3.2 Instrumente şi aparate analogice pentru măsurarea tensiunilor şi curenţilor electrici

Transcript

1 0 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici u() A 0 -A ) Semnl sinusoidl u() A 0 -A b) Semnl drepunghiulr simeric u() A 0 -A igur.. Semnle periodice ipice c). Semnl riunghiulr simeric Aplicându-se relţiile de definiţie se obţin penru mărimile cerue urmăorele vlori: Semnl sinusoidl: A A π m = ; ef = ; v =A; K = =, ; K V = π (. 87) Semnl drepunghiulr simeric: m =A; ef =A; v =A; K =; K V = (. 88) Semnl riunghiulr simeric: A m = ; ef = A ; v =A; K = ; KV = (. 89). nsrumene şi pre nlogice penru măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici.. nsrumene elecromecnice penru măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici... Clsificre. Modul generl de funcţionre nsrumenele elecromecnice se uilizeză curen deorece sun simple, fibile şi uşor de înreţinu. Ele se clsifică după ipul mecnismului de măsură uiliz. Asfel, se dising insrumene: mgneoelecrice: cu bobină mobilă; cu redresor; cu ermocuplu; cu mgne mobil şi bobină fixă; feromgneice; elecrodinmice; ferodinmice; cu inducţie; elecrosice; cu lmelă bimelică. Simbolurile grfice sndrdize penru insrumenele de măsură respecive sun prezene în belul.. belul.. Clsificre insrumenelor elecromecnice şi simbolurile grfice ferene Semnul Bnd de ipul mecnismului grfic frecvenţe. Mgneoelecric cu bobină mobilă numi în c.c. (0 Hz) b. Mgneoelecric cu redresor 0Hz 0 khz c. Mgneoelecric cu ermocuplu 0 00 MHz d. Mgneoelecric cu mgne mobil şi bobină fixă numi în c.c. (0 Hz). eromgneic Hz. Elecrodinmic Hz 4. erodinmic 0 00 khz 5. Cu inducţie 0 00 Hz 6. Elecrosic 0 0 MHz 7. Cu lmelă bimelică 0 50 khz nsrumenele elecromecnice sun forme din circuiul de măsură, cre rnsformă mărime de măsur (X) înr-o mărime inermediră (Y), şi din mecnismul de măsură, cre convereşe mărime Y înr-o deviţie (α) unui c indicor cre indică direc vlore lui X. că X nu ese purăore

2 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici de energie, cum ese, de exemplu, rezisenţ, l circuiul de măsură se sociză şi o sursă de limenre. in punc de vedere consruciv, insrumenul de măsură ese consiui din părţi fixe şi mobile înre cre, doriă plicării mărimii de măsur X, pre un cuplu civ, M, cre deermină deviţi părţii mobile (echipjului mobil) şi indicorului cre ese solidr cu ces. Odă cu iniţiere mişcării mi pr şi le cupluri, cre se opun cesei: cuplul rezisen M r ese proporţionl cu unghiul de deviţie α l echipjului mobil ( M r = α, unde ese cuplul rezisen specific) şi, în regim permnen (sic), egleză cuplul civ M = M r = α (. 90) cuplul de frecre M f se opune înodeun mişcării şi ese o cuză de erori, deorece inde să-şi modifice vlore în imp, de exemplu prin uzre lgărelor; ese şi moivul penru cre se urmăreşe c ces să fie câ mi mic; cuplul de inerţie M i ese o componenă ipic dinmică cre se opune mişcării în măsur în cre ces exisă; din cesă cuză sbilire deviţiei sice nu re loc insnneu α M i = J (. 9) unde J ese momenul de inerţie l echipjului mobil în rpor cu α x de roţie, ir reprezină ccelerţi unghiulră. Exisenţ cesui cuplu de inerţie fce c mişcre echipjului mobil să fie ori oscilnă, ori moriză (periodică), în funcţie de vlore momenului de inerţie J. cuplul de morizre M m se inroduce penru reduce posibil suprcreşere oscilţiei cului indicor în regim dinmic şi conrol impul de sbilizre l deviţi de regim sic cului α M m = A (. 9) unde A ese cuplul de morizre specific. Ecuţi generlă de mişcre echipjului mobil se obţine scriind ecuţi de echilibru cuplurilor ce cţioneză supr s M M + M + M + M = 0 (. 9) + r f i m... nsrumenul mgneoelecric... Anliz funcţionării insrumenului Ese cel mi simplu ip de insrumen elecromecnic. Principiul de funcţionre consă în cţiune unui câmp de inducţie mgneică consn, B, produs de un mgne permnen, supr unei bobine (vând secţiune s şi numărul de spire n), prcursă de curenul de măsur. În cese condiţii i nşere un cuplu civ M = Bsn cre imprimă o mişcre de roţie bobinei. Bobin ese conecă l un c indicor ce se deplseză în fţ unui cdrn elon. Schem de principiu ese prezenă în figur.. N S mgneţi permnenţi bobin mobilă igur.. Schem de principiu insrumenului mgneoelecric Bobin mobilă, în form de cdru drepunghiulr, prcursă de curenul, se poe roi liber sub cţiune câmpului mgneic consn B, produs de mgneul permnen. Asupr conducorilor prcurşi de curen flţi în câmp mgneic cţioneză forţele elecromgneice de mărime = B l (. 