c1-me 2013

MEE - prof. dr. ing. Ioan D. Oltean 1

Măsurări electronice (ME).

Procesul de măsurare.

Aparate de măsură

Rezumatul cursului 1


Bibliografie

1. Antoniu M., Măsurări electronice, Metrologie, aparate de măsură analogice, vol. 1-3, Ed. Gh. Asachi şi Satya, Iaşi, 1995-1999

2. Millea A., Măsurări electrice. Principii şi metode. Editura Tehnică, Bucureşti, 1980

3. Szabo W., Szekely I, Măsurări electrice şi electronice, Universitatea din Braşov, 1989

4. * * * Hütte, Manualul inginerului, Fundamente, Editura Tehnică, Bucureşti, 1995


Evaluare

Laborator (nota L)

Prezenţa+activ. curs (nota P)

Examen (nota E)

Formula de calcul a notei finale (N):

N=0.1P+0.25L+0.65E

Dacă: E>4 şi L>4


Conţinut curs 1

1. Procesul de măsurare

2. Aparate analogice şi digitale

3. Aparate de măsurat analogice

4. Aparate electromecanice


1. Procesul de măsurare

Procesul de măsurare constă în:

- preluarea informaţiei de la mărimea de măsurat sub forma unei energii şi transmiterea acesteia la o unitate de prelucrare;

- stabilirea valoari mărimii măsurate prin comparaţie cu un etalon;

- transferul rezultatului la un bloc de ieşire care poate avea şi rol de indicator.

Procesul de măsurare cuprinde:

mărimea de măsurat, (ex. U, I, P, R, etc.)

mijloacele de măsurare,

metoda de măsurare.


Componentele procesului de

măsurare a) Mărimea de măsurat (obiectul măsurării - măsurand): de natură

electrică:

de grad 0 (mărimi pasive) care intervin sub formă de rapoarte în ecuaţiile câmpului electromagnetic.(R, Z, X);

de grad I (mărimi active) care intervin la puterea întâi în ecuaţiile câmpului electromagnetic (U, I, Q, E, B)

de grad II (mărimi energetice): care intervin la puterea a doua în ecuaţiile câmpului electromagnetic (energii - W, puteri -P).

b) Mijloacele de măsurare

Element sensibil (senzor + convertor);

aparatul de măsurat (instalaţia de măsurare);

bloc de afişare şi prelucrare (afişare, înregistrare, comparare, memorare, etc.).

c) Metode de măsurare – comparare cu etalonul (simultan sau succesiv)

după modul de obţinere: directe sau indirecte;

după tehnica de măsurare: directe, prin comparaţie, diferenţiale;

după modul de variaţie: static, dinamică, statistică.


Măsurarea

Măsurarea corespunde procesului de comparare a mărimii de măsurat X (necunoscută) cu o altă mărime de aceiaşi natură luată în mod convenţional ca unitate de măsură (U.M).

Rezultatul măsurării M rezultă prin compararea (raportarea) mărimii X cu U.M:

..MU

XM


..MU

XM

M U.M.


1.1. Mărimea de măsurat X

mărimi de tip intensitate (mărimile de gradul 1) în circuite electrice I, U, iar în câmp electromagnetic E, D, H, B sunt mărimi active.

mărimi energetice care caracterizează schimbul de energie (mărimile de gradul 2): puteri, energii, densităţi de putere;

mărimi parametrice (mărimile de gradul 0) intervin ca rapoarte între mărimi de acelaşi grad (grad 1 sau de gradul 2): rezistenţa R sau impedanţa Z, inductaţa L, capacitatea electrică C, cos , factor de calitate Q, etc. sunt mărimi pasive.


1.2. Mijlocele de măsurare

Compararea mărimilor de măsurat cu unităţile de măsură corespunzătoare se realizează de către mijlocele de măsurare, care în cazul general, cuprind:

Măsurile - materializează unităţile de măsură multiplii sau submultiplii acestora,

aparatele de măsură - cuprind în structura lor elementele necesare comparării mărimilor de măsurat cu măsurile unităţilor de măsură sau memoriile acestora în vederea furnizării rezultatelor măsurării M.

instalaţiile de măsură (sistemele de măsurare)- includ în structura lor: măsuri, aparate de măsură, surse de tensiune, surse de semnal, precum şi alte elemente necesare efectuării unor procese de măsurare complexe.


1.3. Metode de măsurare

Metodele directe – precizia limitată de caracteristicile metrologice ale aparatelor de măsură;

Metode de compensaţie, la care mărimea din măsurat Mx se compensează cu o mărime etalon M0: ; atunci când M=0, rezultă: (metoda de zero);

Metode de substituţie constă în înlocuirea mărimii din măsurat Mx în sistem după care se face identificarea.

După regimul de variaţie în timp al mărimii din măsurat metodele de măsurare sunt: statice şi dinamice.


1.4. Erorile de măsurare

M

M

M

Singulare Sistematice Aleatoare

ERORI

Prezentare grafică a erorilor (abaterilor) de la caracteristica (M)

Clasificare erorilor de măsurare


a) Erorile sistematice

Care sunt acestea?

Abateri care la efectuarea repetată a măsurării în condiţii identice rămân constante ca valoare şi semn.

Cauze:

variaţia factorilor de influenţă (temperatură, umiditate, frecvenţă, etc.), imperfecţiunea reglajului de zero la instrumentul de măsură, imperfecţiunea metodei de măsurare, consumul propriu al aparatului de măsură şi altele.

Evaluare:

pe baza analizei condiţiilor concrete în care s-a desfăşurat măsurarea. În literatura de specialitate erorile sistematice se mai numesc erori de justeţe.


