Download - Instrumente masurare
-
8/15/2019 Instrumente masurare
1/50
-
8/15/2019 Instrumente masurare
2/50
Instrumente Electrice de Măsurare(analogice)
1. Noţiuni generale. Clasificări
2. Elemente auxiliare ale instrumentelor demăsurare
3. Instrument magnetoelectric
4. Instrument feromagnetic5. Instrument electrodinamic şi ferodinamic
6. Instrument electrostatic
7. Instrument bimetalic
8. Instrument de inducţie
9. Instrument termic
-
8/15/2019 Instrumente masurare
3/50
1. Noţiuni de bază. Clasificări aleinstrumentelor de măsurare
-
8/15/2019 Instrumente masurare
4/50
Instrumentul electric de măsurare constituie cel mai
simplu mijloc tehnic care poate furniza de sine stătător
informaţii de măsurare şi reprezintă o componentă debază a oricărui aparat de măsurare analogic.
Un instrument de măsurare este un mecanism
electromecanic care, în majoritatea cazurilor, converteşte
o mărime electrică activă X într-o mărime mecanică, celmai adesea un cuplu de forţe denumit cuplu activ care
provoacă rotirea dispozitivului mobil al acestuia. Pentru ca
fiecărei valori X să-i corespundă o deviaţie a
dispozitivului mobil, asupra acestuia acţionează şi un
cuplu rezistent , dependent de .
-
8/15/2019 Instrumente masurare
5/50
Elemente componente ale aparatelor de măsurare
dispozitivul de măsurare: ansamblul parţilor constructive care
produce mişcarea sistemului mobil, a cărui deplasare depinde demărimea de măsurat;
elemente de prelucrare a semnalelor : accesorii sau componente
care produc modificarea semnalelor (ca mărime, forma, faza) sau
realizează diferite operaţii matematice asupra semnalelor(adunare, scădere, înmulţire, împărţire, logaritmare, derivare,
integrare) in scopul adaptării lor la dispozitivele de măsurare
utilizate;
traductor (senzor): element de intrare in lanţul de măsurare, caretransforma mărimea de măsurat intr-o mărime electrica, adecvata
schemei funcţionale sau instalaţiei de măsurat respective;
-
8/15/2019 Instrumente masurare
6/50
Elemente componente ale aparatelor de măsurare
elemente de referinţa: părţi constructive care furnizează mărimi
cu parametri caracteristici de valoare cunoscuta cu precizie(tensiune, curent, rezistenta, inductivitate, capacitate, durata)
utilizate in aparate bazate pe metode de compensaţie sau de
punte;
elemente auxiliare: părţi constructive care participa la realizareasi corecta funcţionare a aparatului: surse de alimentare, elemente
de protejare împotriva factorilor perturbatori (temperatura, câmpuri
electromagnetice, vibraţii, umiditate), elemente de fixare si
consolidare a părţilor constructive distincte, elemente de
conectare, etc.
Elementele menţionate pot fi interioare sau exterioare (cazin care se numesc accesorii).
-
8/15/2019 Instrumente masurare
7/50
ClasificăriClasificarea aparatelor de măsurare se poate face după:
mărimea electrica măsurata: ampermetre, voltmetre, ohmmetre, wattmetre,frecvenţmetre, galvanometre, contoare, punţi (de rezistente, de capacitaţi, de
inductivităţi) etc.după construcţie şi principiu de funcţionare:
După construcţie exista dispozitive:
pentru obţinerea unei singure interacţiuni (simple)
pentru producerea a doua interacţiuni (cupluri) de sensuri contrare(logometre).
După principiul de funcţionare:
dispozitive magnetoelectrice
feromagnetice
electrodinamice
ferodinamice
de inducţie
termiceelectrostatice
cu vibraţii
magnetoelectrice cu redresoare
magnetoelectrice cu termoelemente, etc
-
8/15/2019 Instrumente masurare
8/50
2. Elemente auxiliare ale instrumentelor de măsurare
a) Elemente care asigură suspensia sistemului mobil
b) Elemente de producere a cuplului antagonist
c) Corectorul de zero
d) Dispozitivul de citire al deviaţiilor
e) Dispozitivul de amortizare
f) Elemente de echilibrare, de fixare, de protecţie, de
instalare, de conectare
-
8/15/2019 Instrumente masurare
9/50
a) Elemente care asigura suspensia sistemului mobil.
cu lagăre
pe benzi sau fir
cu lagăre, utilizată la aparate cu
clasa c ≥ 0,2, constă din pietre
dure (rubin agat, sorturi de sticlă,
oţel sau bronz), prevăzute cu
mici cratere şlefuite în care se
pot roti fără lubrifiere pivoţii (din
otel) cu vârfuri rotunjite.
pe benzi sau fir , la aparate declasa c ≤ 0,5 elimină frecările din
lagăre, dar e mai puţin robustă şi
mai greu de reparat. Se elimină şi
axul de rotaţie. Benzile sau firul de
tensiune produc cuplul antagonist
şi conduc la bobina mobilă (inunele dispozitive).