94) Acese formeză un cuplu civ de forţe cre ind să roescă bobin, cărui i se opune un cuplu rezisen deermin de elemene elsice (resoruri spirle, ije ensione, ec). Cuplul civ ese proporţionl cu forţ şi, implici, cu vlore curenului, M = Φ 0 (. 95) ir cuplul rezisen ese proporţionl cu unghiul de roţie α, M r = α (. 96) L echilibru cele două cupluri de forţe sun egle, obţinându-se penru deviţi cului indicor expresi

3 4 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 5 Φ 0 α = = S (. 97) unde S ese sensibilie prului. eorece α = S, se obţine o scră liniră penru insrumenul mgneoelecric. Prin urmre ces rnsformă inensie curenului elecric înr-o deviţie unghiulră α proporţionlă, deci el reprezină un mpermeru (de fp un micrompermeru). În funcţie de cum se regleză din punc de vedere mecnic poziţi de zero, exisă insrumene cu zero cenrl, porivie unor măsurăori cu semn le curenului, şi insrumene cu zero lerl, penru cre sensul curenului rebuie les în mod decv. O nliză în regim dinmic pornind de l ecuţi (.9) evidenţiză că ingere deviţiei α de regim permnen se fce după un numi imp, cre, în mule czuri prcice, ese în jur de secundă. În czul în cre curenul măsur ese un curen sinusoidl, cul indicor nu poe urmări frecvenţ de vriţie curenului decâ dcă ces ese fore redusă, sub - Hz. Pese cesă vlore cul indicor v oscil, din cuz inerţiei insrumenului, în jurul vlorii medii cu o mpliudine cre scde cu frecvenţ curenului cu 40 db/decdă compriv cu mpliudine curenului de măsur. e exemplu l 50Hz cesă oscilţie ese sub % din mpliudine curenului. in cele prezene mi sus, se consă urmăorele: Răspunsul insrumenului cu frecvenţ se rduce prinr-o oscilţie în jurul vlorii medii curenului, oscilţie cărei mpliudine scde cu creşere frecvenţei cu 40 db/decdă; nsrumenul re polrie, dică inversre sensului curenului duce l inversre sensului deplsării cului indicor; Scr insrumenului ese grdă uniform; Nu poe fi suprîncărc; Sârm din cre ese reliză bobin mobilă fiind fore subţire, l depăşire curenului mxim se încălzeşe şi se poe rde; Ese puţin sensibil l câmpuri elecrice su mgneice exerne; Poe fi reliz în clse de precizie desul de ridice (c=0, 0,); Poe fi reliz penru poziţii de funcţionre vericle su orizonle.... Ampermerul mgneoelecric de curen coninuu cu mi mule scări nsrumenul mgneoelecric ese un micro su milimpermeru, deorece bobin s fiind reliză cu o sârmă fore subţire nu permie recere unor curenţi fore mri. e cee sun necesre şunuri. Se consideră schem generlă unui insrumen cu şun (fig..4) şi schem echivlenă cesui (fig..4b). CSr R S R i, CS R ir, CSr b igur.4. Schem generlă unui insrumen cu şun Condiţi c cele două scheme din figur.4 să fie echivlene ese c prin cele două circuie să recă celşi curen CSr şi insrumenele să indice în czul un curen de n ori mi mic RS = r (. 98) RS + RS r = n = n (. 99) RS + Se obţine RS = (. 00) n ir impednţ serie echivlenă insrumenului ese RS r = = (. 0) + RS n Aces procedeu simplu permie, prinr-o legere judiciosă vlorii rezisenţei de şun, c celşi insrumen să fie uiliz şi penru măsurre unor curenţi de n ori mi mri. Se po imgin urmăorele czuri:. nsrumene cu mi mule scări cu şunuri individule (fig..5). În ces cz cădere de ensiune l cp de scră ese ceeşi penru oe scările CS = (. 0) cee ce corespunde unor şunuri de rezisenţă

