instrumente masurare

8/15/2019 Instrumente masurare

1/50


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


3/50

1. Noţiuni de bază. Clasificări aleinstrumentelor de măsurare


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 .


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;


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).


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


8/50

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


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).


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.


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).


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 )


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).


14/50



15/50


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.


16/50




17/50



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


18/50


Instrument cu magnet mobil

1 – magnet permanent, mobil2 – magnet de direcţionare

3 – dispozitiv de corecţie (a magnetului)

4 – bobină fixă

5 – dispozitiv de amortizare


19/50


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°.


20/50


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


21/50


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


22/50


Logometru magnetoelectric

Sub acţiuneaN S

cos11 NBSi M

2

cos22 NBSi M

021 M M 2

1

iitg


23/50

4. Instrument feromagnetic


24/50


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


25/50


Dispozitiv feromagnetic

cu atracţie


26/50


Dispozitiv feromagnetic cu repulsie


27/50


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


28/50


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


29/50


Logometru feromagnetice

6

1

12

3 4

5


30/50


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).


31/50

5. Instrument electrodinamic (ferodinamic)


32/50


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


33/50



Utilizarea instrumentului electrodinamic în calitate de

miliampermetru


34/50



Utilizarea instrumentului electrodinamic în calitate de ampermetru


35/50



Utilizarea instrumentului electrodinamic în calitate de wattmetru


36/50


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


37/50


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


38/50



39/50


Construcţie şi funcţionare (voltmetru)

ecran

2

2

1

1

1

U

U

Instrument electrostatic cu variaţia suprafeţei active a armăturilor.


40/50


Voltmetru electrostatic

1 – palete fixe

2 – paleta mobilă3 – dispozitivul de amortizare

4 – sistemul de transmisie


41/50


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


42/50

7. Instrument bimetalic


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


44/50



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.



46/50



47/50

I

1

2

3 4 5

6

U

~ U

B


).,(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


48/50



49/50

1 – fir încălzitor

2 – fir-transmisie

3 – fir-extensor

4 – corector de nul

5 – amortizor inductiv

6 – arc (creare cuplu rezistent)



50/50

recapitulare

instrumente masurare

Documents