aparate de masura - ampermetrul

35
Cuprins CUPRINS.................................................................1 ARGUMENT................................................................2 CAPITOLUL I. MIJLOACE SI METODE DE MĂSURARE.............................3 I.1 APARATUL DE MĂSURAT..................................................3 I.2 CARACTERISTICILE METROLOGICE ALE APARATELOR DE MĂSURAT.....................4 CAPITOLUL II. APARATE DE MĂSURAT ELECTRICE..............................6 II.1 APARATE DE MĂSURĂ ANALOGICE......................................7 II.2 APARATE DE MĂSURĂ DIGITALE......................................10 CAPITOLUL III. MĂSURAREA TENSIUNILOR SI CURENȚILOR ELECTRICI...........11 III.1 MONTAREA AMPERMETRELOR ÎN CIRCUIT..............................11 III.2 EXTINDEREA DOMENIULUI DE MĂSURARE LA AMPERMETRE................12 III.3 AMPERMETRE CU MAI MULTE DOMENII DE MĂSURARE....................13 III.4 AMPERMETRE ANALOGICE..............................................14 III.5 AMPERMETRE MAGNETOELECTRICE.........................................15 III.6 AMPERMETRE FEROELECTRICE...........................................16 III.7 AMPERMETRE TERMOELECTRICE..........................................17 III.8 AMPERMETRU ELECTRONIC DE CURENT CONTINUU..............................18 CAPITOLUL IV. N.T.S.M. ŞI P.S.I. ÎN MĂSURĂRI ELECTRICE.................20 IV.1 NORME DE PROTECŢIA MUNCII...........................................20 IV.2 ACCIDENTE ELECTRICE................................................21 IV.3 PAZA ŞI STINGEREA INCENDIILOR........................................22 Bibliografie...........................................................24 1

Upload: nathaniel-thomas

Post on 28-Dec-2015

87 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Aparate de Masura - Ampermetrul

Cuprins

CUPRINS................................................................................................................................................... 1

ARGUMENT.............................................................................................................................................. 2

CAPITOLUL I. MIJLOACE SI METODE DE MĂSURARE..................................................................................3

I.1 APARATUL DE MĂSURAT................................................................................................................................3I.2 CARACTERISTICILE METROLOGICE ALE APARATELOR DE MĂSURAT...........................................................................4

CAPITOLUL II. APARATE DE MĂSURAT ELECTRICE......................................................................................6

II.1 APARATE DE MĂSURĂ ANALOGICE.........................................................................................................7II.2 APARATE DE MĂSURĂ DIGITALE...........................................................................................................10

CAPITOLUL III. MĂSURAREA TENSIUNILOR SI CURENȚILOR ELECTRICI......................................................11

III.1 MONTAREA AMPERMETRELOR ÎN CIRCUIT.........................................................................................11III.2 EXTINDEREA DOMENIULUI DE MĂSURARE LA AMPERMETRE.............................................................12III.3 AMPERMETRE CU MAI MULTE DOMENII DE MĂSURARE....................................................................13III.4 AMPERMETRE ANALOGICE..........................................................................................................................14III.5 AMPERMETRE MAGNETOELECTRICE..............................................................................................................15III.6 AMPERMETRE FEROELECTRICE.....................................................................................................................16III.7 AMPERMETRE TERMOELECTRICE..................................................................................................................17III.8 AMPERMETRU ELECTRONIC DE CURENT CONTINUU..........................................................................................18

CAPITOLUL IV. N.T.S.M. ŞI P.S.I. ÎN MĂSURĂRI ELECTRICE.......................................................................20

IV.1 NORME DE PROTECŢIA MUNCII...................................................................................................................20IV.2 ACCIDENTE ELECTRICE...............................................................................................................................21IV.3 PAZA ŞI STINGEREA INCENDIILOR.................................................................................................................22

Bibliografie......................................................................................................................................................24

1

Page 2: Aparate de Masura - Ampermetrul

Argument

Ştiinţa este un ansamblu de cunoştinţe abstracte şi generale, fixate într-un sistem

coerent obţinut cu ajutorul unor metode adecvate şi având menirea de a explica, prevedea

şi controla un domeniu determinat al realităţii obiective.

Descoperirea şi studierea legilor şi teoremelor electromagnetismului în urmă cu un

secol şi jumătate,au deschis o eră nouă civilizaţiei omeneşti.

Problema mecanizării în procesul de producţie a apărut odată cu primele mijloace

tehnice (obiecte, materiale) care adoptau eforturile fizice ale omului la cerinţele

intervenţiei asupra proceselor în sensul minimizării acestor eforturi. În această etapă omul

este nemijlocit legat de procesul de producţie, iar intervenţiile sale fizice şi intelectuale

sunt absolut necesare producerii de bunuri materiale. Conceptul de mecanizare a cunoscut

o continuă evoluţie în strânsă corelaţie cu evoluţia proceselor de producţie şi cu evoluţia

tehnologică.

Utilizarea unor manipulatoare, sisteme complexe de alimentare şi transport, scule şi

materiale în procesul de producţie, în cadrul unor fluxuri tehnologice bine definite

reprezentând etapă importantă în asigurarea producţiei de bunuri materiale şi în acelaşi

timp cerinţa primară în vederea trecerii la etapa automatizării.