4 6 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 7 R Sk = (. 0) n R S R S R Sn k R i, CS igur.5. Schem unui insrumen cu şunuri individule Acesă soluţie re un mre dezvnj: L recere de pe o scră pe l în prezenţ curenului de măsur, insrumenul rămâne l un momen d fără şun, fiind suprîncărc. Sun necesre precuţii l consrucţi comuorului: cursorul rebuie să clce în permnenţă pe un conc.. nsrumene cu mi mule scări cu şunuri universle (fig..6). k R Sn n i R Sn- n- R i, CS R S R S igur.6. Schem unui insrumen cu şunuri universle Penru k=, comuorul ese pe poziţi : RSk = (. 04) + RSk cu noţi R o = + RSk (. 05) rezulă Ro = RSk = Ro (. 06) RSk unde CS ese curenul de cp de sclă echivlen poziţiei. Penru k=, rezulă k Ro = RSk RS = Ro RSk RS (. 07) de unde se obţine CS R = = S RSk Ro Ro (. 08) Similr, penru k=, rezulă Ro RSk RS RS Ro = (. 09) CS RSk RS RS respeciv R = S Ro (. 0) şi, din prope în prope RSk = R o CS k CS( k+ ) ; k =,...,( n ) (. ) respeciv RSn = Ro n (. ) Alegere scărilor de măsură prin curenţii de cp de sclă în relţi CSk = ( k+ ) nk ; k =,...,( n ) (. ) permie deducere recursivă rezisenţelor de şun R Sk. Ampermerele cu mi mule scări se relizeză pe bz micrompermerelor de mică sensibilie ( CS µa) l cre orgnul mobil ese, de regulă, pe x cu lgăre. Se consruiesc penru curenţi de cp de sclă în serie normliză: CS = 0,; 0,; ; 0; 0 A, mi rr penru curenţi de cp de sclă mi mici. C precizie cesor mpermere se încdreză în cls 0, şi 0,5 în vrin de lboror şi în cls ;,5 (mi rr,5) în vrin de blou (vrină cre se uilizeză în czul pnourilor elecrice su penru măsurăori de curenţi mri).... Volmerul mgneoelecric de curen coninuu Se consideră configurţi din figur.7.

5 8 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 9 R i, CS igur.7. Configurţi fundmenlă unui volmeru mgneoelecric Pornind de l lege lui Ohm, se observă că = ( R + ) (. 4) respeciv, în czul în cre se inge curenul de cp de sclă CS = ( R + R i ) CS (. 5) că se impune o ensiune de cp de sclă CS, penru un insrumen mgneoelecric cu un curen de cp de sclă CS d, rezulă o rezisenţă diţionlă serie CS R = (. 6) În czul unui volmeru cu mi mule scări (fig..8) rezulă penru scr k R i, CS R R R R n- R n n- n CS ( k+ ) CSk ( k+ ) = (. ) CS 0 R Rezisenţele diţionle sun în generl de vlori mri, chir fore mri în comprţie cu rezisenţ inernă R i insrumenului mgneoelecric. Rezisenţ inernă R in volmerului pe scr k ese R = k CSk in, k = + (. ) i= deci vriză de l o scră l l. Se obişnuieşe să se considere o ceeşi vlore normă l ensiune de cp de sclă penru oe scările n, k = [ Ω ] V (. ) CSk CS cre se doreşe să fie câ mi ridică, cee ce însemnă că volmeru respeciv v consum mi puţină energie din monjul de măsură. Volmerele de blou u 0,5 kω/v, ir cele de lboror 5 50 kω/v (volmerele elecronice de c.c. sigură cel puţin MΩ/V). ensiunile de cp de sclă CSk se leg din seri normliză CS = 0,; 0,; ; ; 0; 0; 00; 00 V. Precizi cesor volmere ese ceeşi c şi l mpermerele mgneoelecrice. Ese de reţinu că insrumenul mgneoelecric ese fore sensibil l suprcurenţi. Asfel, o soluţie ese uilizre unor sigurnţe fuzibile fore rpide şi/su diode semiconducore conece în prlel cu insrumenul (fig..9) igur.8. Schem unui volmeru cu mi mule scări k CSk = (. 7) i= ir penru scr (k+) k+ CS ( k+ ) = (. 8) i= sfel că rezisenţ diţionlă serie de ordin (k+) ese CS ( k+ ) CSk R( k+ ) = (. 9) Cu noţi CS 0 = (. 0) rezisenţ diţionlă serie de ordin (k+) ese R i, CS igur.9. Proecţi cu diode semiconducore unui volmeru mgneoelecric că diodele sun cu siliciu, penru ensiuni < CS = CS 0, V curenul prin diode nu depăşeşe μ A, deci nu se şuneză insrumenul. Penru ensiuni > 0, 7 V, diod polriză direc se deschide puând conduce un curen de 0 00 ma, şunând insrumenul. Penru curenţi mi mri cre persisă un imp reliv lung (de ordinul milisecundelor) diodele se po srăpunge, deci ese necesră o sigurnţă fuzibilă penru proej insrumenul în cese siuţii. R

6 40 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 4... Ale insrumene elecromecnice... nsrumenele feromgneice Sun mi simple, mi robuse l suprsrcină şi mi iefine decâ cele mgneoelecrice, însă u consum propriu mul mi mre ( 5 W). Se consruiesc c pre de lboror (cls 0, şi 0,5) şi mi les c pre de blou (cls,5 şi,5) penru energeică. Mecnismul de măsură. În recu se uiliz mecnismul cu rcţie (fig..0), ir în prezen cel cu respingere (fig..0b). În mbele czuri resorul ngonis () nu ese prcurs de curen () cee ce-i conferă cesui mecnism o robuseţe mi mre l suprcuren şi, implici, o sigurnţă mi mre de funcţionre. α α 4 b.. igur.0. nsrumenul feromgneic uncţionre se bzeză pe rcţi rmăurii feromgneice () de căre bobin () prcursă de curenul de măsur (fig..0) su pe respingere cesei (fig..0b rmăurile feromgneice şi 4 sun mgneize în celşi sens de căre bobin ). În bobin () cu inducivie L şi prcursă de curenul, se înmgzineză energi W = L / doriă cărei pre cuplul civ: d dl M = L = (. 