masurarea si generarea tensiunilor mici cu divizoare inductive.PDF
3. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici · Măsurări în Electronică şi...
Transcript of 3. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici · Măsurări în Electronică şi...
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
3. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici
3.2 Instrumente şi aparate analogice pentru măsurarea tensiunilor şi
curenţilor electrici
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumente electromecanice
magnetoelectrice: cu magnet fix şi bobină mobilă; cu redresor; cu termocuplu; cu magnet mobil şi bobină fixă;
feromagnetice (tija metalica în bobină); electrodinamice (bobină fixă și mobilă); ferodinamice (electrodinamice cu piese feromagnetice); cu inducţie; electrostatice (condensator cu o armatură fixă și una
mobilă); cu lamelă bimetalică (deformarea lamelei din invar și
alamă).
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumente electromecanice
Tipul mecanismului
Simbol grafic
Banda de frecvenţe
1a. Magnetoelectric cu bobină mobilă
numai în c.c.
(0 Hz)
1b. Magnetoelectric cu redresor
10Hz – 10 kHz
1c. Magnetoelectric cu termocuplu
0 – 100 MHz
1d. Magnetoelectric cu magnet mobil şi bobină fixă
numai în c.c.
(0 Hz)
2. Feromagnetic
0 –1000 Hz
3. Electrodinamic
0 –1000 Hz
4. Ferodinamic
0 – 100 kHz
5. Cu inducţie
10 – 100 Hz
6. Electrostatic
0 – 10 MHz
7. Cu lamelă bimetalică
0 – 50 kHz
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumente electromecanice
sunt formate din: circuitul de măsură, care transformă mărimea de
măsurat (X) într-o mărime intermediară (Y), mecanismul de măsură, care converteşte mărimea Y
într-o deviaţie (α) a unui ac indicator care indică direct valoarea lui X.
eventual sursă de alimentare
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumente electromecanice
părţi fixe şi mobile cuplu activ, Ma Ma determină deviaţia părţii mobile (echipajului mobil) şi
a indicatorului la iniţierea mişcării apare cuplul rezistent Mr care se
opune mişcării la echilibru Ma= Mr
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumentul magnetoelectric
simbol: echipaj mobil: bobină mobilă + ac
indicator bobină mobilă: n spire, suprafaţă A magnet permanent: câmp de
inducţie magnetică constant, B asupra unei spire:
F = B · I · l cuplul activ ce acţionează asupra
bobinei:Ma = 2r·Fn = 2r·n· B · I · l = nA·BI mişcare de rotaţie a bobinei
N S
2 1
1 – magneţi permanenţi 2 – bobina mobilă
F
F
1 – magneţi permanenţi
2 – bobina mobilă
F
F
1
2
S
N
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumentul magnetoelectric
cuplul rezistent este dat de un arc spiralat:
Mr = -Dαα - unghiul de deviaţie a echipajului mobilD - cuplul rezistent specific
la echilibru Ma+Mr =0 nA·BI= Dα
→ α proporţional cu I notînd S sensibilitatea instrumentului:
α = SI
N S
2 1
1 – magneţi permanenţi 2 – bobina mobilă
F
F
1 – magneţi permanenţi
2 – bobina mobilă
F
F
1
2
S
N
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumentul magnetoelectric - realizare
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumente magnetoelectrice
Concluzii: scară liniară pentru instrumentul magnetoelectric răspuns proporţional cu I nu U → Ampermetru şi
nu Voltmetru instrumentul are polaritate există cu 0 la stînga (de obicei gradate) sau cu 0
la mijloc (galvanometre, indicatoare de nul, uneori negradate)
timp de răspuns: sute de ms... secunde
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Instrumente magnetoelectrice
Concluzii: sârma foarte subţire → foarte sensibil → micro
sau mili-ampermetru în c.a - oscilaţie în jurul valorii medii a curentului amplitudinea oscilaţiei scade cu creşterea
frecvenţei cu 40 dB/decadă medierea curentului variabil aplicat
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Ampermetrul magnetoelectric de curent continuu cu mai multe scări
Instrumentul magnetoelectric - micro sau miliampermetru→ şunturi pentru mărirea domeniului
Ri, ICS
RS ICSr
Rir, ICSr
ICSr
RS
Ri, ICS
Rir, ICSr
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Dorim ca:
Ampermetrul magnetoelectric de curent continuu cu mai multe scări
SCS CSr
S i
RI IR R
=+
CSr CSI nI=
1i
SRR
n⇒ =
−
i S iir
i S
R R RRR R n
= =+
Ri, ICS
RS ICSr
Rir, ICSr
1 SS i
RnR R
⇒ =+
ICSr
RS
Ri, ICS
Rir, ICSr
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
În acest caz căderea de tensiune la cap de scară este aceeaşi pentru toate scările:
ceea ce corespunde unor şunturi de rezistenţă:
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi individuale
Ri, ICS
RS1 RS1
RS2
RSn
CS i CSU R I= ⋅
1i
Skk
RRn
=−
RSn
RS2
RS1
RS1
Ri, ICS
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Această soluţie are un mare dezavantaj: la comutare instrument fără șunt instrumentul se poate arde
precauţii la construcţia comutatorului: cursorul trebuie să calce în permanenţă pe un contact.