Prin automatizarea proceselor de producţie se urmăreşte asigurarea tuturor

condiţiilor de desfăşurare a acestora fără intervenţia nemijlocită a operatorului uman.

Această etapă presupune crearea a acelor mijloace tehnice capabile să asigure evoluţia

proceselor într-un sens prestabilit asigurându-se producţia de bunuri materiale la parametrii

doriţi.

Etapa automatizării presupune existenţa proceselor de producţie astfel concepute

încât să permită implementarea mijloacelor de automatizare capabile să intervină într-un

sens dorit asupra proceselor, asigurând condiţiile de evoluţie a acestora în deplină

concordanţa cu performanţele optime.

Doresc să fac dovada gradului de pregătire în meseria”Tehnician în automatizări”

având cunoştinţe dobândite în cadrul disciplinelor de învăţământ: Măsurări Electrice şi

Electronice; Electronică Analogică; Electronică Digitală; Bazele Automatizării şi altele.

Lucrarea cuprinde 4 capitole conform tematicii primite. Pentru realizarea ei am

studiat materiale bibliografice indicat dar şi alte lucrări ştiinţifice cum ar fi: cărţi şi reviste

de specialitate şi STAS-uri. În acest fel au corelat cunoştinţele teoretice şi practice

2

Page 3: Aparate de Masura - Ampermetrul

dobândite în timpul şcolii cu cele întâlnite în documentaţia tehnică de specialitate parcursă

în perioada de elaborare a atestatului profesional.

Consider că tema aleasă în vederea obţinerii atestatului în specialitatea “Tehnician

în automatizări”, dovedeşte capacitatea mea de a sistematiza şi sintetiza cunoştinţele de a

rezolva probleme teoretice dar şi practice în specializarea dorită.

Am ales această temă de atestat ”Ampermetrul” pentru că face parte din planul de

învăţământ şi pentru că este o temă de viitor.

Capitolul I. Mijloace si metode de măsurare

I.1 Aparatul de măsurat

Tehnica de măsurare, cu ajutorul căreia se efectuează orice proces de măsurare,

conţine pe lângă metoda de măsurare si o a doua componentă: mijlocul de măsurare – ca

element “fizic” cu ajutorul căruia se aplica o metodă de măsurare în scopul realizării

experimentului ce conduce la determinarea valorii măsurandului analizat.

Mijlocul de măsurare, pe care – indiferent de complexitatea lui – îl vom denumi si

operatorul care execută măsurarea, figura 1,a. Ca urmare, sub forma sa cea mai simplă, un

aparat de măsurat poate fi considerat ca un diport căruia la intrare i se aplică un semnal X

(v. fig. 1,b) prelevat de la obiectul analizat si care reprezintă măsurandul, iar la ieşire

furnizează un semnal Y (un răspuns) sub o formă ce poate fi percepută de operator ca

rezultat al măsurării.

Fig. 1.

În general, sau mai bine zis în cazurile reale, răspunsul Y nu depinde numai de

mărimea de intrare (semnalul X ), aşa cum arată, ci si de alte mărimi care influenţează

aparatul, fără a fi “utile” (adică supuse măsurării). Aceste mărimi “perturbatoare” sunt

3

Page 4: Aparate de Masura - Ampermetrul

denumite mărimi de influență; aşa sunt mărimile ce reprezintă influenţa mediului asupra

aparatului de măsurat (ca: temperatura, presiunea, umiditatea, vibratiile s.a.), mărimi

perturbatoare electromagnetice (determinate de: câmpurile electrice, câmpurile magnetice,

undele electromagnetice, semnalele transmise prin reţeaua comună de alimentare cu

energie electrică etc.). În afara mărimilor de influență, răspunsul (mărimea de ieşire a

aparatului mai depinde si de comenzile care au fost date aparatului de măsurat, prin

elementele de comanda cu care marea majoritate a aparatelor sunt dotate.

De aceea, o reprezentare mai completă a aparatelor de măsurat este dată de schema

din figura 2.

Figura 2.

Mărimile de intrare ale aparatului de măsurat sunt caracterizate de:

natura fizică a mărimii (tensiuni electrice, curenţi electrici, rezistente etc.);

intervalul de valori măsurabile (valoarea minimă, valoarea maximă)

variaţia în timp (mărimi constante, variabile periodic, forma de undă etc.).

I.2 Caracteristicile metrologice ale aparatelor de măsurat

Ele se referă la comportarea aparatelor de măsurat în raport cu obiectul supus

măsurării, cu mediul ambiant si cu operatorul uman si, cele mai importante, sunt:

- intervalul de măsurare (domeniul de măsurare) care se exprima prin limitele, minimă si

maximă, ale valorilor ce pot fi măsurate cu un aparat dat. Domeniul de măsurare se împarte

în mai multe subdomenii, numite game (scări) de măsurare

- rezoluţia reprezintă cea mai mică variaţie a rezultatului măsurării care poate fi

observată de operator pe dispozitivul de afişare de la ieşirea aparatului de măsurat

si se exprimă ca diferenţa dintre două numere consecutive ce pot fi percepute la

4

Page 5: Aparate de Masura - Ampermetrul

afişaj.