4) dα dα cre soci cu cel rezisen (.96) conduce l ecuţi de funcţionre: dl α = (. 5) dα că dl / dα = cons., scr prului rezulă părică. Prinr-o modificre decvă pieselor şi 4 (fig..0b) se poe obţine scr uniformă pe proximiv două reimi din lungime. Regljul poziţiei cului indicor l cp de scră se fce prin roire cilindrului pe luminiu pe cre ese fixă rmăur 4 (fig..0b). Prin uilizre şunurilor semănăor czurilor insrumenelor mgneoelecrice se relizeză uzul insrumene ferodinmice de ip mpermeru ( CS = 0,0 00 A) şi volmeru ( CS =,5 600 V) â în vrin blou (cls,5) penru plicţii energeice, câ şi în ce de lboror (cls 0,5 şi 0,). În czul măsurării unui curen lerniv, doriă inerţiei mecnice mri cul indicor v oscil în jurul mediei părului vlorii insnnee curenului, cee ce fce c insrumenul feromgneic să măsore vlore eficce curenului.... nsrumenele elecrodinmice Aprele de măsură elecrodinmice (fig..) funcţioneză pe bz inercţiunii dinre fluxurile mgneice cree de bobin fixă () şi bobin mobilă () limenă prin resoruri spirle (). α igur.. nsrumenul elecrodinmic În sisemul form de cese două bobine cu induciviăţi proprii L şi L şi inducivie muulă M se înmgzineză energi: W = L + L + M (. 6) doriă cărei i nşere cuplul civ dw dm M = = (. 7) dα dα Penru o deviţie cului indicor proporţionlă cu inducnţ muulă ( M = kα ) cuplul civ devine M k = (. 8) expresie cre, sociă cu (.90), conduce l ecuţi de funcţionre

7 4 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 4 k α = (. 9) unde k ese o consnă ce depinde de dimensiunile bobinelor. Se observă că deviţi ese proporţionlă cu produsul celor doi curenţi. Regljul l cp de scră se fce prin roire bobinei fixe în jurul xului de susţinere bobinei mobile. L funcţionre în curen lerniv cei doi curenţi din bobine: i = sinω; i = sin( ω ϕ) (. 0) produc cuplul insnneu m = ki i. Însă l frecvenţe de pese 5-0 Hz orgnul mobil nu mi poe urmări pulsţiile imprime de m şi se sbileşe înr-o poziţie corespunzăore cuplului mediu pe o periodă (principiul inegrării prin inerţie mecnică), dică: M = m d k cos k cos(, ) = ϕ = (. ) 0 şi deci: k α = cos(, ) (. ) Prin urmre, în curen lerniv, mecnismul elecrodinmic măsoră produsul sclr doi curenţi. Mecnismul elecrodinmic se uilizeză l relizre de mpermere (fig..; penru cpbiliăţi de curen mi ridice fiind necesră uilizre rezisenţelor de şun - fig..b), volmere (fig..) şi wmere (fig..), oe cu precizie reliv ridică (cls 0,; 0, şi 0,5). igur.. Ampermerul elecrodinmic R igur.. Volmerul elecrodinmic b R S i * * R igur.4. Volmerul elecrodinmic L cese pre scr, în mod nurl, ese părică, însă, prinr-o modelre corespunzăore ermenului M(α), se poe obţine o linirizre sisfăcăore scării pe ulimele două reimi le cesei. În configurţi de mpermeru bobinele fixe () se legă în serie cu bobin mobilă (). Asfel, în curen coninuu indicţi insrumenului ese k α = (. ) ir în curen lerniv k α = ef (. 4) În configurţi de volmeru se porneşe de l ce de mpermeru l cre se dugă o rezisenţă diţionlă R serie, de vlore ridică. În configurţi de wmeru bobinele fixe () sun lege în serie în circui, fiind prcurse de curenul i de măsur. Bobin mobilă (), de obicei cu o rezisenţă diţionlă R serie de vlore ridică, ese legă în prlel, vând deci plică ensiune de măsur. Cum rezisenţ diţionlă re o vlore cu mul mi mre decâ rezisenţ proprie bobinei mobile, în curen coninuu = = = u = i, se obţine R R k α = = k0p (. 5) R ir în curen lerniv (cu mpliudinile =, = ) se obţine, penru o R vlore ridică rezisenţei diţionle ( R >> ωl ) k α = cos(, ) = k0p (. 6) R unde P ese vlore medie puerii. Se consă că insrumenele elecrodinmice sun insrumene de â de curen coninuu, câ şi de curen lerniv (măsurând vlorile eficce le mărimii de măsur) de precizie reliv ridică (c = 0, 0,5), dr cre u un consum propriu ridic. Sensul indicţiei depinde de modul de conecre i u

