Punti de masurare electrice

LUCRAREA 3

PUNTI DE MASURARE ELECTRICE   

1. OBIECTIVELE LUCRARII

- Consolidarea cunostintelor studentilor asupra principiului de functionare a diverselor tipuri de punti de masurare alimentate in curent continuu si in curent alternativ;

- Insusirea deprinderilor de folosire a acestor punti in efectuarea de masurari si verificari statice si dinamice;

- Efectuarea de masurari cu punti cu echilibrare manuala si cu punti cu echilibrare automata.

2. NOTIUNI RECAPITULATIVE DE BAZA

STRUCTURA SI PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE. In principiu, puntile de masurare sunt circuite electrice cu patru laturi (brate) si cu doua diagonale. Pe brate se conecteaza una sau mai multe componente pasive de tip rezistor, condensator si/sau bobina. Pe o diagonala se plaseaza o sursa de alimentare a puntii iar pe cealalta diagonala se amplaseaza un indicator de nul (indicator de echilibru) in cazul puntii echilibrate sau un milivoltmetru sau voltmetru in cazul puntilor neechilibrate.

Cu puntile electrice se pot masura rezistente, inductante si capacitati sau orice alta marime convertita in prealabil in una din cele trei marimi. Puntile echilibrate la care diferenta de potential pe diagonala de masura este nula au o aplicabilitate foarte larga, deoarece au la baza metode de zero care asigura performante superioare: sensibilitate si precizie inalte, domeniu de masurare foarte larg, posibilitati de compensare a efectelor factorilor perturbatori s.a.

PUNTEA ALIMENTATA IN CURENT CONTINUU Aceasta este o punte Wheatstone echilibrata sau neechilibrata (fig.1). Are pe cele patru laturi rezistoare, pe diagonala de masura puntea neechilibrata are un voltmetru iar cea echilibrata, in mod obisnuit, un galvanometru de zero. Serveste la masurarea rezistentei.

a) b)

Fig.1. Puntea Wheatstone pentru masurat rezistente:

a) punte neechilibrata; b) punte echilibrata.

Aplicand legile lui Kirchhoff la puntea neechilibrata din fig.1,a si considerand ca rezistenta interna a sursei de c.c. este nula iar rezistenta indicatorului de echilibru este infinita se obtine urmatoarea relatie intre tensiunea la bornele diagonalei de masura si celelalte elemente de circuit:

,

unde R₃ = R_x este rezistenta de masurat iar R₁, R₂ si R₄ sunt rezistentele celorlalte brate, care sunt cunoscute si constante.

Aplicand legile lui Kirchhoff la puntea echilibrata din figura 1,b, adoptand aceleasi ipoteze simplificatoare se obtine conditia (ecuatia) de echilibru sub forma:

,

unde R_x este rezistenta de masurat, R₂ este rezistenta de comparare, cunoscuta si reglabila, iar R₁ si R₄ sunt rezistente auxiliare si constante care determina raportul de proportionalitate intre R_x si R₂ adica raportul R₄/R₁.

Rezistenta necunoscuta se determina dupa valoarea de echilibru a rezistentei R₂ prin multiplicare cu raportul R₄/R₁. Echilibrul puntii poate fi constatat cu ajutorul indicatorului de echilibru IE, care in cazul echilibrului puntii indica valoarea zero. Pentru echilibrare este suficient sa se modifice rezistenta unui brat, bratul 2, dar se pot modifica simultan rezistentele a doua brate alaturate (fig. 4).

Conditia de echilibru nu se modifica daca diagonala de masura schimba locul cu diagonala de alimentare.

Puntile de acest fel se realizeaza atat ca aparate portabile cat si ca aparate de panou stabile. Aparatele multimetrice contin, de regula, doua, trei sau mai multe tipuri de punti de masurare precum si alte blocuri conexe, ca surse de alimentare a circuitelor electronice, amplificatoare s.a.