- sensibilitatea (S) este raportul dintre variaţia Y a mărimii de ieşire si variaţia

corespunzătoare X a mărimii de intrare.

sensibilitatea relativa (Sr) se defineşte numai pentru aparatele cu mărimi de ieşire

electrica sau la convertoarele (traductoarele) utilizate la măsurări:

constanta aparatului (K) se defineşte numai pentru aparatele de măsurat la care

sensibilitatea nu depinde de mărimea de intrare X

prag de sensibilitate (S) prin care se înţelege cea mai mică variaţie a

măsurandului ce poate fi pusă în evidență cu ajutorul aparatului de măsurat, în

condiţii reale de funcţionare a lui. Acest parametru determina: precizia maximă pe

care o poate avea un aparat de măsurat si valoarea minimă măsurabilă a

măsurandului. El depinde, în principal, de: rezoluţia aparatului de măsurat, de

perturbaţiile (proprii si exterioare aparatului) si de sensibilitatea indicatorului de nul

(la aparatele care folosesc la măsurare metodele de zero);

precizia instrumentală este calitatea aparatului de a da rezultate cât mai apropiate

de valoarea adevărată a măsurandului si ea se exprimă printr-un număr numit clasa

de precizie a aparatului (sau, pe scurt, clasa aparatului) care se determina în

funcţie de eroare maximă tolerată.

- supraîncarcabilitatea reprezintă capacitatea aparatului de a suporta o valoare de

intrare mai mare decât valoarea maximă de regim permanent, pe o anumita durată

(“scurtă” sau “lungă” ce se precizează), fără ca parametrii de funcţionare ai

instrumentului să se modifice;

- fiabilitatea metrologică este dată de către durata de timp (pe termen lung) în care

aparatul funcţionează stabil (adică încadrat în limitele parametrilor de performanță,

în special clasa de precizie).

5

Page 6: Aparate de Masura - Ampermetrul

Capitolul II. Aparate de măsurat electrice

Studiul aparatelor de măsură este deosebit de important, deoarece în zilele noastre

se poate măsura pe cale electrică aproape orice mărime electrică sau neelectrică.

Pentru a putea efectua o măsurătoare se stabileşte o metodă de măsurare şi se

utilizează un mijloc de măsurare, adică un aparat de măsurat.

Aparatele de măsură pot fi clasificate, având în vedere următoarele criterii:

a) modul de afişare al rezultatului măsurării

- aparate analogice

- aparate digitale (numerice)

Aparatele analogice furnizează valoarea mărimii măsurate prin aprecierea poziţiei

unui ac indicator în raport cu reperele unei scări gradate, iar aparatele digitale furnizează

valoarea mărimii măsurate sub forma unui număr prezentat într-un afişaj.

b) principiul de funcţionare ( în cazul aparatelor analogice)

- aparate magnetoelectrice

- aparate electromagnetice(feromagnetice)

- aparate electrodinamice

- aparate cu inducţie

- aparate electrostatice

- aparate termice

- logometre.

c) mărimea măsurată: galvanometre, ampermetre, voltmetre, wattmetre, frecvenţmetre,

contoare, ohmmetre, punţi.

6

Page 7: Aparate de Masura - Ampermetrul

II.1 APARATE DE MĂSURĂ ANALOGICE

Schema bloc a unui aparat de măsură analogic este prezentată în figura 3 ( 1.1 ).

Operaţia de măsurare cu un aparat de măsură analogic cuprinde următoarele etape:

- conversia mărimii de măsurat în tensiune electrică;

- prelucrarea analogică a semnalului electric;

- afişarea cu ajutorul acului indicator;

Din punct de vedere constructiv, instrumentele de măsurare prezintă următoarele

componente:

- un dispozitiv de măsurare care funcţionează pe baza unui anumit principiu;

- un ac indicator solidar cu partea mobilă a dispozitivului de măsurare;

- un cadran cu o scară gradată liniar sau neliniar (logaritmic) în faţa căruia culisează

acul indicator;

- unul sau mai multe dispozitive pentru producerea cuplului antagonist;

- un corector pentru reglarea acului în dreptul reperului zero;

- un dispozitiv amortizor pentru amortizarea oscilaţiilor acului indicator;

- carcasa în care este cuprins aparatul;

- borne pentru conectarea aparatului în circuit.

Aparatele de măsură analogice sunt constituite dintr-o parte fixă şi o parte mobilă

care se poate roti în jurul unui ax.

Echipajul mobil al aparatului este acţionat pe de o parte de un cuplu de forţe, numit

cuplu activ sau motor, care este funcţie de mărimea electrică de măsurat şi pe de altă parte

de un cuplu rezistent sau antagonist produs de obicei de un arc sub formă de spirală.

7

Page 8: Aparate de Masura - Ampermetrul

Mişcarea echipajului mobil este descrisă de ecuaţia diferenţială (1.1) :

(1.1)

unde J = momentul de inerţie al echipajului mobil;

α = unghiul de rotaţie;

MI = momentele cuplurilor aplicate echipajului mobil.

Aceste momente sunt momentul cuplului activ, momentul cuplului rezistent şi

momentul cuplului de amortizare.

Cuplul activ apare ca urmare a fenomenelor de interacţiune a câmpurilor

electromagnetice, fiind dependent de mărimea de măsurat şi determinând mişcarea

echipajului mobil.