8 44 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 45 bobinelor. Preţul de cos ese desul de mre. Ese sensibil l câmpuri mgneice exerne (poe fi ecrn).... nsrumenele elecrosice nsrumenele elecrosice sun volmere cu performnţe bune l frecvenţe ridice, dr cre po funcţion şi în curen coninuu. Prezină vnjul că u consum nul în curen coninuu şi reliv mic în curen lerniv până l frecvenţe de câţiv MHz, însă u sensibilie slbă ( CS de regulă nu coboră sub 50-00V). În prezen se uilizeză l măsurre ensiunilor înle (zeci de kv) înro gmă lrgă de frecvenţe. uncţionre. Înre rmăur fixă şi elecrodul din figur.5 se formeză condensorul de cpcie lernive plice, ir relţi (.9) ese vlbilă şi în curen lerniv dcă ensiune reprezină vlore eficce. Penru linirizre scării se modifică form elecrodului mobil c în figur.5b. Volmerele elecrosice sun simple, precise, u consum nul în curen coninuu şi mic în curen lerniv (până l ordinul megherzilor), însă nu po supor suprensiuni deorece resorul ngonis () ese inclus în circuiul elecric l prului....4 nsrumenele cu lmelă bimelică Acese pre se bzeză pe deformre unei lmele bimelice (reliză de obicei din invr şi lmă) provocă de încălzire cesei de căre curenul de măsur (fig..6). L încălzire păur din lmă se dilă, ir ce de invr nu şi, c urmre, lm se deformeză curbându-se (fig..6b). α x α x lmă y invr α α = K lmel bimelică igur.5. Volmerul elecrosic C = C 0 + kα (. 7) unde C 0 şi k sun consne, cre înmgzineză energi W = ( / ) C x doriă cărei pre cuplul civ dw k M d = = (. 8) α cre, împreună cu cuplul rezisen ngonis M r = α, deermină ecuţi de funcţionre: k α = (. 9) În curen lerniv rebuie să se ţină con că nsmblul mecnic re o inerţie ridică, drep cre indicţi insrumenului v fi dă de medi relţiei (.9). Alfel spus, insrumenul măsoră vlorile eficce le ensiunii b b y = c ( - ) igur.6. nsrumenul cu lmelă bimelică Săge y, cre pre c rezul l deformării, ese proporţionlă cu diferenţ de emperură ( ) cesei şi, cum emperur lmelei de lmă ( ) ese proporţionlă cu, ir emperur lmelei de invr, eglă cu ce mediului mbin ( ) rămâne consnă, rezulă că: y c.. că se îndoie lmel bimelică în formă de spirlă şi i se fixeză cpăul inerior de un x pe lgăre, ir l cpăul exerior i se moneză un c indicor, se obţine un mecnism de ip mpermeru (fig..6c) cu ecuţi de funcţionre părică: α = k. L mecnismul cu lmelă bimelică resorul ngonis lipseşe, cuplul rezisiv M r fiind d de forţele elsice din ineriorul celor două mele. c

9 46 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 47 ependenţ părică indicţiei insrumenului cu mărime (curenul) de măsur şi inerţi mre de nură mecnică fce c indicţi cesui insrumen în curen lerniv să fie vlore eficce cesui. Mecnismul de măsură cu lmelă bimelică ese simplu (cel mi simplu), fore robus (â mecnic, câ şi l suprcurenţi), re un cuplu civ puernic (proximiv de 000 de ori mi mre decâ l mecnismul mgneoelecric), nu ese influenţ de form curbei curenului, poe funcţion în curen coninuu şi în curen lerniv până l frecvenţe de zeci de khz, însă re inerţie ermică mre (imp de răspuns de ordinul minuelor) şi precizie scăzuă ( 5 %) din cuz vriţiei emperurii mediului mbin. Se uilizeză mi les l relizre de mpermere penru curenţi mri, de josă (udio) frecvenţă, precum şi l wmere, pe principiul ridicării l păr. Mecnismul cu lmelă bimelică se uilizeză mul şi în plicţiile elecroehnice l relee de proecţie de suprsrcină penru moorele elecrice. e semene, se uilizeză pe scră lrgă şi l relee de emperură mul uilize în ermoreglre indusrilă şi csnică (mşini de călc, frigidere, ec)... Volmere elecronice nlogice... Volmere elecronice nlogice de curen coninuu Penru creşere sensibiliăţii schemei şi impednţei de inrre se po uiliz componene elecronice cive su psive în srucur volmerelor nlogice. O schemă bloc generlă unui volmeru ce curen coninuu ese reprezenă în figur.7. În ces cz enuorul clibr e reliz cu juorul unui divizor rezisiv, sigurând o impednţă de inrre consnă şi fore mre, de pese 0 MΩ. Penru eliminre semnlelor perurbore lernive ce po pre l inrre se uilizeză un filru