Metode de mÅsurare directe si indirecte

METODE DE MÅSURARE DIRECTE SI INDIRECTE

1. Chestiuni de studiat

1.1. Metoda directa de masurare. Ohmmetrul si megaohmmetrul.

1.2. Metoda indirecta de masurare

1.2.1.Masurarea rezistentei electrice.

1.2.2.Masurarea capacitatii electrice.

1.2.3.Masurarea inductivitatii proprii.

1.2.4.Masurarea inductivitatii mutuale.

2. Mod de experimentare.

Metodele directe de masurare utilizeaza aparate special construite in vederea masurarii, prin citire directa, a valorii marimii masurate ( de exemplu: ampermetre, voltmetre, ohmmetre, wattmetre etc.). In cazul masurarii elementelor pasive de circuit, acestea necesita, pentru masurare directa, o energie de activare externa, asigurata de o sursa de curent continuu (in cazul masurarii rezistentei electrice), sau de curent alternativ (pentru masurarea impedantei). Lantul de masurare specific aparatului respe-ctiv converteste aceasta marime pasiva (R,X sau Z) intr-un curent sau o tensiune electri-ca. Un instrument analogic indica direct marimea masurata, pe o scara gradata, in functie de legea de dependenta obtinuta. Cele mai intalnite aparate analogice de acest tip sunt ohmmetrele si faradmetrele (capacimetrele), intalnite, de obicei, in com-ponenta multimetrelor analogice, ca functii ale acestora.

Metodele indirecte de masurare a unor marimi fac apel la masurarea directa a altor marimi si determinarea, prin calcul, a valorii marimii masurate, utilizand diferite legi si teoreme (legea lui Ohm, legea inductiei electromagnetice, teoremele lui Kirchhoff etc.). Aceste metode de masurare sunt laborioase, necesitand calcule, uneori complicate, dar sunt de neinlocuit la masurarea unor marimi specifice elementelor neliniare de circuit, caz in care trebuiesc asigurate conditiile nominale de functionare De exemplu: masurarea rezistentei unei lampi cu incandescenta, a inductivitatii unei bobine cu miez feromagnetic etc.

Schemele de principiu pentru ohmmetrul analogic, montaj de tip serie si de tip paralel, incorporate in cadrul unui multimetru (MAVO 35) sunt prezentate in fig.1. Prima operatie, inainte de efectuarea masurarii, o constituie calibrarea: se ajusteaza rezistenta R_V cu sondele in scurtcircuit, pana cand acul indicator va arata reperul zero. Apoi se conecteaza sondele la capetele rezistorului de masurat si se citeste valoarea rezistentei pe scara aparatului, multiplicand, daca este cazul, cu indicatia comutatorului de game.

Fig1.Ohmmetru analogic

a) schema serie; b) schema paralel

De remarcat ca masurarea cu exactitate maxima se efectueaza la mijlocul scarii gradate (situatie specifica ohmmetrului serie), de aceea se alege, cu ajutorul comutatorului, gama cea mai potrivita a aparatului pentru fiecare masurare. Eroarea relativa limita de masurare se determina cu ajutorul graficului din fig.2.

Fig. 2. Variatia erorii relative in functie de deviatie

la multimetrul MAVO - 35, schema serie

Pentru masurarea rezistentelor mici ( ) se poate utiliza schema paralel     (D.) a multimetrului. Pentru aceasta se scurtcircuiteaza bornele principale cu calaretul din metal iar sondele se vor conecta intre acesta si borna marcata “D“. Si in acest caz se va regla din rezistenta de ajustare pana cand acul aparatului arata reperul zero.

Se vor masura cu ohmmetrul rezistentele electrice ale elementelor de circuit indicate in laborator si se va determina eroarea de masurare, atat ca valoare relativa R/R, cat si ca valoare absoluta:

Pentru masurarea rezistentelor de izolatie cu megaohmmetrul, se va verifica initial starea sursei de alimentare prin apasarea butonul de test. Daca acul deviaza peste semnul rosu de pe cadran se poate efectua masurarea. Se conecteaza sondele la rezistenta de izolatie de masurat si se apasa butonul “M masurare), citindu-se valoarea acesteia. Se masoara diferite rezistente de izolatiel a un transformator electric: miez-primar, miez-secundar, primar-secundar, precum si alte rezistente ce vor fi indicate in laborator.

Masurarea prin metoda indirecta a rezistentei electrice a unui rezistor se bazeaza pe legea lui Ohm in curent continuu :

care impune masurarea tensiunii la bornele rezistorului R_X si a intensitatii curentului I_X ce parcurge acest rezistor. Din cauza faptului ca ampermetrul si voltmetrul, utilizate la masurarea acestor marimi, nu sunt ideale (rezistentele interne nu au valorile R_A R_V ), nu se pot masura exact, simultan, U_X si I_X. Rezulta doua variante de conectare pentru ampermetru si voltmetru:

- montaj amonte - voltmetrul masoara si caderea de tensiune pe ampermetru, iar ampermetrul masoara direct I_X ; metoda conduce la erori mai mici in cazul masurarii rezistentelor mari ( ) ;

- montaj aval - voltmetrul masoara tensiunea U_X iar ampermetrul masoara si curentul prin voltmetru I_V ; metoda este indicata la masurarea rezistentelor mici              ( ) .