, (1.2)

unde x = mărimea de măsurat

Cuplul rezistent se poate obţine pe cale mecanică, prin tensionarea unui resort (arc

spiral), având expresia:

, (1.3)

unde D = cuplul rezistent specific

= deplasarea acului indicator

sau prin mişcarea unui element conductor în întrefierul unui magnet permanent, cuplul

rezistent având expresia:

, (1.4)

unde n = turaţia echipajului mobil

k = constantă

Cuplul de amortizare depinde de viteza echipajului mobil:

, (1.5)

unde A = factorul de amortizare.

8

Page 9: Aparate de Masura - Ampermetrul

Schema echipajului mobil este prezentată în figura 4( 1.2 ).

Acul indicator (1) confecţionat din ţeava de aluminiu se roteşte sub acţiunea

cuplului activ.

Pentru aducerea în zero a acului indicator se foloseşte un dispozitiv format dintr-o

furcă (3) prinsă la un capăt al arcului spiral, care este deplasată de excentricul unui şurub

(4) acţionat din exteriorul aparatului.

Contragreutăţile (5) elimină influenţa greutăţii proprii a echipajului mobil asupra

deviaţiei.

Pentru citirea deviaţiei se utilizează un dispozitiv format dintr-o scară gradată şi un

ac indicator. Scara gradată are trasate repere principale, marcate cu cifre şi diviziuni

intermediare.

Aceasta este prevăzută cu o oglindă pentru a evita eroarea cu paralaxă (dacă citirea

nu se face perpendicular pe aparat se citeşte greşit numărul de diviziuni).

Partea fixă a aparatului conţine: ecrane, bobine, magneţi permanenţi.

Cele mai importante caracteristici ale aparatelor sunt: clasa de precizie, constanta

aparatului, rezistenţele interioare care stabilesc consumul propriu al aparatului.

Pentru a stabili clasa de precizie se defineşte eroarea raportată de indicaţie a

aparatului:

R = (xi / xn )100, (1.6)

unde xi = xi – x este eroarea absolută de indicaţie a aparatului

xi = indicaţia aparatului etalon

x = indicaţia aparatului de verificat

xn = indicaţia maximă a scării aparatului

9

Page 10: Aparate de Masura - Ampermetrul

Prin STAS 4640-61 aparatele se împart în 7 clase: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5 cu

erorile absolute maxim tolerate de 0,1%; 0,2%; 0,5%; 1%; 1,5%; 2,5%; 5%

din indicaţia maximă a scării aparatului.

II.2 APARATE DE MĂSURĂ DIGITALE

Schema bloc a unui aparat de măsură digital în figura 4 (1.3.).

Principiul de funcţionare al unui aparat digital de măsurare constă în transformarea

mărimii de măsurat cu variaţie continuă în timp, în semnale digitale, prelucrarea specifică a

acestora şi afişarea sub o formă numerică.

Un semnal digital este un semnal cu 2 nivele, “0” şi “1”, informaţia fiind

reprezentată prin prezenţa unuia sau a altuia din cele 2 nivele.

Convertorul analog digital transformă un semnal analogic într-unul digital.

Operaţia de prelucrare numerică cuprinde următoarele etape:

- cuantificarea semnalului, care reprezintă operaţia de divizare a semnalului în

“cuante” (cantităţi egale, de o anumită valoare);

- codificarea, care reprezintă operaţia de asociere a unor valori numerice la cuantele

obţinute (codificarea binară operează cu nivelele “0” şi “1”, care corespund unor

niveluri de tensiune continue ( ex. 0V şi 5V);

- afişarea, care reprezintă operaţia de prezentare a rezultatului sub formă de cifre, cu

ajutorul indicatoarelor optoelectronice de tip LED sau LCD.

Dintre avantajele introduse de aparatele digitale, faţă de aparatele analogice

amintim:

- eliminarea erorilor de citire;

- viteză mare de măsurare ( sute, mii de măsurări/secundă);

- posibilitatea de stocare a informaţiei în memoria unui calculator.

10

Page 11: Aparate de Masura - Ampermetrul

Capitolul III. Măsurarea tensiunilor si curenților electrici

Intensitatea curentului electric este definită drept cantitatea de electricitate ce trece

în unitatea de timp printr-o secţiune a unui circuit. Unitatea de măsură, amperul, este o

unitate fundamentală a sistemului SI. În general intensitatea curentului electric se măsoară

prin metode cu citire directă, cu aparate indicatoare ce se numesc ampermetre.

Ampermetrele sunt aparate de măsurat a căror indicaţie depinde de intensitatea

curentului electric ce trece prin ele:

Din caracteristica statică de funcţionare a aparatelor magneto-electrice,

se observă că aceste aparate pot fi folosite ca ampermetre. Ampermetrele

magnetoelectrice vor fi numai de curent continuu, deoarece aparatele magnetoelectrice

funcţionează în curent continuu.

III.1 MONTAREA AMPERMETRELOR ÎN CIRCUIT

Deoarece la ampermetre indicaţia depinde de intensitatea curentului ce le străbate,

pentru a măsura intensitatea curentului într-un circuit este necesar ca ampermetrul să fie

montat în serie în circuitul respectiv, pentru ca astfel curentul de măsurat să treacă prin

aparat.

