Transcript

Aparate de Masurat Digitale

ARGUMENT

Importanta masurarilor creste necontenit in toate domeniile stiintei si tehnicii. Fiecare noua cucerire a stiintelor naturii si a celor tehnice, fiecare noua descoperire, crearea noilor masini, echipamente si materiale este precedata de un mare numar si o mare varietate de masurari.

In etapa actuala de dezvoltare a societatii romanesti,aproape ca nu exista domeniu al activitatii economico sociale in care sa nu se foloseasca instalatii si aparate electrice si electronice. Larga raspindire a acestora precum si diversificarea si perfectionarea lor, necesita cadre bine pregatite, capabile sa raspunda cerintelor impuse de dezvoltarea stiintei si tehnicii contemporane. In acest context, asistam la o crestere tot mai accentuata a rolului metrologiei , stiinta a masurarilor, a metodelor si mijloacelor de asigurare a uniformitatii si preciziei necesare a tuturor masurarilor care se efectueaza in activitatea economica si sociala. Se dezvolta si se perfectioneza tot mai mult baza stiintifica, tehnica si organizatorica a asigurarii metrologice, a acelui ansamblu de masuri care garanteaza compatibilitatea rezultatelor tuturor masurarilor, obtinute in orice loc, in orice moment, si cu orice mijloace.

Aparatele de msurat digitale au aprut i s-au dezvoltat odat cu dezvoltarea tehnicii de calcul i a dispozitivelor de automatizare.

Domeniile msurtorilor digitale i al informaticii au cunoscut o cretere rapid n ultimul deceniu deoarece preurile i dimensiunile componentelor electronice au sczut, permind realizarea unor circuite din ce n ce mai complexe.

CAPITOLUL I

1.PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL APARATELOR DE MASURARE ANALOGICE SI DIGITALE

Generalitati:

Studiul aparatelor de msur este deosebit de important, deoarece n zilele noastre se poate msura pe cale electric aproape orice mrime electric sau neelectric.

Pentru a putea efectua o msurtoare se stabilete o metod de msurare i se utilizeaz un mijloc de msurare, adic un aparat de msurat.

Dupa modul de afiare al rezultatului msurrii aparatele de msur pot fi clasificate n:

aparate analogice

aparate digitale (numerice)

Aparatele digitale (numerice) se caracterizeaza prin faptul ca marimea de masurat este transformata in semnale digitale care sunt preluate cu circuite specific, iar rezultatul masurarii este afisat numeric si nu poate lua orice valoare deoarece indicatia variaza in trepte, deci masurarea este discrete (discontinua).

Proprietati: Avantaje:

- elimina erorile de citire (erori de scara, erori subiective, erori de calibrare, erori de paralaxa);

- precizia de masurare foarte mare (10-510-6), dependent de numarul cifrelor afisate (cu cat afiseaza mai multe cifre, cu atat prezia este mai mare);

- sensibilitatea foarte buna;

- evaluare rapida a valorii marimii masurate;

-comoditate in efectuarea masurarilor;

- viteza mare de masurare (sute de masurari pe secunda);

- comutare automata pe domeniul de masurare;

- posibilitatea inregistrarii rapide si precise a rezultatelor;

- posibilitatea automatizarii procesului de masurare;

-posibilitatea transmiterii rezultatelor la distanta,fara erori suplimentare;

- posibilitatea interconectarii cu calculatoare sau alte dispositive automate.

Dezavantaje:

- complexitate mare;

- cost ridicat.

Utilizari: Datorita performantelor sunt utilizate la:

- masurari de precizie in laborator;

- masurari in procesele industrial de automatizare;

- masurari cu transmiterea rezultatelor la distanta;

- masurari cu inregistrari numerice in procesele industrial;

- masurari cu prelucrarea rezultatelor pe calculator;

- controlul si supravegherea centralizata in procesele industrial.1.1 PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL APARATELOR DE MASURARE ANALOGICE

n analiza i testarea circuitelor, exist dispozitive proiectate pentru realizarea msurtorilor mrimilor electrice de baz, i anume, tensiune, curent i rezisten. Exist multe alte tipuri de aparate de msur, dar ne vom concentra atenia, n principal, pe modul de funcionare al acestora trei.