Schema de montaj pentru masurarea rezistentei electrice prin metoda indirecta a ampermetrului si voltmetrului este prezentata in fig.3.

Precautii in alegerea aparatelor de masurare si a elementelor de reglaj:

se aleg aparate care masoara in curent continuu ( ampermetre si voltmetre magnetoelectrice);

pornind de la curentul nominal admis de rezistenta de masurat se alege intervalul de masurare potrivita a ampermetrului, iar pentru voltmetru se alege un interval superior valorii tensiunii sursei de alimentare;

reostatul R_h limiteaza curentul prin circuit la valoarea dorita, curent ce trebuie sa fie mai mic decat curentul nominal al reostatului.

Fig.3. Schema de montaj pentru masurarea indirecta a rezistentei electrice

Se vor masura rezistoarele indicate in laborator, inclusiv o rezistenta neliniara, atat prin montaj amonte cat si prin montaj aval.

Datele obtinute se trec in tabelul 1, impreuna cu rezultatele obtinute prin calcul pentru rezistenta R_X si pentru eroarea relativa limita de masurare .

Tabel 1.

Rezistenta masurata	U	I	RA	RV	RX	R R	cV	cA
	V	A
							Document online: Unitatea de comanda prin laringofon Lucrare: Forta taietoare orizontala si verticala - calculul nodului		amonte
									aval

Relatii de calcul:

montaj amonte :

;

montaj aval :

.

Erorile relative limita cu care se masoara tensiunea, respectiv intensitatea curentului, sunt determinate in functie de indicii claselor de exactitate ai celor doua aparate, c_V si c_A , ca fiind:

Pentru a pune in evidenta eroarea de metoda (acreditarea rezultatului in loc de valorile corecte) se vor calcula erorile relative de metoda :

          ;

. Pentru masurarea indirecta a capacitatilor si inductivitatilor se utilizeaza legea lui Ohm in curent alternativ; aceasta permite determinarea modulului unei impedante daca se cunosc valorile efective ale tensiunii la borne U_X si curentului I_X care o parcurge :

Utilizandu-se montajele amonte si aval impedanta interna a aparatelor influenteaza masurarea. Schema de montaj este prezentata in fig.4.

Fig.4. Schema pentru masurarea indirecta cu ampermetrul si voltmetrul

a capacitatilor si inductivitatilor.

Datele masurate precum si rezultatele calculelor se trec in tabelul 2 :

Tabel 2.

Relatiile utilizate pentru calcul:

- montaj amonte : ,

-montaj aval : ,

in care : , f - frecventa tensiunii retelei.

Concluziile ce decurg din relatiile obtinute sunt similare cu cele de la masurarea rezistentei electrice: astfel, la condensatoarele cu pierderi neglijabile se impune utilizarea variantei amonte la capacitati de valori mici si varianta aval la capacitati de valori mari.

Pentru masurarea inductivitatii proprii cu metoda indirecta a ampermetrului si a voltmetrului se utilizeaza tot montajul din fig.4. De remarcat ca este necesara si o masurare in curent continuu, pentru determinarea rezistentei electrice a bobinei respective (Rx).

Datele se trec in tabelul 3.

Tabel 3 .

Relatii de calcul :

- montaj amonte : ,

- montaj aval : cu , .

2.2.4. Schema de montaj utilizata pentru masurarea inductivitii mutuale prin metoda indirecta este prezentata in fig.5. Se va determina dependenta M = f() pentru un variometru.

Fig.5 . Schema de masurare a inductivitatii mutuale

cu ampermetrul si voltmetrul

Se regleaza o valoare a curentului apropiata de valoarea nominala (de exemplu 1A) si se citeste valoarea tensiunii induse in secundar, regland unghiul dintre bobine din 15 in 15 grade de la 0 la 180 grade. Se va constata ca inductivitatea mutuala M_x este maxima la 0 grade si nula la 90 grade.

Datele se trec in tabelul 4.

Tabel 4

Calculul inductivitatii mutuale se face cu relatia :

Se va trasa grafic M = M() observand legea de variatie obtinuta.

3. Intrebari recapitulative

3.1. Cum se utilizeaza legea lui Ohm in curent continuu si in curent alternativ la masurarea elementelor pasive de circuit ?

3.2. Explicati alegerea variantei amonte sau aval in functie de marimea de masurat astfel ca eroarea de metoda sa fie minima ?.

3.3. Aratati modul de reflectare a erorilor instrumentale in eroarea de masurare la masurarea rezistentei electrice prin metoda indirecta .

3.4. Cum se utilizeaza legea inductiei electromagnetice pentru determinarea inductivitatii mutuale cu ampermetrul si voltmetrul si ce influenta are rezistenta interna a voltmetrului asupra masurarii ?

3.5. In ce situatii sunt indicate metodele de masurare studiate in lucrare in comparatie cu alte metode de masurare ?