Orice circuit în care se măsoară intensitatea curentului poate fi redus la o schemă

echivalentă care conţine o sursă de intensitate E si o rezistenţă R. În acest caz intensitatea

curentului va fi:

După montarea ampermetrului, în circuit intervine în serie şi rezistenţa sa proprie

ra, iar intensitatea curentului va deveni:

Ca urmare, măsurarea vaq fi afectată de o eroare sistematică de metodă.

11

Page 12: Aparate de Masura - Ampermetrul

Pentru că la montarea ampermetrului într-un circuit funcţionarea circuitului să se

modifice cât mai puţin, este necesar ca rezistenţa proprie a ampermetrului să fie mult mai

mică decât rezistenţa circuitului, adică

ra < R

Concluzie: cu cât rezistenţa ampermetrului este mai mică decât rezistenţa

circuitului, cu atât erorile datorate acestei rezistenţe sunt mai mici, deci calitatea măsurării

este mai bună.

Important: la montarea greşită a ampermetrului, în paralel pe circuit, datorită

rezistenţei foarte mici a acestuia, prin aparat va trece un curent cu o intensitate foarte mare:

Deoarece ra < R, rezultă I’2 > I, ceea ce duce la deteriorarea ampermetrului.

Deoarece montarea în paralel a ampermetrului duce la defectarea lui, aceasta se

consideră o greşeală foarte gravă în tehnica măsurătorilor.

III.2 EXTINDEREA DOMENIULUI DE MĂSURARE LA AMPERMETRE

Orice aparat magnetoelectric este construit pentru un anumit domeniu de măsurare,

caracterizat prin valoare intensităţii curentului Ia (valoarea de la capătul scării), şi are o

rezistenţă proprie ra. Dacă este necesar să se măsoare un curent cu o intensitate I > Ia se

poate extinde domeniul de măsurare cu ajutorul unor dispozitive auxiliare numite şunturi.

Şunturi este o rezistenţă electrică, de obicei de valoare mică, care se montează în

paralel pe aparatul de măsurat şi prin care trece o parte din curentul de măsurat.

Pentru dimensionarea şunturilor se consideră circuitul din figura de mai jos.

Notând cu I intensitatea curentului ce trece prin şunt şi, respectiv, rezistenţa şuntului, Ia şi ra

intensitatea curentului ce trece prin aparat şi, respectiv rezistenţa aparatului, tensiunea între

punctele a, b, va fi:

Aplicând prima lege a lui Kirchhoff în punctul a, se poate scrie:

I = Ia + Iş şi se poate deduce:

12

Page 13: Aparate de Masura - Ampermetrul

Relaţiile de mai sus permit dimensionarea şuntului atunci când se cunosc

caracteristicile aparatului magnetoelectric(Ia şi ra) şi intensitatea I a curentului de măsurat.

Se mai poate scrie:

în care n indică de câte ori este mai mare curentul de măsurat faţă de curentul

nominal şi se numeşte coeficient de multiplicare sau factor de şuntare.

Din relaţia:

se obţine:

Relaţia de mai sus arată că, pentru a extinde de n ori limita de măsurare a unui

ampermetru, este necesar un şunt cu rezistenţa n – 1 ori mai mică decât rezistenţa

aparatului.

Tipuri de şunturi. Şunturile pot fi interioare (montate în aceeaşi cutie cu aparatul

magnetoelectric) sau exterioare.

Şunturile exterioare pot fi individuale, adică pot fi folosite numai împreună cu

aparatul cu care au fost etalonate(au marcată pe ele seria aparatului cu care trebuie să fie

utilizate) sau calibrate(interschimbabile), care pot fi utilizate la orice aparat cu o anumită

limită de măsurare. Pe aceste şunturi se marchează curentul nominal şi căderea de tensiune

nominală.

III.3 AMPERMETRE CU MAI MULTE DOMENII DE MĂSURARE

În multe aplicaţii practice este necesar să se măsoare atât intensităţile mici ale

curentului, cât şi intensităţile mari. În acest caz se folosesc aparate cu şunturi pentru mai

multe domenii de măsurare, care se schimbă cu ajutorul unui comutator.

Aparatele cu mai multe domenii de măsurare se pot realiza cu mai multe şunturi,

câte unul pentru fiecare domeniu de măsurare, sau cu şunt universal.

13

Page 14: Aparate de Masura - Ampermetrul

Şuntul universal. Este un ansamblu de rezistenţe conectate între ele în serie şi care

se distribuie fie în serie, fie în paralel cu aparatul de măsurat în funcţie de un comutator

care schimbă domeniile de măsurare.

Dacă rezistența totală a sunturilor este mult mai mare decât rezistența aparatului,

acesta din urmă se poate neglija. În acest caz, relațiile nu mai depind de aparat si suntul o

dată calculat poate fi folosit la diferite aparate. Din acest motiv, acest tip de sunt se

numeste sunt universal.

III.4 Ampermetre analogice

În general pentru măsurarea curentului electric este necesară întreruperea

circuitului şi introducerea unui ampermetru A, de rezistenţă rA, în circuitul parcurs de

curentul de măsurat. Înainte de introducerea ampermetrului în circuit, curentul electric are

valoarea I şi se numeşte valoarea adevărată a curentului de măsurat:

unde UAB este tensiunea la bornele AB iar RC este rezistenţa circuitului parcurs de curentul

I.