Majoritatea aparatelor de msur moderne sunt digitale, folosind un afiaj numeric. Modelele mai vechi de aparate de msur sunt ns mecanice, utiliznd un indicator mecanic pentru afiarea mrimii msurate. n ambele cazuri, este nevoie de o setare a aparatului pentru indicarea corespunztoare a mrimilor msurate. n aceasta prima parte ne vom referi exclusiv asupra principiilor de funcionare ale aparatelor de msur analogice (mecanice).

Aparate de msur electromagnetice

Majoritatea aparatelor de msur analogice se bazeaz pe principiul electromagnetismului, i anume, pe faptul c trecerea unui curent printr-un conductor produce un cmp magnetic perpendicular pe axa de deplasare a electronilor. Cu ct valoarea curentului este mai mare, cu att mai mare va fi cmpul magnetic produs. Dac acest cmp magnetic produs de conductor este liber s interacioneze cu un alt cmp magnetic, vom asista la dezvoltarea unei fore fizice ntre cele dou surse ale cmpurilor magnetice. Dac una dintre acest surse este liber s se deplaseze fa de cealalt surs, aceasta se va deplasa pe msur ce curentul trece prin conductor, deplasarea fiind direct proporional cu valoarea curentului.Galvanometrul

Primele astfel de aparate de msur construite erau cunoscute sub numele de galvanometre, fiind recunoscute pentru precizia lor. Un model foarte simplu de galvanometru const dintr-un ac magnetizat (asemenea celui folosit la compas) suspendat la captul unui fir i poziionat n interiorul unei nfurri conductoare. La trecerea curentului prin aceast nfurare, se va produce un cmp magnetic ce va modifica poziia iniial a acului. Un astfel de aparat este prezentat n figura de mai jos.

Astfel de aparate nu mai sunt ns practice n prezent, fiind extrem de sensibile la orice tip de micare i la interferenele datorate cmpului magnetic al pmntului. Singurul lor scop rmne prezentarea conceptelor de baz ale dispozitivelor experimentale. n prezent, termenul de galvanometru este utilizat pentru desemnarea oricrui tip de aparat de msur de o precizie excepional, nefiind neaprat un dispozitiv ca cel prezentat mai sus.

Aparate de msur cu magnet permanent

Aparatele de msur electromagnetice sunt realizate n prezent dintr-o bobin suspendat ntr-un cmp magnetic, protejat de majoritatea influenelor externe. Astfel de dispozitive sunt cunoscute sub numele de aparate de msur cu magnet permanent.

n figura de mai sus, acul indicator este poziionat aproximativ la 35% pe scala gradat, zero fiind n stnga iar valoarea maxim regsindu-se n partea dreapt. O cretere a curentului de msurat va duce la o deplasare a acului indicator spre dreapta iar o descretere a lui va duce la o deplasare a acului spre stnga. Afiajul aparatului de msur conine o scal gradat cu cifre pentru indicarea valorilor mrimii de msurat, indiferent de tipul acesteia.

Cu alte cuvinte, dac este necesar o valoare de 50 A pentru deplasarea maxim a acului indicator (spre captul din dreapta), scala va avea scris o valoarea de 0 A n partea stng i o valoare de 50 A n partea dreapt; mijlocul va fi desigur 25 A.

n exemplul din figura de mai jos, acul ar indica n acest caz ipotetic o valoare a curentului de 17,5 A. De obicei, scala este mprit n gradaii mult mai mici, din 5 n 5 A, sau chiar la 1 A, pentru a permite o citire mult mai precis a indicaiei acului.

Majoritatea aparatelor pot detecta polaritatea curentului, o direcie a acestuia ducnd la deplasarea acului ntr-un anumit sens, iar direcia opus a curentului ducnd la o deplasare n sens contrar al acului indicator. Modele D'Arsonval i Weston sunt de acest tip.