-
8/15/2019 Instrumente masurare
10/50
b) Elemente de producere a cuplului
antagonist, dependent de unghiul de rotaţieal echipajului mobil. Se realizează pe cale:
mecanică (spirale, benzi, fire de torsiune,
mai rar greutatea proprie);
pe acelaşi principiu ca şi cuplul activ (la
logometre).
c) Corectorul de zero - reglează exact poziţia
de zero a dispozitivului de citire. Este un buton
sau şurub care poate roti punctul de fixare al
unuia din resoartele spirale sau un capăt al
benzii (firului) de torsiune.
-
8/15/2019 Instrumente masurare
11/50
d) Dispozitivul de citire al deviaţiilor compus din indicator şi
scara gradata.Indicatorul poate fi:
ac de diverse forme la instrumente de panou (citire la distanta)
lama sau ac filiform la aparatele de laborator, pentru citiri
precise. Alături de scara se prevede o oglinda pentru a evita
erorile de citire
spot luminos, produs de o sursă de lumina şi dirijat pe ooglindă fixă aflată pe echipajul mobil. Permite obţinerea unor
deviaţii mari, elimină erorile de citire (paralaxa), reduce
greutatea echipajului mobil. Se folosesc la aparatele de mare
sensibilitate (c ≤0,5).
-
8/15/2019 Instrumente masurare
12/50
e) Dispozitivul de amortizare - produce un cuplu de forte proporţional cu
viteza unghiulară dx/dt a sistemului mobil, reducând astfel numărul şi
amplitudinea oscilaţiilor. Pot fi:pneumatice, cu cameră de aer şi piston sau paletă (fig. 2.4 a,b);
electromagnetice, cu o paletă de Al sau cadru care se mişca în
câmpul magnetic al unui magnet permanent (fig. 2.4 c )
-
8/15/2019 Instrumente masurare
13/50
f) Elemente de echilibrare (contragreutăţi), de fixare (sasiu), de protecţie
(ecrane, garnituri) de instalare (fixare mecanică în poziţie de lucru), de
conectare (borne, mufe, conectoare, cleme).
-
8/15/2019 Instrumente masurare
14/50
3. Instrument magnetoelectric
-
8/15/2019 Instrumente masurare
15/50
3. Instrument magnetoelectric
Instrument cu magnet permanent exterior
Instrument cu magnet permanent interior
123 469 5
7
8 Instrument magnetoelectric cu
magnet permanent exterior.
1 – magnet permanent,
2 – piese polare,
3 – cilindru feromagnetic,
4 – bobină mobilă,
5 – contragreutăţi,
6 – resort spiral,
7 – ac indicator,
8 – scala,9 – sistem corector de zero.
-
8/15/2019 Instrumente masurare
16/50
3. Instrument magnetoelectric
Instrument cu magnet permanent exterior
-
8/15/2019 Instrumente masurare
17/50
3. Instrument magnetoelectric
Instrument cu magnet permanent exterior
Instrument cu magnet permanent interior
Instrument magnetoelectric cu magnet permanent interior.
1 – magnet permanent,
2 – cilindru feromagnetic exterior,
3 – bobină mobilă,
4 – piesă polară.
SN
12
3
4
-
8/15/2019 Instrumente masurare
18/50
3. Instrument magnetoelectric
Instrument cu magnet mobil
1 – magnet permanent, mobil2 – magnet de direcţionare
3 – dispozitiv de corecţie (a magnetului)
4 – bobină fixă
5 – dispozitiv de amortizare
-
8/15/2019 Instrumente masurare
19/50
3. Instrument magnetoelectric
Extinderea unghiului de deviaţie a acului indicator
Rotirea cadrului mobil are loc intr-un singur sens, cu un unghi de maxim 90°. Scara
este gradată uniform.
Pentru a obţine unghiuri mai mari de 90° se foloseşte o formă constructivă specială,
cu o latură a cadrului pe ax. Se asigură astfel o deschidere de 240° 260°.