rece jos (J), urm de un circui de proecţie l suprensiuni (blocul urmăor, reliz în generl cu dispoziive cive rnzisore, circuie inegre se poe disruge dcă semnlul plic depăşeşe numie vlori limiă în ensiune). Amplificorul de curen coninuu rebuie să ibă o impednţă de inrre fore mre sfel încâ să nu şuneze divizorul. x Aenuor clibr J Proecie Ampl.c.c. ig..7. Schem bloc volmerelor de curren coninuu Principlele probleme cre pr în czul uilizării cesor mplificore sun cele lege de ensiunile de declj ce pr în blocul de mplificre (fenomen ipic mplificorelor şi cre conduce l o erore sisemică, de zero) şi de fenomenul de derivă ermică ipic dispoziivelor cive mplificore in punc de vedere l relizării ehnice, exisă două modliăţi de relizre mplificorelor de curen coninuu şi nume: uilizre unor mplificore cu cuplje direce (inroducere unor condensore de cuplj, cre elimină componen coninuă, nu permie relizre de mplificore de curen coninuu; lfel prezenţ lor r permie un grd de libere suplimenr în relizre circuielor de polrizre l dispoziivelor cive din ejele mplificore); uilizre unor mplificore cu modulore-demodulore (cu comuore su choppere); funcţi de modulre presupune rnsformre unor proprieăţi l semnlelor, de exemplu bnd de frecvenţe ocupe de semnl, în vedere rnsmierii mi lesniciose unei informţii, ir demodulre reprezină operţi inversă. În czul uilizării unor mplificore cu cuplje direce, se folosesc ş-numiele mplificore "insrumenle" su "de măsură". Acese sun în generl prezene sub form unor mplificore inegre, monoliice, su hibride, crcerize prin exisenţ unei recţii negive puernice, ce sigură: - sensibiliăţi mici l fcorii perurbori; - fcor de rejecţie de mod comun mre; - ensiune de declj şi derivă ermică fore mici; - un conrol şi o sbilie rigurosă mplificării. În czul unor pre mi puţin preenţiose, cu ensiune cp de sclă CS >0,V şi l cre se ccepă un reglj iniţil de zero înine de efecure măsurării se po uiliz şi mplificore relize cu elemene discree.

10 48 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici Volmere elecronice nlogice de curen lerniv Srucur unui volmeru de curen lerniv ese prezenă în figur.8. Sun posibile două vrine în funcţie de plsre mplificorului. Converor c.. c.c. Amplif. c.c Amplif. c.c Converor c.. c.c. Volmeru c.c Măsoră componen medie ig..8. Volmere de curen lerniv Volmeru c.c Aş cum se observă din figură un volmeru de curen lerniv ese form dinr-un converor, cre convereşe un din mărimile specifice ensiunii lernive înr-o ensiune coninuă, şi un volmeru de curen coninuu. Penru duce semnlul l o vlore decvă măsurării se poe inroduce şi un mplificor de curen coninuu. În funcţie de ipul converorului volmerele de curen lerniv se po clsific în: Volmere de vârf Volmere de vlori medii Volmere de vlori eficce.... Converor ensiune de vârf ensiune coninuă Converorul ensiune de vârf ensiune coninuă mi ese cunoscu şi sub numele de deecor de vârf, de mpliudine su de frecvenţă. El poe fi reliz în vrină serie su vrină prlel, după cum urmeză: eecorul serie (figur.9) ese uiliz de obicei c demodulor penru semnle MA în rdiorecepore. Nu ese folosi în volmere deorece nu sepră curenul coninuu de cel lerniv. eecorul prlel (figur.9b) ese vrin folosiă în volmere deorece permie seprre componenei coninue de ce lernivă. u c () u() R C ) eecor serie u() C R i d () b) eecor prlel u 0 () ig..9. Converorul ensiune de vârf ensiune coninuă V m În coninure se v sudi funcţionre cesui deecor. În nliz făcuă s- presupus diod idelă. Se vor no cu u C () respeciv cu u 0 (), ensiunile l bornele condensorului C respeciv le diodei. Se presupune consn de imp volmerului RC mul mi mre decâ period semnlului (RC >> ). ensiunile u(), u C () şi u 0 () sun prezene în figur.40. V+ u() u c () - V+ u 0 ()= u()- u c () ig..40. ormele de undă în czul deecorului prlel Condensorul se încrcă rpid prin diod, presupusă idelă, până când ensiune inge vlore mximă, V+. Când ensiune de l inrre începe să scdă, ensiune pe diodă devine u 0 () = u() uc () = u() V + < 0 şi diod se blocheză, condensorul descărcându-se prin rezisenţ R mul mi len doriă consnei de imp mri. ensiune pe condensor v rămâne l vlore mximă, vând mici vriţii în jurul cesei vlori doriă descărcării condensorului prin R în inervlele în cre u() < uc (). Acese vriţii sun mul mi mici decâ V+, dcă RC>>, şi po fi neglije. ensiune u 0 () ese dă de relţi u () = u() uc () (. 