Exist ns i aparate care nu sunt sensibile la modificarea sensului curentului prin circuit, bazndu-se pe atragerea unui cursor mobil de fier, nemagnetizat, ctre conductorul de curent fix pentru deplasarea acului indicator. Astfel de aparate sunt folosite pentru msurtor n curent alternativ. Un dispozitiv sensibil la variaia polaritii curentului, ar vibra pur i simplu nainte i napoi fr a putea da o indicaie practic a mrimii de msurat.

Aparate de msur electrostatice

Dei majoritatea aparatelor de msur analogice se bazeaz pe principiul electromagnetismului, cteva dintre ele se bazeaz pe electrostatic, cu alte cuvinte, pe fora de atracie sau de respingere generat de sarcinile electrice n mediul dintre ele.

Dac aplicm o tensiune ntre dou suprafee conductoare separate printr-un dielectric format din aer, va exista o for fizic de atracie ntre cele dou suprafee, fora capabil s indice valoare tensiunii. Aceast for este direct proporional cu tensiunea aplicat ntre plci i invers proporional cu ptratul distanei dintre ele. De asemenea, fora nu depinde de polaritate, rezultnd astfel un dispozitiv insensibil la variaia polaritii tensiunii.

Din pcate, fora generat de atracia electrostatic este foarte mic n cazul tensiunilor normale, astfel nct aceste tipuri de aparate de msur nu sunt practice pentru instrumentele de test normale. Astfel de aparate electrostatice sunt folosite pentru msurarea tensiunilor nalte, de ordinul miilor de voli.

Unul dintre cele mai mare avantaje al aparatelor electrostatice const n rezistena electric extrem de mare, fa de aparatele electromagnetice care au o rezistena electric mult mai mic. Dup cum vom vedea n cele ce urmeaz, o rezistena electric mare, rezultnd ntr-un curent mult mai mic prin dispozitiv, este absolut necesar pentru realizarea unui voltmetru profesional.Tubul catodic (CRT) O aplicaie mult mai ntlnit a dispozitivelor electrostatice este tubul catodic. Acestea sunt tuburi speciale din sticl, similare celor ntlnite la televizoarele clasice. ntr-un astfel de tub, un fascicol de electroni ce se deplaseaz prin vid, este deviat prin intermediul unei tensiuni existente ntre dou plci metalice aezate de o parte i de cealalt a tubului.

Datorit faptului c electronii posed o sarcin electric negativ, acetia tind s fie respini de placa negativ i atrai de placa pozitiv. O inversare a polaritii tensiunii dintre cele dou plci va duce la modificarea n sens contrar al traseului fascicolului de electroni, acest dispozitiv fiind prin urmare sensibil la polaritate.

Electronii, avnd o greutate mult mai mic dect plcile metalice, se deplaseaz mult mai uor sub aciunea forei dintre cele dou plci dect plcile propriu-zise. Traseul lor deviat poate fi detectat pe msur ce acetia se lovesc de afiajul din sticla de la captul tubului, unde ntlnesc un strat subire de fosfor; rezultatul este emiterea unei unde luminoase ce poate fi observat din exteriorul tubului. Cu ct tensiunea dintre cele dou plci este mai mare, cu att electronii vor fi deviai mai puternic de la traseul lor iniial, punctul luminos de pe afiaj regsindu-se la o distana mai mare fa de centrul acestuia.

ntr-un tub real, exist dou perechi de plci metalice pentru deviaia electronilor, nu doar una singur, pentru a putea acoperi ntreaga aria a afiajului de sticl din captul dispozitivului.

Cu toate c aceste dispozitive pot nregistra tensiuni mici cu o precizie ridicat, ele sunt totui greoaie, fragile i necesit putere electric pentru funcionare, spre deosebire de dispozitivele electromagnetice ce sunt mult mai compacte i sunt alimentate direct de semnalul de msurat ce se regsete la bornele lor.

