4. Măsurarea tensiunilor şi a curenţilor electrici oltmetre electronice analogice
oltmetre de curent continuu Ampl.c.c. x FTJ Protectie Atenuator calibrat Atenuatorul calibrat divizor rezistiv R in const. R in >>10 M
oltmetre de curent continuu Ampl.c.c. x FTJ Protectie Atenuator calibrat FTJ circuit de protecţie la supratensiuni
oltmetre de curent continuu Ampl.c.c. x FTJ Protectie Atenuator calibrat Amplificatorul de curent continuu R in foarte mare
oltmetre de curent continuu Ampl.c.c. x FTJ Protectie Atenuator calibrat Instrumentul indicator: instrument cu ac sau voltmetru numeric
oltmetre de curent alternativ 2 variante: Convertor c.a. c.c. Amplif. c.c Amplif. c.c Convertor c.a. c.c. oltmetru c.c Măsoară componenta medie oltmetru c.c oltmetrul de curent alternativ este format din un convertor un amplificator de curent continuu (opţional) un voltmetru de curent continuu.
oltmetre de curent alternativ Clasificare în funcţie de tipul convertorului: oltmetre de vârf oltmetre de valori medii absolute oltmetre de valori eficace
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Convertorul tensiune de vârf tensiune continuă (detector de vârf, de amplitudine) variantă serie sau paralel: u c (t) D R C C R i d (t) D u 0 (t) m a) Detector serie b) Detector paralel
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Detectorul serie demodulator pentru semnale MA în radioreceptoare nu este folosit în voltmetre nu separă c.c de c.a. Detectorul paralel folosit în voltmetre de c.a. separă c.c de c.a. u c (t) D R C C R i d (t) D u 0 (t) m a) Detector serie b) Detector paralel
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă u c (t) C R i d (t) D u 0 (t) m se presupune RC >> T când crește D deschisă u c (t)=
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă u c (t) când scade C R i d (t) D u 0 (t) m u t u t u t u t 0 C 0 D - blocată C se descarcă prin R mult mai lent (RC mare) + u c (t) t u 0 (t) = - u c (t) - + t
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Tensiunea u 0 (t) este u t u t u t 0 C n instrument de curent continuu indică: u t u t u t u t u t mas 0 C C u c (t) R i d (t) D u 0 (t) m + u c (t) u 0 (t) = - u c (t) t - + t
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă detector clasă C Dacă ut 0 0 mas voltmetru de vârf negativ
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă Dacă inversăm D D se deschide pe alternanţele negative C se încărcă la valoarea - se obţine un detector de vârf pozitiv u t u t u t mas 0 mas ut 0 dacă Pentru un semnal sinusoidal acest aparat măsoară amplitudinea semnalului mas
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă de regulă etalonat în valori eficace pentru semnal sinusoidal, pentru a avea o similitudine cu etalonarea în curent continuu din punct de vedere energetic valoarea eficace este cea care corespunde unei tensiuni continue care produce acelaşi efect. în practică voltmetrul va indica nu valoarea eficace, ci o valoare de 2 ori mai mică decât valoarea de vârf a semnalului.
Convertor tensiune de vârf-tensiune continuă În cazul real, dioda prezintă atât o rezistenţă serie atunci când conduce, cât şi o trecere graduală de la starea de blocare la starea de conducţie. Caracteristica ideală (R d =0) I d Caracteristica reală Caracteristica ideală (R d >0) p d
Convertor valoare medie absolută tensiune continuă redresor m.a. sau d.a. + un voltmetru de valori medii Dioda se deschide doar pe alternanţa pozitivă u R (t)= Filtru D R u R Trece Jos m u R (t) m Detector monoalternanţă t
Convertor valoare medie absolută tensiune continuă voltmetru de valori medii (ex. voltmetru magnetoelectric) sau FTJ + voltmetru de curent continuu Filtru D R u R Trece Jos m u R (t) m Detector monoalternanţă t
oltmetru de valori pseudoeficace k 1 v Σ M ma k 2 ind
oltmetru de valori pseudoeficace k k ind 1 v 2 ma k 1 M v ma k 2 Σ ind
oltmetru de valori pseudoeficace Alegând corect k 1 şi k 2 ind = ef pentru două tipuri de semnale Exemplu: două semnale s(t), d(t) k k k k s s s ef 1 v 2 ma d d d ef 1 v 2 ma Indicii s, d semnifică tipul semnalului
oltmetru de valori pseudoeficace Împărţind prin ef se obţine 1 k K 1 k K cu soluţiile k 1 k k k K k k s d F F s s d d F F 1 k K s 1 2 1 k K d 1 2 s F k d F 2 K K F k k k k ef d s s d F F k K k k d d s s F F ef ma
oltmetru de valori pseudoeficace EXEMPLL1 : Să se determine constantele k 1, k 2 astfel încât voltmetrul să măsoare tensiunea efectivă pentru semnal sinusoidal şi semnal dreptunghiular simetric de medie nulă. Să se calculeze eroarea pe care o face acest voltmetru la măsurarea unei tensiuni triunghiulare simetrice, de medie nulă.
oltmetru de valori pseudoeficace pentru semnalul sinusoidal se obţin: v pentru semnalul dreptunghiular simetric: ma A ma A 2A ef ef A A 2 K F v A K 1 K 1 Ţinând cont de aceste valori şi de expresiile pentru k 1 şi k 2 se obţine: k 0,19; k 0,8 k 1 K K K K K K s d F F s s d d F F 1 2 K 2 1,11 2 2 k F K K 2 d d s s K KF K KF F K K K K d s s d F F ef ef m
oltmetru de valori pseudoeficace Pentru semnal triunghiular indicaţia voltmetrului va fi t t 1 ef ind k1 k2 ma A 0,19 0,8 0,59A 2 Eroarea făcută de aparat va fi s A t 0,59A ef ef ind 3 2,1% t A ef 3
oltmetru de valori pseudoeficace Exemplu de realizare practică
oltmetru de valori pseudoeficace EXEMPLL2: Cu un voltmetru magnetoelectric având scări pentru E 1 măsurarea tensiunilor continue şi τ alternative, cu redresor dublă E 2 alternanţă, se fac următoarele măsurători pentru tensiunea periodică din figură: pe scara de curent continuu se măsoară 1 =4; pe scara de curent alternativ se măsoară 2 =7,77. a) Ştiind că pe scara de curent alternativ voltmetrul este etalonat în valori efective pentru semnal sinusoidal, să se calculeze tensiunile E 1 şi E 2 dacă valoarea lui τ=t/2. b) Ce va indica voltmetrul în cele două cazuri dacă τ=t/3. T t
oltmetru de valori pseudoeficace Pe scara de curent continuu voltmetrul măsoară valoarea E 1 medie a semnalului de intrare τ T 1 T E 2 1 ut utdt E1 E2 1 T 0 unde η este factorul de umplere, T În curent alternativ voltmetrul măsoară tensiunea medie absolută a semnalului şi apoi o converteşte la valoarea efectivă cu ajutorul factorului de formă pentru semnal sinusoidal 1 T s s 2 makf ut dt K 0 F T t
oltmetru de valori pseudoeficace Se obţine: E E K F 2 1 2 1 s Se formează sistemul E1 E21 4 7,77 E1 E21 7 s KF Soluţiile sistemului sunt pentru η=1/2 E 11, E 3 1 2 b) Pentru η=1/3 voltmetrul va indica 5 1, 2 6,29 3