PUNTI ALIMENTATE IN CURENT ALTERNATIV Acestea sunt diverse variante de punti pe bratele carora se conecteaza cate cel putin o componenta pasiva de tip rezistor, condensator si/sau bobina. Pe o diagonala se conecteaza o sursa de curent alternativ iar pe cealalta diagonala se conecteaza indicatorul de echilibru.

Puntile de c.a. practic utilizabile sunt punti echilibrate.

Zx≡

Fig. 2. Punte echilibrata pentru masurat impedante.

Conditia de echilibru a unei astfel de punti (fig.2) este exprimata de relatia:

,

unde Z₁, Z₂, Z_x si Z₄ sunt impedantele pe cele patru brate, de forma complexa Z = Z e^ij. Aceasta conditie, scrisa in marimi complexe, este echivalenta cu urmatoarele doua relatii scrise in marimi scalare:

conditia de modul

conditia de faza

Pentru ca o punte de c.a. sa poata fi echilibrata este necesar sa se aleaga in mod corespunzator natura elementelor de pe bratele sale pentru a indeplini conditia de faza si in punte sa existe doua elemente pasive modificabile si cunoscute pentru a face posibila indeplinirea conditiei de modul.

3. DESCRIEREA APARATELOR FOLOSITE IN LUCRARE

Se va studia si folosi o punte de rezistente cu echilibrare automata montabila pe panou.

DESCRIEREA PUNTII AUTOMATE TIP E-135

Puntea cu echilibrare automata E-135 este o punte Wheatstone pentru masurat rezistente, adaptata sa masoare rezistenta unor traductoare rezistive in domeniul 100-140 W si avand scala gradata in procente. Dispozitivul de echilibrare automata este de tip integrator cu viteza de echilibrare constanta si functioneaza pe baza tensiunii de dezechilibru a puntii.

Rezistenta corespunzatoare indicatiei 0% este de 100 W si cuprinde si rezistenta traductorului R_x, rezistenta conductoarelor de legatura si o rezistenta aditionala R_a. Legarea traductorului rezistiv la punte se face prin trei conductori (doi pe bratele adiacente iar al treilea - pe diagonala de alimentare) pentru a compensa influenta temperaturii asupra conductorilor de legatura (fig. 4).

Fig.4. Schema electrica de principiu a unei punti automate

pentru masurat rezistente.

4. DESFASURAREA LUCRARII

Masurarea cu puntea automata

Dupa etalonarea si reglajele initiale executate in laboratorul de metrologie, puntea de masurat este montata intr-un panou si conectata permanent la traductorul rezistiv de temperatura, de presiune s.a. Prin urmare, puntea masoara in permanent valoarea rezistentei traductorului rezistiv.

In cadrul lucrarii de laborator, in locul traductorului rezistiv se foloseste o cutie cu rezistente etalon decadale si se vor executa urmatoarele operatii:

- se va conecta puntea la cutia de rezistente;

- se va porni puntea pe regim de indicare;

- se va preleva de la cutia de rezistente, rezistente de 100, 110, 120, 130 si 140 W si se vor citi si consemna intr-un tabel rezultatele masurarii;

- se va construi caracteristica de transfer reala si caracteristica de transfer ideala in coordonate % - W

- se vor determina erorile absolute D pentru cele cinci masurari;

- pe baza erorii normate maxime constatate, e_max D_max / D, se va determina clasa de precizie a puntii de masurare, D este domeniul de masurare al puntii: 40 pentru rezistente si 100 pentru valori procentuale.

INTREBARI DE CONTROL

1. Pe ce principiu se bazeaza functionarea puntilor de masurare?

2. Cate tipuri de punti de masurare cunoasteti?

3. Care sunt principalele surse de erori ale puntilor de masurare si cum pot fi diminuate aceste erori?

4. Care este conditia de echilibrare a puntilor si cum se realizeaza echilibrarea automata a puntilor de masurat rezistente?