Figura 5. Influenţa consumului ampermetrului în circuitul de măsurare

Ca urmare a introducerii ampermetrului în circuit, curentul măsurat Im, mai mic

decât I, va avea valoarea:

,

unde rA este rezistenţa internă a ampermetrului.

Eroarea relativă ce apare ca urmare a introducerii ampermetrului în circuit este:

14

A

B

ArA

RC

Im

UAB

Page 15: Aparate de Masura - Ampermetrul

Pentru ca această eroare să fie cât mai mică trebuie ca rezistenţa ampermetrului să fie cât

mai mică faţă de rezistenţa circuitului.

III.5 Ampermetre magnetoelectrice

Ampermetre magnetoelectrice sunt alcătuite dintr-un miliampermetru conectat la

bornele unui şunt.

Ampermetre magnetoelectrice se construiesc cu şunturi interioare pentru domenii

cuprinse între 0,1 şi 100 A şi cu şunturi exterioare pentru curenţi de până la 10 kA.

unde I este curentul de măsurat, I0 este curentul prin ampermetru, r0 este rezistenţa internă a

ampermetrului iar RS este rezistenţa şuntului.

Dacă ampermetrul trebuie să măsoare un curent I, de n ori mai mare ca domeniul de

măsură al acestuia I0, (I = nI0), rezistenţa şuntului se calculează cu relaţia:

Schema electrică a unui şunt multiplu este prezentată în figura 6.

Figura 6. Schema electrică a unui şunt multiplu

În cazul în care gama de măsurare este setată pe domeniul k, curentul Ik funcţie de

rezistenţele şunturilor va fi:

15

r0

RS

AI0

I

Page 16: Aparate de Masura - Ampermetrul

rezultă că:

Rezistenţa RT este realizată în general din manganină şi serveşte la compensarea

erorilor de temperatură. Astfel rezistenţa totală Ra + RT variază mai puţin cu temperatura

(RT = 1 ... 5 Ra, manganină).

III.6 Ampermetre feroelectrice

Ampermetrele feromagnetice sunt aparate de măsură analogice folosite pentru

măsurarea curentului alternativ de frecvenţă industrială

Dispozitivul feroelectric este format dintr-o bobină fixă parcursă de curentul de

măsurat de formă cilindrică în interiorul căreia se află două piese confecţionate din

material feromagnetic, dintre care una este fixată în interiorul carcasei bobinei iar cealaltă

este mobilă fiind prinsă pe axul dispozitivului indicator. Cuplul activ este creat de forţele

de respingere ce apar intre cele două piese feromagnetice polarizate în acelaşi sens.

Expresia energiei magnetice care acţionează asupra sistemului este:

unde Wmag este energia instantanee a câmpului magnetic al bobinei, i curentul ce trece prin

bobină iar L este inductanţa bobinei. Cuplul activ mediu ce acţionează asupra sistemului va

fi dată de derivata energiei magnetice funcţie de unghiul de deviaţie:

unde I este valoarea efectivă a curentului alternativ, L depinde de poziţia pieselor

feromagnetice în interiorul bobinei, deci de unghiul de deviaţie.

Cuplul rezistiv este proporţional cu unghiul de deviaţie:

Astfel că deviaţia acului indicator este dată de relaţia:

Deoarece inductanţa bobinelor este proporţională cu pătratul numărului de spire N, L =

L0N2, deci deviaţia poate fi exprimată sub forma:

16

Page 17: Aparate de Masura - Ampermetrul

Deviaţia maximă αmax depinde de amperspirele nominale (NI)nom

Ampermetrele feromagnetice se realizează prin dimensionarea corespunzătoare a

bobinei parcurse de curentul de măsurat. La ampermetrele cu un singur domeniu de

măsurare, odată cu creştere curentului nominal se micşorează numărul de spire al bobinei,

ajungându-se pentru curenţi de 200 ÷ 500 A ca bobina să fie realizată dintr-o singură spiră.

Pentru măsurarea unor curenţi de ordinul mA numărul de spire necesar este de

ordinul sutelor (300).

La ampermetrele cu domenii multiple, bobina este realizata din mai multe secţiuni,

schimbarea domeniului de măsurare realizându-se fie prin schimbarea conexiunii serie sau

în paralel a secţiunilor fie prin schimbarea bornei de utilizare (figura 7, în care este

reprezentata schema extinderii domeniului de măsurare).

Figura 7 Extinderea domeniul de măsură

Domeniul de frecvenţă al ampermetrelor feromagnetice de laborator este de 15 ÷ 500 Hz.

III.7 Ampermetre termoelectrice

Sunt singurele aparate clasice care măsoară curenţi de frecvenţă foarte mare, zeci şi

sute de MHz. Ampermetrele cu termocuplu se utilizează cu precădere la măsurarea valorii

efective a curenţilor de radiofrecvenţa, măsurând valoarea efectiva a acestora, indiferent de

forma de unda si de frecvenţă şi sunt constituite dintru milivoltmetru magnetoelectric

conectat la capetele reci ale unui termocuplu.

Funcţionarea acestora se bazează pe efectul Seebeck care constă în apariţia unei

tensiuni continue (tensiune termoelectrică) la capetele ,,reci'' ale unui cuplu format din doi

electrozi, atunci când capetele ,,calde'' (sudate) ale acestuia sunt încălzite la o anumita

temperatură de către curentul de măsurat I, figura 8.