De obicei, tuburile catodice sunt folosite n combinaie cu circuite externe precise pentru formarea unui echipament de test mult mai mare, i anume, osciloscopul. Acest din urm dispozitiv poate indica variaia tensiunii cu timpul, o abilitatea extrem de important n cazul circuitelor cu tensiuni i cureni variabili n timp.Osciloscopul

Este un aparat electronic de msur care servete la observarea i msurarea unui semnal de tensiune electric cu variaie (frecven) constant, sau a mai multor semnale simultane de tensiune ce evolueaz discret, folosind pentru asta n mod uzual un cmp grafic vizualizator (ecran), unde axa 'X'-lor (abscisa) este axa timpului iar axa 'Y'-lor (ordonata) este axa reprezentrii amplitudinilor semnalelor de msurat (observat).

Osciloscopul analogic clasic este realizat ca un tub catodic n care un fascicul de electroni este accelerat spre un ecran fosforescent i produce pe acesta un punct luminos. Poziia x-y a punctului luminos pe ecran este comandat prin circuite i dispozitive specializate. Astfel, ecranul osciloscopului devine un grafic al variaiei n timp a unei tensiuni electrice sau afieaz dou tensiuni electrice una n funcie de cealalt, ca de exemplu n cazul figurilor Lissajous

Figuri Lissajous pe ecranul unui osciloscop.

1.2 PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE AL APARATELOR DE MASURAREDIGITALE

Principiul de funcionare al unui aparat digital de msurare const n transformarea mrimii de msurat cu variaie continu n timp, n semnale digitale, prelucrarea specific a acestora i afiarea sub o form numeric.

Un semnal digital este un semnal cu 2 nivele, 0 i 1, informaia fiind reprezentat prin prezena unuia sau a altuia din cele 2 nivele.

Convertorul analog digital transform un semnal analogic ntr-unul digital.Operaia de prelucrare numeric cuprinde urmtoarele etape:

cuantificarea semnalului, care reprezint operaia de divizare a semnalului n cuante (cantiti egale, de o anumit valoare);

codificarea, care reprezint operaia de asociere a unor valori numerice la cuantele obinute (codificarea binar opereaz cu nivelele 0 i 1, care corespund unor niveluri de tensiune continue ( ex. 0V i 5V);

afiarea, care reprezint operaia de prezentare a rezultatului sub form de cifre, cu ajutorul indicatoarelor optoelectronice de tip LED sau LCD.

Discretizarea - este operatia de transformare a variatiei continue a marimii

de masurat intr-o variatie in trepte. Ea se face atat in timp, cat si in nivel (amplitudine).

Discretizarea in timp consta in esantionarea marimii de masurat, masurarea

efectandu-se la anumite intervale de timp.

Discretizarea in nivel sau coantificarea in transformarea variatiei continue

a marimii de masurat intr-o variatie in trepte, care reproduc cu o anumita aproximatie variatia continua.

Rezolutia aparatului- reprezinta dintre doua trepte succesive de nivel (ex: A2 A1). Este o caracteristica metrologica a aparatelor digitale care inlocuieste notiunea de prag de sensibilitate intalnita la aparatele analogice.

Intervalul de esantionare reprezinta timpul dintre 2 masurari succesive.

Eroarea de discretizare reprezinta diferenta dintre valoarea marimii continue

de masurat si valoarea masurata digital (in acelasi moment).

- eroarea de discretizare nu poate fi mai mare decat rezolutia aparatului;

- eroarea de discretizare este cu atat mai mica cu cat treapta intervalului de esantionare este mai mica.

Codarea (codificarea) consta in atribuirea unei valori numerice, treptei de nivel corespunzatoare marimii masurate si exprimarea acestei valori in sistem de numeratie binar sau binar-zecimal. Metode de masurare

- Masurarea directa - consta in convertirea marimii de masurat direct intr-un numar de impulsuri proportional cu valoarea marimii de masurat, impulsuri ce sunt codate, numarate, decodate, iar in final se afiseaza numeric marimea masurata. Prin aceasta metoda se masoara timpul si frecventa. Masurarea directa a altor marimi (tensiune, intensitate a curentului, temperatura, presiune) se face transformand aceste marimi in timp sau frecventa.

- Masurarea prin compensare - consta in compararea succesiva a marimii de masurat cu o marime de referinta de aceeasi natura variabila in trepte sau prin aproximari succesive.