40) n insrumen de curen coninuu (cum r fi de exemplu un insrumen mgneoelecric) v indic vlore medie cesei ensiuni ms = u0 () = u() uc () = u() V + = V + u() (. 4) Se observă că diod ese prcursă de curen un inervl de imp fore scur (mi puţin de o semiperiodă). n sfel de deecor se mi numeşe şi deecor clsă C. eecorul dugă pese ensiune u() o componenă coninuă eglă cu ensiune de încărcre condensorului. Acesă ensiune ese chir ensiune de vârf (poziivă în czul nosru) semnlului. că semnlul u() re vlore medie nulă ensiune indică de insrumenul de măsură v fi ms = V + 0 = V + (. 4) În cese condiţii deecorul funcţioneză c un volmeru de vârf.

11 50 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 5 că se inverseză sensul diodei se obţine un deecor de vârf negiv, deorece în ces cz diod se v deschide pe lernnţele negive, ir condensorul se v încărc l vlore V-. ms = u0 () = u() V (. 4) ms = V, dcă u () = 0 (. 44) Penru un semnl sinusoidl ces pr măsoră mpliudine semnlului ms = V + = V = (. 45) În mod uzul ces pr ese elon în vlori eficce penru semnl sinusoidl, penru ve o similiudine cu elonre în curen coninuu (din punc de vedere energeic vlore eficce ese ce cre corespunde unei ensiuni coninue cre produce celşi efec). r ces lucru re drep efec că, în prcică, penru ensiuni cu lă lege de vriţie decâ ce sinusoidlă, volmerul v indic nu vlore eficce, ci o vlore cu ori mi mică decâ vlore de vârf semnlului. În czul rel, diod prezină â o rezisenţă serie unci când conduce, câ şi o recere grdulă de l sre de blocre l sre de conducţie. Crcerisic curen ensiune diodei (curenul cre rece prin diodă d în funcţie de cădere de ensiune d pe ces, în sensul conducţiei) ese dă în figur.4. nenulă R d. În fore mule siuţii, dcă ensiune d ese mre, se poe proxim crcerisic cu cesă simpoă 0 ; d V p d = d V p (. 46) ; d > V p Rd Prcic puem vorbi de un prg de deschidere l diodei, V p, cre, penru diodele de siliciu, re o vlore de cc 0,6 0,7 V. ouşi, dcă ensiune plică diodei nu depăşeşe V, proximre.46 conduce l erori inccepbile unui insrumen de măsură, moiv penru cre pe sfel de scări cu CS = V se preferă o elonre neliniră sclei prului, cre să compenseze nelinirie diodei.... Converor vlore medie bsoluă ensiune coninuă Converorele vlore medie bsoluă ensiune coninuă sun forme dinr-un redresor mono su dublă lernnţă urme de un volmeru de vlori medii. Redresre se relizeză cu juorul diodelor. În exemplul prezen se consideră că diodele sun idele: ensiune de prg ese zero, crcerisic ese liniră. În relie cese condiţii nu sun indeplinie fiind necesră plicre unor procedee de linirizre. n exemplu de deecor monolernnţ ese prezen în figur.4. Crcerisic indelă (R d =0) d Crcerisic relă ilru u() R u R rece V Jos m u R() u() m Crcerisic indelă (R d >0) eecor monolernnţă ig..4. Converor vlore medie bsoluă ensiune coninuă ig..4. Converor vlore medie bsoluă ensiune coninuă Se consă că doriă unei rezisenţe serie proprii R d nenule crcerisic curen ensiune re o pnă nenulă dă de cesă rezisenţă, conform legii lui Ohm. Pe de lă pre, doriă fenomenelor cunice ce pr în joncţiune semiconducore diodei, l ensiuni poziive fore mici plice diodei curenul creşe fore puţin, lur crcerisicii fiind ce din figur.4. L ensiuni mi mri crcerisic se propie simpoic de o drepă prlelă cu ce cre rezulă penru o diodă idelă cu rezisenţă serie V p d iod se deschide dor pe lernnţ poziivă ensiunii u(), ensiune pe rezisenţ R fiind în ces cz eglă cu u(). Pe lernnţ negivă diod ese blocă, curenul cre o prcurge v fi nul şi, în consecinţă, ensiune pe rezisenţă v fi nulă în ces cz. upă deecor se poe inroduce un volmeru de vlori medii (exemplu un volmeru mgneoelecric) su un filru rece jos penru exrge componen coninuă, urm de un volmeru de curen coninuu. Penru obţinere unui redresor dublă lernnţă se poe înlocui diod cu o pune de diode.