-
8/15/2019 Instrumente masurare
20/50
3. Instrument magnetoelectric
Funcţionarea instrumentului magnetoelectric
când bobina mobilă este parcursă de curentul I şi, sub acţiunea cuplului activ, se va
deplasa cu un unghi elementar d , astfel încât energia localizată în câmpul magnetic al
dispozitivului mobil (W m= I ) va suferi o deviaţie:
dW m=I d (6.1)
Dacă dS - suprafaţa elementară din întrefier parcursă de cele două laturi active ale
bobinei la rotirea ei cu d , variaţia fluxului magnetic va fi:d = N B dS (6.2)
în care dS = b l d = A d (6.3)
unde: N este numărul de spire al bobinei; B – inducţia din întrefier ; l – lungimea laturii
active a bobinei; b – lăţimea bobinei; A – suprafaţa bobinei
Substituind 6.2 şi 6.3 în 6.1 obţinem ecuaţia cuplului activ:
(6.4)
unde: - energia localizată în câmpul magnetic al dispozitivului mobil;
d
- deplasarea acului indicator; 0=NBA
N S
F
F
B
I d
dW M const I
ma
0
.
I W m
-
8/15/2019 Instrumente masurare
21/50
3. Instrument magnetoelectric
Funcţionarea instrumentului magnetoelectric
Sub acţiunea cuplului activ M a dispozitivul mobil se roteşte cu un unghi care corespunde
poziţiei în care acest cuplu este echilibrat de cuplul rezistent M r = – D . La echilibru
M a+ M r =0, rezultă:
(6.5)
Din care se obţine ecuaţia de funcţionare a instrumentului magnetoelectric:
(6.6)
unde S reprezintă sensibilitatea acestuia şi se determină ca:
(6.7)
Deoarece S =const., deviaţia este proporţională cu intensitatea curentului I şi scara
instrumentului este uniformă. Instrumentul funcţionează numai în curent continuu.
D I 0
I S I D
0
D
NBA
DS
0
-
8/15/2019 Instrumente masurare
22/50
3. Instrument magnetoelectric
Logometru magnetoelectric
Sub acţiuneaN S
cos11 NBSi M
2
cos22 NBSi M
021 M M 2
1
iitg
-
8/15/2019 Instrumente masurare
23/50
4. Instrument feromagnetic
-
8/15/2019 Instrumente masurare
24/50
4. Instrument feromagnetic
Cuplul activ este creat de forţele de interacţiune care se exercită între
câmpul magnetic produs de o bobină fixă parcursă de curentul de măsuratşi una sau mai multe piese feromagnetice aflate sub acţiunea câmpului
magnetic.
Sub acţiunea acestor forte, piesele feromagnetice se deplasează în
regiunea unde câmpul magnetic este mai intens, mărind prin aceasta
energia magnetică a sistemului.
După sensul forţei care acţionează asupra sistemului mobil deosebim
dispozitive feromagnetice:
a) cu atracţie, la care piesele feromagnetice sunt atrase în interiorul
bobinei;b) cu repulsie, la care piesele feromagnetice aflate în interiorul
bobinei se resping între ele
-
8/15/2019 Instrumente masurare
25/50
4. Instrument feromagnetic
Dispozitiv feromagnetic
cu atracţie
-
8/15/2019 Instrumente masurare
26/50
4. Instrument feromagnetic
Dispozitiv feromagnetic cu repulsie
-
8/15/2019 Instrumente masurare
27/50
4. Instrument feromagnetic
Dispozitiv feromagnetic cu
atracţie
Dispozitiv feromagnetic cu
repulsie
1 – piesă
feromagnetică fixă
2 – piesă
feromagnetică mobilă
3 – bobină
4 – resort spiral
I I
1
2
3
54
-
8/15/2019 Instrumente masurare
28/50
4. Instrument feromagnetic
Funcţionarea instrumentului feromagnetic
Expresia cuplului activ care acţionează asupra sistemului mobil poate fiexprimată astfel:
unde: W em - energia câmpului magnetic al bobinei, care are expresia;
L – inductivitatea proprie a bobinei;
- unghiul de deviaţie a acului indicator.
La echilibrul cuplului activ cu cuplul rezistent (dat de resortul
spiral) se obţine pentru deviaţia :
Relaţia obţinută arată că scara gradată a dispozitivului feromagnetic are un
caracter pătratic, imprimat de existenţa factorului I 2; deviaţiile cresc odată cupătratul curentului.
d
dL I
d
dW M ema
2
2
1
D M r
d
dL I 2
2
1
-
8/15/2019 Instrumente masurare
29/50
4. Instrument feromagnetic
Logometru feromagnetice
6
1
12
3 4
5
-
8/15/2019 Instrumente masurare
30/50
4. Instrument feromagnetic
Caracteristici
Avantaje:
construcţie simpla;sensibilitate redusă la
suprasarcini;
posibilitatea folosirii atât în
c.c cât şi în c.a;
fiabilitate ridicată;
preţ de cost scăzut.
Dezavantaje:
consum propriu mare (0,5 7,5 W). Energia seconsumă pentru producerea câmpului
magnetic al bobinei.
sensibilitate mai mică
necesitatea unor ecranări pentru reducerea
influenţei unor câmpuri magnetice exterioare;
precizia aparatului este influenţată depierderile prin curenţi turbionari în piesele
feromagnetice;
pierderile prin histerezis şi curenţi turbionari la
măsurarea în c.a. sunt mai mari decât în c.c.,
rezultând reducerea indicaţiilor. Se impune
reducerea la minimum a pieselorferomagnetice.
