Aparate analogice de tip magnetoelectric

APARATE ANALOGICE DE TIP MAGNETOELECTRIC

1 Descrierea aparatului magnetoelectric:

Din principiu de functionare se observa ca elementele de baza ale aparatelor magnetoelectrice sunt:magnetul permanent si bobina mobila.Ele fac parte din dispozitivul pentru producerea cuplului active.Partea fixa a acestui dispozitiv este alcatuita asa cum se vede si in figura 1. din magnetul permanent, piesele polare si miezul cilindric.Piesele polare si miezul sunt executate din fier moale si au suprafetele cilindrice, centrale pe axul aparatului astfel ca in intrefierul foarte ingust care se formeaza, campul magnetic creat de magnetul permanent sa aiba un spectru radial si uniform.Aceasta distributie a campului in intrefier asigura abtinerea unei scari liniare pentru aparatele magnetoelectrice.Partea mobile este realizata dintr-o bobina asezata in intrefierul circuitului magnetic si montata pe doua semiaxe ale caror capete se reazama in lagare. De semiaxe sunt prinse doua arcuri spirale care creeaza cuplul rezistent si in acelasi timp servesc la aducerea curentului, la bobina mobile.Capatul fix al unuia dintre arcuri este prins la sasiul aparatului, iar al celuilalt la parghia corectorului de zero.Pe una dintre semiaxele este fixat acul indicator, care impreuna cu scara gradate formeaza dispozitivul de citire.Acul indicator este echilibrat de contragreutati, amortizorul este electromagnetic si este format din carcasa bobinei, care se realizeaza din aluminiu, sau cateva spire in scurtcircuit prevazute in acest scop pe bobina.La miscarea bobinei in campul magnetic al magnetului permanent, in carcasa din aluminiu sau in spirele in scurtcircuit se induc curenti a caror actiune tinde sa se opuna miscarii amortizand in acest fel oscilatiile echipajului mobil.In constructiile moderne ale aparatelor magnetoelectrice, magnetul permanent nu mai este sub forma de potcoava alungita.Folosindu-se materiale magnetice cu calitati superioare, dimensiunile acestui magnet sau micsorat foarte mult, realizandu-se astfel importante economi de materiale.

-reprezinta caracteristica statica de functionare a aparatelor magnetoelectrice.

2 Proprietatile aparatelor magnetoelectrice

Dupa cum reiese din expresia matematica a caracteristici statice de functionare la aparatele electromagnetice indicatia este proportionala cu intensitatea curentului se masoara si deci aparatele magnetoelectrice au scara uniforma. Sensibilitatea acestor aparate este foarte mare realizandu-se aparate care masoara intensitati ale curentului incepand de la microampere si unele constructii speciale(galvanometrele) chiar de ordinul nanoamperilor.Precizia este foarte buna, putandu-se ajunge la clasa de precizie de 0,05-1. Consumul propriu de putere este foarte mic de obicei sub 1mW.Sunt putin influentate de campuri magnetice exterioare, intrucat campul propriu fiind concentrate in circuitul magnetic este mult mai intens decat campurile perturbatoare. O proprietate deosebita a aparatelor electromagnetice este faptul ca functioneaza numai in current continuu. In current alternative, cuplul active care este proportional cu curentul devine si alternative, si echipajul mobil neputand urmari variatiile acesteia, ramane pe loc sau vibreaza putin in jurul pozitiei de zero.Datorita faptului ca aparatul nu indica valoarea intensitatii curentului ce trece prin bobina mabila exista pericolul ca la depasirea curentului nominal, aparatul sa se deterioreze.Aparatele magnetoelectrice se folosesc ca ampermetre si voltmeter de current continuu.Fiind cele mai bune aparate de masurat electrice, ele se folosesc deasemenea ca instrumente indicatoare in foarte multe tipuri de aparate.

Fig

3 Principiul de functionare al aparatelor magnetoelectrice

Functionarea aparatelor magnetoelectrice se bazeaza pe interactiunea dintre campul magnetic al unui magnet permanent si o bobina mobila parcursa de curentul de masurat (curent continuu). In urma acestei interactiuni apare un cuplu activ care pune in miscare bobina mobila impreuna cu intregul echipaj mobil.