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi individuale
Ri, ICS
RS1 RS1
RS2
RSn
RSn
RS2
RS1
RS1
Ri, ICS
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Pentru k=1, comutatorul este pe poziţia 1:
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi universale
Ri, ICS
RS1 RSn n
RSn-1 n-1
RS2 2 1
ICSk ICSk
Ii
1Sk
CS CSi Sk
RI I
R R=
+∑∑
1
CSSk Tot
CS
IR RI
⇒ =∑Tot i SkR R R= +∑
1CS Tot
CS Sk
I RI R
=∑
ICSk
ICSk
Ii
RS1
n-1
RSn-1
1
2
RS2
RSn
n
Ri, ICS
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Pentru k=2, rezultă
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi universale
Ri, ICS
RS1 RSn n
RSn-1 n-1
RS2 2 1
Ii
ICSk ICSk
21
1 2
CS Tot CSSk S Tot
CS Sk S CS
I R IR R RI R R I
= ⇒ − =− ∑∑
12 1 2
1 1CSS Sk Tot Tot CS
CS CS CS
IR R R R II I I
= − = −
∑
ICSk
ICSk
Ii
RS1
n-1
RSn-1
1
2
RS2
RSn
n
Ri, ICS
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Similar, pentru k=3, rezultă
şi, din aproape în aproape
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi universale
3
1 2
CS Tot
CS Sk S S
I RI R R R
=− −∑
22 3
1 1S Tot CS
CS CS
R R II I
= −
( 1)
1 1 ; 1,...,( 1)Sk Tot CSCSk CS k
R R I k nI I +
= − = −
1 23
CSSk S S Tot
CS
IR R R RI
⇒ − − =∑
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Respectiv:
Alegem curenţii de cap de scală în relaţia
→ deducerea recursivă a rezistenţelor de şunt RSk.
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi universale
1Sn Tot CS
CSn
R R II
=
( 1)1 ; 1,...,( 1)CSk CS k
k
I I k nn +
= = −
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Ampermetrele cu mai multe scări pe baza μA de mică sensibilitate (ICS = 200–1000 µA)
ICS,k = 0,1; 0,3; 1; 3; 10; 30 A Precizie:
clasa 0,2 şi 0,5 în varianta de laborator clasa 1; 1,5 (mai rar 2,5) în varianta de tablou
(panourilor electrice, măsurători de curenţi mari).
Instrumente cu mai multe scări cu şunturi universale
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
Aplicând legea lui Ohm:
respectiv, pentru curentul de cap de scală:
→ rezistenţa adiţională serie
Ri, ICS Ra
U ( )a iU R R I= +
( )CS a i CSU R R I= +
CSa i
CS
UR RI
= −
U
Ra
Ri, ICS
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
În cazul unui voltmetru cu mai multe scări
rezultă pentru scara k:
iar pentru scara (k+1):
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
Ri, ICS
Ran Ra1 1
Ra2 2
Ran-1 n-1 n
U
1
kCSk
ai ii CS
UR RI=
= −∑1
( 1)
1
kCS k
ai ii CS
UR R
I
++
=
= −∑
Ra1
1
Ran
2
Ra2
U
Ri, ICS
n
n-1
Ran-1
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
→
notăm
rezistenţa adiţională serie de ordin (k+1) este
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
( 1)( 1)
CS k CSka k
CS
U UR
I+
+
−=
0CS i CSU R I=
( 1)( 1)
0
CS k CSka k i
CS
U UR R
U+
+
−=
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
Observatii
Rezistenţa internă Rint a voltmetrului pe scara k este
deci variază de la o scară la alta.
int,1
kCSk
k i aii CS
UR R RI=
= + =∑
( 1)a k iR R+ >>
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
valoare normată la tensiunea de cap de scală pentru toate scările
cât mai ridicată mai puţină energie din montajul de măsură
Voltmetre de tablou: 0,5 – 3 kΩ/V, Voltmetre de laborator: 5 – 50 kΩ/V (voltmetrele
electronice de c.c. asigură cel puţin 1 MΩ/V)
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
int, 1kCSk CS
RVU I
Ω =
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
UCS,k = 0,1; 0,3; 1; 3; 10; 30; 100; 300 V. Aceeași precizie ca și la ampermetrele
magnetoelectrice.
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
-
Măsurări în Electronică şi Telecomunicaţii
Protecţie
La diode cu siliciu:ptr.ID< 1μA, deci nu se şuntează instrumentul
Ptr. U>0,7V , dioda polarizată direct se deschide putând conduce un curent de 10 – 100 mA, şuntând instrumentul.
Voltmetrul magnetoelectric de curent continuu
Ri, ICS Ra
0,3CS i CSU U R I V< = ≤
Ri, ICS
Ra
3. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici Instrumente electromecaniceInstrumente electromecaniceInstrumente electromecaniceInstrumente electromecaniceInstrumentul magnetoelectricInstrumentul magnetoelectricInstrumentul magnetoelectric - realizareInstrumente magnetoelectriceInstrumente magnetoelectriceAmpermetrul magnetoelectric de curent continuu cu mai multe scări Ampermetrul magnetoelectric de curent continuu cu mai multe scări Instrumente cu mai multe scări cu şunturi individualeInstrumente cu mai multe scări cu şunturi individualeInstrumente cu mai multe scări cu şunturi universaleInstrumente cu mai multe scări cu şunturi universaleInstrumente cu mai multe scări cu şunturi universaleInstrumente cu mai multe scări cu şunturi universaleInstrumente cu mai multe scări cu şunturi universaleVoltmetrul magnetoelectric de curent continuuVoltmetrul magnetoelectric de curent continuuVoltmetrul magnetoelectric de curent continuuVoltmetrul magnetoelectric de curent continuuVoltmetrul magnetoelectric de curent continuuVoltmetrul magnetoelectric de curent continuuVoltmetrul magnetoelectric de curent continuu