12 5 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Măsurre ensiunilor şi curenţilor elecrici 5... Volmeru de vlori pseudoeficce Schem bloc unui volmeru de vlori pseudoeficce ese reprezenă în figur.4. Aces ese form dinr-un volmeru de vlori de vârf, un volmeru de vlori medii bsolue, două mplificore cu ordin de muliplicre k, respeciv k, un sumor şi un volmeru de curen coninuu. Volmerul de vlori pseudoeficce deermină vlore efecivă măsurând vlore medie bsoluă şi vlore de vârf ensiunii. u() V M v m k k Σ ig..4. Volmeru de vlori pseudoeficce ensiune măsură de volmerul de curen coninuu, ind, ese dă de relţi ind = k v + k m (. 47) Se observă că legând corespunzăor prmerii k şi k ensiune măsură poe să fie eglă cu vlore efecivă penru două ipuri de semnle ind = ef. Penru exemplificre vom consider două semnle s(), d(). Penru deerminre coeficienţilor k, k, scriem sisemul de ecuţii s s s ef = k v + k m (. 48) d d d ef = k v + k m ndicii s, d semnifică ipul semnlului. Împărţind prin ef se obţine s = kkv + k s K (. 49) d = kkv + k d K cu soluţiile s d d s s d k k ( kv kv ) k k k =, k s s d d = (. 50) d d s s k K k k k K k k V V V V V Rezolvre: Conform exemplului nerior penru semnlul sinusoidl respeciv semnlul drepunghiulr se obţin urmăorii prmerii specifici: Semnl sinusoidl: A A π m = ; ef = ; v =A; K = =, ; K V = π (. 5) Semnl drepunghiulr simeric: m =A; ef =A; v =A; K =; K V = (. 5) Ţinând con de cese vlori şi de expresiile penru k şi k se obţine k = 0,9, k = 0,8. b) Penru semnl riunghiulr indicţi volmerului v fi ef = k V k m A 0,9 0,8 0, 59A ind + = + = (. 5) Erore făcuă de pr v fi A 0,59A ef ef ind ε = = s =,% A ef (. 54) EXEMPLL: Cu un volmeru mgneoelecric vând scări penru măsurre ensiunilor coninue şi lernive, cu redresor dublă lernnţă, se fc urmăorele măsurăori penru ensiune periodică din figur.44: pe scr de curen coninuu se măsoră =4V; pe scr de curen lerniv se măsoră =7,77V. ) Şiind că pe scr de curen lerniv volmerul ese elon în vlori efecive penru semnl sinusoidl, să se clculeze ensiunile E şi E dcă vlore lui τ=/. b) Ce v indic volmerul în cele două czuri dcă τ=/. E E u() τ EXEMPLL : Să se deermine consnele k, k sfel încâ volmerul să măsore ensiune efecivă penru semnl sinusoidl şi semnl drepunghiulr simeric de medie nulă. Să se clculeze erore pe cre o fce ces volmeru l măsurre unei ensiuni riunghiulre simerice, de medie nulă. Rezolvre: ig..44. ensiune plică volmerului

13 54 MĂSRĂR ÎN ELECRONCĂ Ş ELECOMNCAŢ Pe scr de curen coninuu volmerul măsoră vlore medie semnlului de inrre. În consecinţă indicţi prului în primul cz v fi = u() = u() d = Eη + E( η) (. 55) 0 τ unde η ese fcorul de umplere, η =. În curen lerniv volmerul măsoră ensiune medie bsoluă semnlului şi poi o convereşe l vlore efecivă cu juorul fcorului de formă penru semnl sinusoidl s s = mk = u() d K 0 (. 56) Se obţine s = ( Eη E( η) ) (. 57) Se formeză sisemul Eη + E( η) = 4V 7,77 (. 58) ( ) Eη E η = = 7V s K Soluţiile sisemului sun penru η=/ E = V, E = V (. 59) b) Penru η = volmerul v indic 5 = V, = 6, 9V (. 60) K