La trecerea unui curent continuu I prin bobina ca urmare a interactiunii curentului cu campul magnetic , al magnetului permanent , asupra partilor active ale spirelor bobinei actioneaza fortele F care dau nastere cuplului activ Ma, ce roteste bobina. Dupa cum se stie din fizica, forta F ce se exercitaasupra unui conductorde lungime L parcurs de un curentde intensitate I si aflat intr-un camp de inductie magnetica B este:. Avand in vedere ca distanta intre punctele de aplicatie ale celor doua forte este b si ca lungimea conductorului supus unei forte F este egala cu inaltimea unei spire 1 ,inmltita cu numarul de spire N ale bobinei se poate deduce: Ma=Fb=IxBNlb=BNAI.

Bobina mobila se roteste pana cand cuplu rezistent produs de arcurile spirale (Mr=D) crescand cu ungjiul de rotire, egaleaza cuplul activ(Mr=Ma). Inlocuind in acasta egalitate expresiile celor doua cupluri se obtine:BNAI=D BNAI.

Avand in vedere ca prin constructia speciala circuitului magnetic se obtine in intrefier o inductie constanta se poate nota:BNA=SI. Conductoarele bobinei mobile,fiind situate in campul magnetic produs de magnetul permanent sunt supuse unor forte F egalesi de sens contrar care dau nastere unui cuplu Ma, proportional cu curentul I.Considerand distributia fluxului uniform rezulta un cuplu dat de fortele F, (corespunzatoare celor N spire):Ma=BFN=Bbiln unde:

-B este inductia magnetica;

-I curentul din bobina mobila;

-L lungimea laturii active;

-b diametrul bobinei mobile.

Sub actiunea cuplului activ Ma, bobina mobila se va roti pana cand cuplul rezistent Mr, dat de arcurile spirale va deveni egal cu cuplul activ.

Arcurile spirale sunt astfel executate incat cuplul rezistent este proportional cu deviatia a arcului indicator:

Proiect: Echipamente si instalatii de stingere a incendiului - prescriptii generale Eseu: Specificatie tehnica - fitinguri canalizare sudate din pvc

Factorul:

se numeste constanta de curent a aparatului magnetoelectric iar I=S,si se numeste sensibilitatea aparatului magnetoelectric C deci =Sil.

Cunoscand rezistenta r a infasurarii bobinei mobile se poate determina tensiunea U la bornele aparatului.

U=r si se numeste costanta de tensiune.

Aparatele magnetoelectrice pot fi folosite atat pentru masuri de curenti cat si pentru masuri de tensiune.

Deviatile acului indicator sunt proportionale cu curentul de masurat deci diviziunile scalei sunt uniforme pe toata lungimea ei.

Scala poate avea diviziunea zero laparate electricea mijloc citirea putanduse face in ambele sensuri.

Daca diviziunea zero este la inceputul scalei bornele aparatului sunt marcate cu semnele (+) si (-).Pentru masurari in curent alternativ cu aparatele magnetoelectrice acestea se construiesc in combinatie cu redresoare sau termocupluri.

Alte constructii speciale de aparate magnetoelectrice folosesc prin principiul de functionare logometric care au utilizare in tehnica masurarii temperaturilor sau a masurarii rezistentelor de izolatie (ohmetre).

In cazul aparatelor magnetoelectrice cu redresor pentru redresarea ambelor alternante de curent alternativ cuplul activ este variabil in cursul unei perioade avand valoarea momentana: ma= unde: I este curentul redresat.Avand inertie mecanica echipajul mobil al aparatului se roteste sub actiunea valorii medii a cuplului:

Si valoarea masurata de aparatele magnetoelectrice este o valoare medie avand calitati deosebite:

- sensibilitate mare;

- clasa de precizie 0,2 sau 0,1;

- cosumul propriu de energie redus;

- insensibilitate fata de campurile magnetice exterioare;

Aparatele magnetoelectrice sunt folosite mai mult ca aparate etalon si de laborator si foarte rar ca aparate de tablou.La acest aparat se poate considera faptul ca nu suporta suprasarcini deoarece arcurile spirale prin care circula curentul sar putea incalzii modificandu-si proprietatile elastice.

