologice specificate prin norme internaţionale sau standarde de stat.

ndicele de clasă poate lua următoarele !alori: 0,0005* 0,001* 0,002* 0,005*0,01* 0,02* 0,05* 0,1* 0,2* 0,5* 1* 1,5* 2,5.

ndicele clasei de precizie a aparatului este egal cu eroarea raportată toleratălimită e/primată #n procente-: (%) R" c ε =

%100(%) max

c

R" X

X ∆±=ε

Jaloarea con!enţională 7c poate fi:

33


34/38

a0 limita superioar# a intervalului de m#surare X lim la aparatele care au raportulcare la e/tremitatea scării sau #n afara ei şi limita superioară a inter!alului demăsurare finită.

/emple: ampermetru, !oltmetru, ;attmetru#0 valoarea nominal# a m#rimii de m#surat pentru aparatele destinate să

măsoare #n &urul unei !alori nominale a mărimii de măsurat./emplu: frec!enţmetrele pentru măsurarea frec!enţei reţelei.c0 $uma modulelor limitelor de m#surare ' la aparatele a!nd reperul zero #n

interiorul scării.!0 o !aloare egală cu lungimea scării gradate 7c < ) la aparatele cu scară

neliniară sau limita superioară a inter!alului de măsurare infinită. acă raportarea seface la lungimea scării gradate, atunci su% cifra care indică clasa de precizie e/istăun semn suplimentar.

/emplu: fazmetre, o"mmetre.e0 )a o serie de aparate de aparate electrice de măsurare analogice

contoare, transformatoare de măsură, rezistenţe decadice, etc.- eroarea a%solutălimită se determină #n funcţie de !aloarea măsurată

( )max

∆ X cX =

100O#ser%aţii'1- +entru aparatele din aceste categorii clasa de precizie este #nscrisă pe cadranullor printr'un număr

2- roarea a%solută limită este: ( )maxlim∆ X

cX = ±

100

9- Jaloarea reală 7 a mărimii de măsurat este cuprinsă #n inter!alul: X X X X X m m− < < +( ) ( )max max∆ ∆ ' roarea relati!ă cu care se face măsurarea mărimii 71 Q 7lim este:

ε r

X

X

X

X

c X

X

= ± ≤ = ±∆ ∆1

1 1 1

100 100( )

(%)max lim

Si#oluri pentru clase !e preci)ie a aparatelor analogiceModul de e/primareaal erorii intriseci

roare totală im%olul clasei dee/actitate

4uncţie de !alorareamăsurată

ε3 < ±2K

4uncţie de 7c < 7lim ε3 < ±0,5K 0,54uncţie de lungimeascării gradate

ε3 < ±1,5K

Marcarea aparatelor de măsură analogice este prezentată #n Anexa 8.

34


35/38

;. NOR*E DE TEI PSI

+ro%lemele cu caracter organizatoric aferente acti!ităţii de măsurare pot influenţa"otărtor direct sau indirect- producerea accidentelor de muncă sau a #m%olnă!irilor profesionale, a securităţii personalului şi a aparatelor instalaţiilor-.

atorită acestui lucru, se !a acorda o atenţie deose%ită următoarelor elemente:

controlul frec!ent al condiţiilor la locul de muncă* controlul dotării instalaţiilor şi al aparatelor cu dispoziti!e de te"nica securităţii

muncii, precum şi a personalului, cu ec"ipament şi materiale de protecţie, #nainte de #nceperea lucrului*

organizarea locului de muncă şi a acti!ităţii respecti!e* asigurarea disciplinei #n muncă* nu se !a lucra cu minile ude şi nu se !or atinge părţile aflate su% tensiune, nu se !or efectua niciun fel de modificări asupra monta&ului, atta timp ct

acesta se află su% tensiune* se !or utiliza ec"ipamentul şi materialele de protecţie indi!iduală.ste strict interzisă orice modificare a destinaţiei aparatului sau a utila&ului, dacă

acestea contra!in normelor şi regulamentelor #n !igoare./istenţa şi %una funcţionare a aparatelor de măsură şi control şi a dispoziti!elor de protecţia muncii fac parte din %una organizare a locului de muncă.

)a fiecare loc de muncă, !or fi afişate la loc !izi%il instrucţiunile de protecţiamuncii şi de lucru, #nsoţite de sc"emele aparatelor şi ale utila&elor şi de instrucţiunilede folosire.