- Masurarea mixta - este o combinatie intre masurarea prin compensare si masurarea directa. Aceasta metoda asigura: viteza mai mare de masurare, sensibilitate mare, precizie ridicata.CAPITOLUL II

2. PARTILE COMPONENTE ALE APARATELOR DE MASURARE DIGITALE Elementele componente ale aparatelor de masurat sunt:

- dispozitivul de masurat : ansamblul partilor constructive care produce miscarea sistemului mobil, a carui deplasare depinde de marimea de masurat;

- elemente de prelucrare a semnalelor: accesorii sau componente care produc modificarea semnalelor (ca marime, forma, faza) sau realizeaza diferite operatii matematice asupra semnalelor (adunare, scadere, inmultire, impartire, logaritmare, derivare, integrare) in scopul adaptarii lor la dispozitivele de masurat utilizate;

- traductor: element de intrare in lantul de masurare, care transforma marimea de masurat intr-o marime electrica, adecvata schemei functionale sau instalatiei de masurat respective;

- elemente de referinta: parti constructive care furnizeaza marimi cu parametri caracteristici de valoare cunoscuta cu precizie (tensiune, curent, rezistenta, inductivitate, capacitate, durata) utilizate in aparate bazate pe metode de compensatie sau de punte;

- elemente auxiliare: parti constructive care participa la realizarea si corecta functionare a aparatului: surse de alimentare, elemente de protejare impotriva factorilor perturbatori (temperatura, cmpuri electromagnetice, vibratii, umiditate), elemente de fixare si consolidare a partilor constructive distincte, elemente de conectare, etc.

Elementele mentionate pot fi interioare sau exterioare (caz in care se numesc accesorii).

Desi sunt de o mare diversitate au blocurile functionale comune conectate intre ele .

Circuitul de intrare - prelucreaza marimea de masurat pentru a obtine o marime convenabila la intrarea convertorului. El asigura impedanta de intrare foarte mare si poate fi:

- amplificator cu mai multe etaje, pentru marimi de masurat mici;

- atenuator pentru marimi de masurat prea mari;

- redresor cand marimea de masurat este alternativa.

- Convertorul analog-digital ( CAD ) transforma marimea analogica de la intrare intr-o marime digitala (o serie de impulsuri) prin operatia numita discretizare. - Numaratorul - numara impulsurile de la iesirea convertorului in sistem de numeratie binar sau binar-zecima.

- Decodorul - decodifica rezultatul masurarii, adica transforma rezultatul masurarii din binar, sau binar-zecimal in sistem zecimal.

- Dispozitivul de afisare - afiseaza numeric rezultatul masurarii.

- Blocul de alimentare - alimenteaza celelalte blocuri functionale. - Blocul de comanda - comanda functionarea automata a celorlalte parti componente.

2.1. Numaratorul

Este format dintr-un lant de celule elementare de numarare (blocul de numarare), numarul acestora fiind dependent de sistemul de numeratie folosit.

- Celula elementara de numarare este o celula binara realizata dintr-un circuit basculant bistabil.Are doua stari distincte si poate numara un singur impuls. Circuitul basculant este un dispozitiv electronic, cu doua stari distinct, ambele stabile. Este folosit ca element de comutatie, putand trece brusc (prin basculare) dintr-o stare in alta in urma primirii unei comenzi din exterior, si ca element de memorie, putand ramane oricat intr-o anumita stare daca i se aplica o comanda exterioara in acest sens.

- Blocul de alimentare se obtine prin legarea in cascada a mai multor cellule elementare de numarare. Ex: numerator binar cu 4 celule. Prin legarea in cascada a n celule se obtine un numerator care pune in evident 2n stari distincte si care poate numara pana la 2n-1. Regula de functionare a unui bloc de numarare este urmatoarea: prima celula isi schimba starea la fiecare impuls aplicat la intrare, fiecare dintre celalalte celule din lant isi schimba starea numai cand bistabilul precedent trece din starea 1 in starea 0. 2.2. Decodorul (decodificatorul) Transforma informatia dintr-un sistem de numeratie in altul.Cel mai raspandit decodificator este decodorul NBCD. Pentru a decodifica din binary-zecimal in sistem zecimal este necesar ca pentru fiecare tetrad sa existe un decoder care sa primeasca semnalele de la cele patru celule binare si sa aiba iesiri corespunzatoare celor 10 cifre ale sistemului zecimal. Decodoarele sunt realizate cu circuite logice.