17

Page 18: Aparate de Masura - Ampermetrul

Figura 8. Miliampermetru termoelectric

Astfel, dacă T este temperatura capetelor sudate, tensiunea termoelectromotoare ET este

dată de o relaţie de forma:

unde T este proporţional cu I2 şi R:

Curentul ce va trece prin ampermetrul magnetoelectric It va fi dat de relaţia:

Deviaţia acului indicator a ampermetrului magnetoelectric va fi:

Şi va fi proporţională cu pătratul curentului continuu sau cu pătratul valorii efective al

curentului alternativ.

III.8 Ampermetru electronic de curent continuu

Schema de principiu este alcătuită dintr-un amplificator operaţional ce are conectat

în reacţie un ampermetru magnetoelectric, figura 9.

18

Page 19: Aparate de Masura - Ampermetrul

Rezultă ecuaţia:

Deoarece Un ≈ Up rezultă şi se obţine:

dar Un – U1 = U = RI rezultă că

Deci curentul măsurat de către ampermetrul magnetoelectric este o măsură a

curentului de măsurat.

Dacă raportul R/R1 este foarte mare (R>>R1) atunci aparatul poate măsura curenţi

foarte mici (nA)

19

R1

R

I0

U

Ar0

Ri U0

U1

Up

Un

I

-+

Page 20: Aparate de Masura - Ampermetrul

Capitolul IV. N.T.S.M. şi P.S.I. în măsurări electrice

IV.1 Norme de protecţia muncii

Din momentul în care omul a început să desfăşoare conştient o activitate de

transformare a elementelor de mediu pentru a-şi asigura existenţa , datează din primele

preocupări de îmbunătăţire a condiţiilor de muncă.

Un număr mare de accidente de muncă au drept cauză utilizarea unor unelte de

mână necorespunzătoare.În această categorie intră în special accidente de gravitate mică şi

mijlocie cum sunt:loviri, striviri, fracturi, tăieri, etc.

Pentru evitarea lor trebuie respectate o serie de măsuri referitoare la alegerea,

utilizarea, întreţinerea şi păstrarea uneltelor manuale.

Măsuri de protecţia muncii la utilizarea instalaţiilor şi echipamentelor

Pentru evitarea accidentelor prin electrocutare este necesară eliminarea posibilităţii

de trecere a unui curent periculos prin corpul uman.

Principalele măsuri de prevenire a electrocutării la locurile de muncă sunt:

1. Asigurarea inaccesibilităţii elementelor care fac parte din circuitele electrice şi care se

realizează prin amplasarea conductelor electrice, chiar izolate precum şi a unor

echipamente electrice la o înălţime inaccesibilă pentru om. Normele prevăd ce minimă la

care se pozează orice fel de conductor electric să fie de 4km , la traversarea părţilor

carosabile de 6m iar acolo unde se manipulează materiale piese cu un gabarit mai mare ,

această înălţime să depăşească cu 2 pană la 2,5m gabaritele respective.

2. Folosirea tensiunilor reduse(de 12,24 şi 36V) pentru lămpile şi sculele electrice

portative.

3. Folosirea mijloacelor individuale de protecţie şi mijloace de avertizare

4. Deconectarea automată în cadrul apariţiei unei tensiuni de atingere periculoase sau a

unor scrugeri de curent periculoase.

5. Separarea de protecţie se realizează cu ajutorul unui transformator de separaţie.Prin

aceasta se urmăreşte crearea unui circuit izolat faţa de pământ pentru alimentarea

echipamentelor electrice la care trebuie înlăturate pericolul de electrocutare. În cazul unei

20

Page 21: Aparate de Masura - Ampermetrul

defecţiuni intensitatea curentului electric care se închide prin om este foarte mică deoarece

trebuie să treacă prin izolaţia care are o rezistentă foarte mare.

6. Izolarea suplimentară de protecţie .Se poate realiza prin:aplicarea unei izolări

suplimentare între izolaţia obişnuită de lucru şi elemente bune conducătoare de electricitate

ale utilajului; aplicarea unei izolaţii exterioare pe carcasă utilajului electric; izolarea

amplasamentului muncitorului fată de pământ.

7. Protecţia prin legătura la pământ.Este folosită pentru asigurarea personalului contra

electrocutării prin atingerea echipamentului şi instalaţiilor care nu fac pare din circuite de

lucru dar care pot intra accidental sub tensiune din cauza unui defect de izolaţie.

Sistemul de priză(legat la pământ) separat pentru fiecare utilaj prezintă următoarele

dezavantaje: este costisitor (cantităţi mari de materiale şi manoperă), unele utilaje

(transformatoare de sudură , benzi , etc.) se mută frecvent dintr-un loc în altul; legătura este

de multe ori incorectă, executată datorită caracterului de provizorat al instalaţiei.

8. Protecţia prin legarea la nul.Se realizează reţele generatoare de protecţie care însoţesc în

permanentă reţeaua de alimentare cu energie electrică a utilajului.

9. Protecţia prin egalizarea potenţialelor.Este un mijloc secundar de protecţie şi constă în

toate părţile metalice ale diverselor instalaţiilor şi construcţiilor care în mod accidental ar

putea intra sub tensiune şi ar putea fi atinse de către un muncitor ce lucrează sau de către o

persoană care trece prin acel loc.