Clasa de precizie a instrumentelor feromagnetice este de ordinul 1 2,5.
Numai în construcţii speciale poate ajunge 0,5 sau 0,2 (folosind pentru
piesele feromagnetice aliaje slab magnetice).
-
8/15/2019 Instrumente masurare
31/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
-
8/15/2019 Instrumente masurare
32/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
Instrument electrodinamic
1
I 1
I 2
I 1
1
2
7
8
6
6
4
4
32
55
Principala car-că este precizia ridicată, aparatele
de acest tip construindu-se ca aparate de
laborator, de clasă 0,2 şi 0,1
-
8/15/2019 Instrumente masurare
33/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
Instrument electrodinamic
Utilizarea instrumentului electrodinamic în calitate de
miliampermetru
-
8/15/2019 Instrumente masurare
34/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
Instrument electrodinamic
Utilizarea instrumentului electrodinamic în calitate de ampermetru
-
8/15/2019 Instrumente masurare
35/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
Instrument electrodinamic
Utilizarea instrumentului electrodinamic în calitate de wattmetru
-
8/15/2019 Instrumente masurare
36/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
Instrument ferodinamic
Dispozitivul ferodinamic - similar celui electrodinamic având
circuitul magnetic al bobinei fixe format în cea mai mare parte din
material feromagnetic (ex. tole de transformator.
Clasă de precizie: 1, 2.5
-
8/15/2019 Instrumente masurare
37/50
5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)
Ecuaţia de funcţionare
2112
2
22
2
112
1
2
1 I I L I L I LW em
unde: L1 şi L2 sunt inductivităţile proprii ale bobinelor fixă şi mobilă, iar L12 este
inductivitatea mutuală
d dL
I I d
dW M ema 1221
D M M r a
d
dL I I
D
1221
1
-
8/15/2019 Instrumente masurare
38/50
6. Instrument electrostatic
-
8/15/2019 Instrumente masurare
39/50
6. Instrument electrostatic
Construcţie şi funcţionare (voltmetru)
ecran
2
2
1
1
1
U
U
Instrument electrostatic cu variaţia suprafeţei active a armăturilor.
-
8/15/2019 Instrumente masurare
40/50
6. Instrument electrostatic
Voltmetru electrostatic
1 – palete fixe
2 – paleta mobilă3 – dispozitivul de amortizare
4 – sistemul de transmisie
-
8/15/2019 Instrumente masurare
41/50
6. Instrument electrostatic
Construcţie şi funcţionare
ecran
2
2
1
1
1
U
U
Instrument electrostatic cu variaţia
suprafeţei active a armăturilor.
energia localizată în câmpul electric
2
2
1CU W e
cuplul activ2
2
1U
d
dC M a
Din condiţia de echilibru a cuplurilor
( M a= – D ) se deduce ecuaţia de
funcţionare în curent continuu:
2
21 U
d dC
D
-
8/15/2019 Instrumente masurare
42/50
7. Instrument bimetalic
-
8/15/2019 Instrumente masurare
43/50
7. Instrument bimetalic (ex.: ampermetru)
1 – lamelă din Cu, asigură “curgerea” curentului
2 – lamelă bimetalică, parcursă de curent
3 – disc de protecţie, împotriva încălzirii
4 – lamelă bimetalică, nu este parcursă de curent
-
8/15/2019 Instrumente masurare
44/50
8. Instrument de inducţie
-
8/15/2019 Instrumente masurare
45/50
I
1
2
3 4 5
6
U
~ U
B
Contor de inducţie.
1 – electromagnet de tensiune; 2 – bobină de tensiune; 3 – electromagnet de
curent; 4 – bobină de curent; 5 – magnet de frânare; 6 – disc de aluminiu.
8. Instrument de inducţie
-
8/15/2019 Instrumente masurare
46/50
8. Instrument de inducţie
-
8/15/2019 Instrumente masurare
47/50
I
1
2
3 4 5
6
U
~ U
B
8. Instrument de inducţie
).,(sin I U I U el f M
cosUI P M ael
.2
1
2
1
21 t
t
a
t
t
dt t P =k dt t N=k
-
8/15/2019 Instrumente masurare
48/50
9. Instrument termic
-
8/15/2019 Instrumente masurare
49/50
1 – fir încălzitor
2 – fir-transmisie
3 – fir-extensor
4 – corector de nul
5 – amortizor inductiv
6 – arc (creare cuplu rezistent)
9. Instrument termic
-
8/15/2019 Instrumente masurare
50/50
recapitulare