Fig.3. Schema unui aparat magnetoelectric.

4.Erorile aparatelor de masurat electrice analogice :

a) Erorile masurilor directe

A masura o marime inseamna a o compara cu o alta marime de aceiasi natura considerata unitate de masura.

Oricat de precise ar fi aparatele sau instrumentele cu care se executa o masurare si oricat de atent s-ar efectua masurarea unei marimi rezultatul va fi intotdeauna mai mult sau mai putin eronat.

Eroarea de masurare este o suma algebrica intre eroarea obiectiva eroare cauzata de defectele instalatiei de inprecizia instrumentelor de diferiti factori externi si eroarea subiectiva eroare care depinde de atentia si indemanarea experimentatorului.

Aceste erori sunt componente ale erorii de masurare si nu pot fi separate valoric.

Valorile erorilor se exprima in funtie de:

- valoarea adevarata;

- valoarea masurata;

- valoarea medie;

- valoarea maxima;

- valoarea de referinta;

Valoarea adevarata X: a unei marimi este numarul obtinut prin raportul dintre marimea de masurat si unitatea de masura respectiva cand masurarea nu este afectata de nici un fel de eroare.Practic insa o astfel de masuratoare nu este posibila.

Valoarea masurata X: este rezultatul luat la intamplare al unei singure masurari dintru-un sir intreg de rezultate ale masuratorilor efectuate asupra aceleiasi marimi in aceleasi conditii.

Valoarea medie X: al unui sir de valori masurate este media aritmetica:                             

Valoarea de referinta X: este rezultatul unei masurari cu mijloace foarte precise (instrumente etalon,masurari prin comparatie sau prin metode de copensatie) atunci avem:

Diferenta dintre valoarea masurata X si valoarea de referinta se noteaza cu D si se numeste eroare reala a valorii masurate a unei marimi:

.

Valoarea de referinta difera de valoarea adevarata deoarece nici un etalon nu poate fi construit fara abateri.Pentru acest motiv nu trebuie sa se confunde eroarea reala D cu eroarea absoluta:

Raportul dintre eroarea reala D si valoarea de referinta exprimat in procente se noteaza cu si se numeste eroare relativa.

Valorile X sunt aproximativ egale cu erorile ce se fac la acele masurari si se numesc erori reziduale.Dintre toate erorile calculate care se refera la masurarea unei marimi cea mai mare este eroarea medie patratica.

b) Calculul erorilor relative in masurarile indirecte:

In electrotehnica majoritatea marimilor se mascara indirect prin intermediul unor relatii care contin alte marimi masurate directe.

Fie X marimea care urmeaza sa fie masurata iar a,b,c marimile masurate direct,marimea X se determina dintr-o relatie care contine marimile a,b,c adica:

X=f(a,b,c).

Fiecarei marimi a,b,c masurate direct ii corespunde cate o eroare absoluta si finita,iar marimile X ii va rezulta eroarea absoluta oarecare D,X.Gradul de precizie al masurarii este definit de eroarea relativa maxima probabila.

Cu aceasta formula se determina se determina diferentiala totala,se trece la valori finite apoi se inparte la X luindu-se toti termenii in valoarea absoluta.

In ultima relatie se arata ca pentru a calcula eroarea relativa a marimii X este suficient sa se cunoasca erorile relative ale valorilor a,b,c.

5.Prevenirea defectiunilor si remedieri:

La inceputul unor masurari este necesar sa se verifice daca aparatul de masurat indica zero cand nu este parcurs de curent electric .Daca aparatul nu indica zero se va regla din corectorul de zero.

Esta necesar ca pentru fiecare masurare sa fie ales un aparat corespunzator in acest fel incat prin acesta sa nu treaca curenti cu intensitati mari decat intensitatea maxima pentru care a fost construit aparatul(intensitatea curentului nominal).

In cazul care se desfasoara intensitatea curentului nominal este posibil sa apara urmatoarele defectiuni:

- indoirea sau ruperea indicaterului;

- intreruperea unui arc spiral;

- intreruperea bobinei mobile;