3esponsa%ilii locurilor de muncă sunt o%ligaţi să asigure organizareacorespunzătoare a acti!ităţii, la fiecare loc de muncă, #n condiţii de securitate apersonalului şi a aparatelor, prin:

!erificarea %unei funcţionări a aparatelor şi a instalaţiilor, lund măsurioperati!e de remediere a deficienţelor*

!erificarea modului #n care se #ntreţin aparatele, instalaţiile şi legarea la

pămnt şi la nul a celor care pot produce accidente prin electrocutare* instruirea corespunzătoare a personalului, !erificarea cunoştinţelor acestora,

menţinerea strictă a ordinii şi disciplinei* repartizarea sarcinilor, #ndrumarea şi controlul operaţiilor, asigurarea

asistenţei te"nice permanente* asigurarea iluminatului, a #ncălzirii şi a !entilaţiei #n la%orator.+ersonalul desemnat poate #ndeplini lucrările de !erificare numai după ce şi'a

#nsuşit temeinic următoarele cunoştinţe: regulamentul de ordine interioară a unităţii* legislaţia de protecţie a muncii #n !igoare, aferentă acti!ităţii respecti!e* normele de protecţie a muncii, generale, şi cele specifice locului de muncă*

instrucţiunile de lucru* noţiunile de prim'a&utor.+entru a completa măsurile te"nice, de protecţie colecti!ă, luate #n la%oratorul de

metrologie, este necesar să se utilizeze ec"ipamentul şi materialele de protecţie.istanţele de transport manual nu !or depăşi ?0 m. Înălţimea ma/imă la care se pot

ridica manual pe !erticală sarcinile ma/ime admise este de 1,5 m.

N're *e 0re>enire i s)ingere a in(en*ii"'r

35


36/38

3espectarea normelor +... este o%ligatorie pentru #ntreg personalul din instituţii, #ntreprinderi, ateliere etc.

+entru aceasta, este necesar ca fiecare loc de muncă să fie dotat cu aparatură de stinsincendii, formată din: stingătoare de incendiu, furtune de incendiu pre!ăzute cu a&uta&e,rastele cu unelte +... găleţi, lopeţi, trnăcoape-. +ersonalul de la locul respecti! de muncăeste o%ligat să cunoască locul de amplasare al aparaturii din dotare şi funcţionarea acestuia.

)a fiecare loc de muncă, tre%uie să fie afişat un plan de e!acuare #n caz de incendiu. Înplanul de e!acuare sunt sta%ilite atri%uţiile personalului #n caz de incendiu şi sc"ema dee!acuare.

+entru pre!enirea incendiilor sunt interzise: %locarea căilor de acces* depozitarea de produse materiale- inflama%ile #n locuri special neamena&ate* impro!izaţiile de natură electrică* folosirea materialelor +... #n alte scopuri* utilizarea focului desc"is #n locuri neamena&ate sau interzise* folosirea produselor petroliere pentru degresarea, spălarea pieselor, aparatelor* fumatul #n locuri neamena&ate* e/ecutarea de lucrări de #ntreţinere, reparaţii etc. la instalaţiile electrice de către

personal neautorizat.

ATENIEste interzisă spălarea minilor sau a pieselor cu %enzină.

36


37/38

?. BIBLIO,RAFIE

1. Cociu%a, +. , ş.a. 6 Metrologie aplicată 6 )ucrări de la%orator, dituraconomică +reuni!ersitaria, >ucureşti, 2001

2. Cosma, ., ş.a. ' %lectromecanic#. &aborator de bazele metrologiei. Manual pentru anul ' (coala de rte *i Meserii + domeniul electromecanic#, dituraconomică +reuni!ersitaria, >ucureşti, 2009

9. sac, . 6 Măsurări electrice şi electronice, manual pentru clasele 7'7,ditura idactică şi +edagogică, >ucureşti, 1@@1

. Mareş, 4l., ş.a. ' $olicit#ri *i m#sur#ri tenice. &aborator tenologic. uxiliar curricular pentru clasa a X-a, liceu tenologic + pro"il tenic , dituraconomică +reuni!ersitaria, >ucureşti, 2001

5. Millea, (. 6 Cartea metrologului. Metrologie generală 6 ditura e"nică,>ucureşti, 1@D5

?. Millea, (. 6 Măsurări electrice. +rincipii şi metode 6 ditura e"nică,>ucureşti, 1@D0

. Mirescu, .C., ş.a. ' &aborator tenologic. &ucr#ri de laborator *i "i*e de lucru .Jol. şi , ditura conomică +reuni!ersitaria, >ucureşti, 200

D. Aicolau, ., >eliş M. 6 Măsurări electrice şi electronice 6 ditura idactică şi+edagogică, >ucureşti, 1@2

@. +op, ., ş.a. 6 e"nici moderne de măsurare 6 ditura 4acla, imişoara, 1@D910.ănăsescu, M., I"eorg"iu ., I"eţu, C. 6 Măsurări te"nice, manual pentru

clasa a 7 a, ditura (3(M, >ucureşti, 2005

37


38/38

ANE:E

model proiect.doc

Documents