Acestea apar diferite ca semn şi valoare

într-un proces de măsurare;

Nu pot fi cunoscute ca mărime şi semn

ci numai ca limită superioară cu ajutorul

statisticii matematice.

Cauzele: fluctuaţii accidentale ale

factorilor de influenţă (temperatură,

umiditate, câmpuri electromagnetice,

etc.).

În literatura de specialitate erorile

întâmplătoare se mai numesc erori de

fidelitate.

b) Erorile aleatoare (întâmplătoare))


a) Calculul erorilor sistematice

Eroarea absolută sau abaterea reprezintă diferenţă dintre valoarea măsurată Vm şi o valoare convenţional adevărată (valoarea etalon) V0:

(1.3)

Corecţia = - (Eroarea absolută) ( cu semn opus).

Eroarea relativă este raportul dintre eroarea absolută şi valoarea mărimii măsurate:

sau (1.4)

Se observă că eroarea relativă este adimensională şi se exprimă numeric sau în procente, iar pentru valori foarte mici în ppm (părţi pe milion).

De exemplu: U=2,34 V 0,005 V sau U=2,34 V 0,2%.

VVVma 0

00

0

V

V

V

VVm


Eroarea raportată

Se exprimă ca şi eroarea relativă, dar raportarea se face la o

valoare convenţională Vc a mărimii măsurate (de exemplu:

domeniul nominal al aparatului sau lungimea scării gradate, etc.):

cr

V

V

[%]100

c

rV

V

Eroarea raportată procentuală:


b) Calculul erorilor aleatoare

Estimarea erorilor aleatoare se poate face în condiţiile în care

măsurarea se efectuează de n ori în condiţii practic identice.

Media aritmetică:

Rezultatele individuale ale măsurărilor repetate au valori

întâmplătoare, distribuite după o anumită lege în jurul valorii medii.

Dispersia:

n

i

iqn

q1

1

2

11

1

n

ii qq

nq


Aplicaţie

La măsurarea tensiunii unui element galvanic s-au obţinut

următoarele valori ale tensiunii: U1=3,65 V, U2=3,68 V,

U3=3,64 V, U4=3,66 V. Să se determine dispersia valorilor.

Rezolvare:

Vqn

qn

ii 6575,3)66,364,368,365,3(

4

11

1

Vq

q

36445

2222

1086,91025.6100625,3100625,510625,53

1

)6575,366,3()6575,364,3()6575,368,3()6575,365,3(3

1


2. Aparate analogice şi digitale

Aparatele analogice determină şi redă valoarea sub forma unei

mărimi fizice variabile continuu cum ar fi – rotirea a a unui ac

indicator în fata scarii gradate.

Aparatele digitale determină valoarea masurată direct

sub forma unui număr, printr-un dispozitiv de afişare alfa-

numeric - “display” (ecran luminos cu LED-uri, cristale

lichide, etc.).


2.1. Caracteristica de transfer a

aparatelor de măsură


2.2. Calibrarea aparatelor de

măsură


Precizia

Precizia este un parametru metrologic care se exprimă prin

clasa de precizie.

Clasa de precizie c se determină în funcţie de eroarea maximă

tolerată:

Abaterea: X=clasa de precizie/100 domeniul de măsurare

Clasele de precizie sunt standardizate pentru tipuri de mijloace

de măsurare;

De exemplu, pentru aparatele electrice indicatoare, clasele de

precizie standardizate sunt:

0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5;

100max

nX

Xc


Aplicaţie

Cu un voltmetru cu clasa de precizie c=2,5 şi domeniul

nominal Un=250 V se măsoară o tensiune şi se

citeşte valoarea U=150 V.

Să se limitele (abaterea) în care se încadrează valoarea

măsurată.


VU

VU

cU n

25,6

25,6100

2505,2

100

max

max

VUc 25,6150

Se poate aprecia că valoarea corectată şi stabilită

cu indicarea limitelor maxime este:


3. Aparate de măsurat analogice

a) Schema bloc a aparatelpr analogice pentru mărimi active

(de exemplu:U,I)


b) Schema bloc a aparatelpr analogice pentru mărimi pasive,

(de exemplu: R, L, C).

Măsurand TI LT UP TE

M

Fig. 1.14. Schema bloc a aparatelor de măsurat mărimi active.

x y

S

S – sursa de alimentare;

UP – unitate de prelucrare;

TE- traductor de ieşire.


La aparatele analogice TE - instrument electromecanic.

Instrumentele electromecanice se utilizează curent deoarece sunt

simple, fiabile şi uşor de întreţinut.

Se clasifică după tipul mecanismului de măsură utilizat.

Se disting instrumente:

magnetoelectrice:

cu bobină mobilă;

cu redresor;

• feromagnetice;

• electrodinamice;

• ferodinamice, etc.;


Instrumente electromecanice. Simboluri. Banda

de frecvenţe


4. Aparate electromecanice

Aparate electromecanice conţin:

- Instrumentul de măsură;

- Convertoare de măsură: rezistenţe

adiţionale, şunturi, redresoare, etc.

- Surse şi circuitele electrice aferente

schemei de conexiuni.


4.1. Aparate magnetoelectrice

Aparate magnetoelectrice includ:

• Voltmetre şi Ampermetre de c.c.

• Voltmetre şi Ampermetre de c.a. cu

redresor;

• Ohmetre.


4.1.1. Instrumentul magnetoelectric

Lagăre

a) Principiul de funcţionare. Părţi componente


Resort spiral

Ac indicator Scala

gradată

Resort spiral

Bobina


Funcţionarea instrumentului

magnetoelectric


Aparate magnetolectrice

c1-me 2013

Documents