IV.2 Accidente electrice

Se produc prin acţiunea violentă şi vătămată a curentului electric asupra omului.Ele

se pot împărţi în 2 mari categorii:

1. Electrocutări (şocul electric) sunt accidente provocate de trecerea prin corpul omenesc al

unui curent electric de intensitate periculoasă care conduce în general la vătămarea

organelor interne sau la moarte.

2. Electrotraumatisme-produc de obicei vătămări externe.

În cazul electrocutării curentului electric străbătând corpul omenesc acţionând

asupra centrilor nervoşi şi a muşchilor inimii putând provoca în cazuri grave stop

respirator, stop cardiac şi moartea.

Electrocutarea se poate produce atunci când omul atinge simultan 2 puncte care au

între ele o diferenţa de potenţial de 40V.

21

Page 22: Aparate de Masura - Ampermetrul

Gravitatea accidentului este dependentă de intensitatea curentului care străbate

organismul influenţat la rândul ei de rezistenţa electrică a corpului.Aceasta depinde de

starea stratului superficial al pielii (grosimea stratului superficial al pielii , curăţenia

epidermei).

Dacă pielea este uscată şi nu prezintă vreo rană, existentă ei electrică este 40.000 de

Ω până la 100km dacă nu scade sub 1000 Ω .

1. Gravitatea electrocutării este determinată de:

-intensitatea curentului care trece prin corpul accidentatului între 0,01-0,05A în

cazul current alternativ şi 0,05-0,09 în caz curent continuu. Nu se produce moartea însă

accidentatul nu se poate elibera singur de sub acţiunea curentului , dacă nu se intervine

rezistivitatea electrică a corpului scade ceea ce atrage creşterea curentului depăşind 0,09A

în curent continuu sau 0,05A în current alternativ. Se produce fibrilaţia inimii şi moartea

victimei .

-traseul urmat de curent prin corpul accidentatului când curentul străbate organele

vitale (inimă , plămâni, centri nervoşi), electrocutarea este deosebit de periculoasă.

-durata acţiunii curentului.În cazul în care curentul trece prin inimă iar accidental

rămâne sub acţiunea acesteia mai mult de 0,1; 0,2 secunde accidental este mortal.

Electrocutările sunt provocate prin atingere directă sau prin atingere indirectă

Atingerea indirectă constă în atingerea elementelor metalice neizolate sau cu

izolaţia defectă.

Atingerea indirectă constă în atingerea unor elemente metalice ale instalaţiilor ,

elementelor care nu fac parte din circuitul electric şi care nu trebuie să fie sub tensiune dar

care datorită deteriorării izolaţiei au intrat accidental sub tensiune.

IV.3 Paza şi stingerea incendiilor

Prevenirea incendiilor şi a exploziilor deşi beneficiază de o reglementare juridică şi

norme de sine stătătoare este o preblemă strâns legată de protecţia muncii deoarece ambele

fenomene constituie de regulă cauză unor grave accidente de muncă.

Materialul prin a cărui ardere în aer se dezvoltă căldură se numeşte material

combustibil.

Din punct de vedere al combustibilităţii marialelor se clasifică în: incombustibile,

semicombustibile şi combustibile.

22

Page 23: Aparate de Masura - Ampermetrul

În funcţie de categoria de combustibilitate şi de limita de rezistentă la foc,

construcţia se clasifică în 5 grade de rezistentă la foc.

Mijloace de prevenire a incendiilor, a întinderii şi a propagării lor trebuie luate în

considerare de la proiecţia şi amplasarea construcţiilor până la execuţia şi exploatarea lor:

1. Înlăturarea eventualelor cauze de provocare a incendiilor prin proiectarea procesului

tehnologic

2. Evitarea formării în halele de producţie a amestecurilor explozive

3. Mărirea umidităţii relative a aerului, acolo unde produsele permit

4. Proiectarea instalaţiilor electrice ţinând seama de gradul pericolului de incendiu pe care

îl prezintă construcţia

5. Asigurarea unei bune evacuări în caz de incendiu

6. Instalarea de scări de incendiu, guri de apă, ingnifugarea materialelor combustibile

folosite în construcţie

Materialele care se pot folosi la stingerea incendiilor sunt dependenţe de materialul

combustibil, de instalaţiile şi de procesul tehnologic care se desfăşoară: nisipul, apa sub

formă de jeturi, diverse substanţe chimice , prafuri, zăpadă carbonică.

La stingerea incendiilor care au loc în instalaţiile electrice de înalta tensiune se

interzice folosirea lichidelor spumante şi se foloseşte nisip tetraclorura de carbon.

23

Page 24: Aparate de Masura - Ampermetrul

Bibliografie

1. Eugen Isac - Măsurări electrice şi electronice,Editura Didactică şi Pedagogică

Bucureşti 1997

2. Sergiu Calin, Aurel Pascu, Stelian Popescu - Echipamente electronice pentru

automatizări, Editura Didactică şi Pedagogică 1989

3. Stan Julian, Cănescu Traian - Aparate, echipamente şi instalaţii de electronică

industrială- Editura Didactică şi Pedagogică Bucureşti 1995

4. Theodor Dănilă, Monica Ionescu Vaida - Componente şi circuite electronice,

Editura Didactică şi Pedagogică 1993

24