- Circuite logice sunt circuite de comutatie cu doua stari stabile care corespund celor doua valori 0 si 1. Sunt realizate pe baza functiilor logice.

- Circuitul SAU (suma logica) este un circuit cu doua sau mai multe intrari si o singura iesire. Iesirea este in starea 1 cand cel putin una dintre intrari este in starea 1.

- Circuitul SI (produs logic) este un circuit cu doua sau mai multe intrari si o singura iesire. Iesirea este in starea 1 numai daca toate intrarile sunt in starea 1.

- Circuitul NU (circuit inversor ) are o singura intrare si o singura iesire. Iesirea circuitului este intotdeauna in starea opusa intrarii.

- Circuitul SAU- Nu (nici) este un circuit SAU combinat cu un inversor cu mai multe intrari. Este circuitul SAU negat.

- Circuitul SI-NU (numai) este un circuit SI combinat cu un inversor.

Circuitele logice pot fi realizate cu diode semiconductoare si rezistente cu tranzistoare si rezistente sau cu tranzistoare si diode.

2.3. Dispozitivul de afisare Dispozitivul de afisare este comandat de semnalul de la iesirea decodorului si afiseaza numeric masurarea. Cele mai frecvente dispozitive de afisare sunt:

dispozitive de afisare cu tuburi NIXIE (digitroane);

dispozitive de afisare cu diode electroluminiscente (LED-uri);

dispozitive de afisare cu cristale lichide.

Tuburile Nixie sunt tuburi de gaz care au 10 catozi si un anod. Catozii sunt confectionati dintr-un conductor subtire din crom-nichel si au forma unor simboluri zecimale de la 0 la 9. Sunt asezati unul in fata celuilalt, iar latimea de luminiscenta este mai mare decat grosimea conductorului din care este confectionat catodul. Au dezavantajul ca tensiunea de aprindere este de circa 170V. Diode electroluminiscente (LED)- sunt diode semiconductore cu proprietatea de a emite lumina cand sunt in stare de conductie. In functie de semiconductorul folosit lumina poate avea diferite culori(rosu, galben, portocaliu).

Cristale lichide sunt substante aflate intr-o stare intermediara intre solid si lichi, curg precum lichidele si au structura precum cristalele. Au proprietatea ca sub actiunea campurilor magnetice sau electrice isi schimba transparenta sau culoarea. Grosimea stratului de lichid este cuprinsa intre 6m-25m. Aceste dispozitive au urmatoarele avantaje:

consum de energie foarte mic;

tensiune de alimentare mica (cativa volti);

dimensiuni reduse;

cost redus Dispozitive de afiare cu tuburi NIXIE

Tuburile NIXIE sunt tuburi cu gaz, care au 10 catozi i un anod. Catozii sunt confecionai din srm subire din crom-nichel i au forma cifrelor de la 0 la 9. Cnd tensiunea dintre anod i unul dintre catozi este egal cu tensiunea de aprindere, gazul din jurul catodului respectiv se ionizeaz i se amorseaz o descrcare luminescent a crei culoare depinde de natura gazului (roie, pentru tuburile cu neon). Limea de luminescen a catodului fiind mai mare dect grosimea srmei din care acesta este confecionat, cei 10 catozi pot fi aezai unul n faa celuilalt.

Schema de comand a unui tub NIXIE

n locul comutatoarelor se folosesc tranzistoare care au bazele conectate la cele 10 ieiri ale unui decodificator binar-zecimal.

Tuburile NIXIE au dezavantajul c necesit tensiuni de aprindere mari, de circa 170 V; de aceea, ele sunt utilizate n special n echipamentele echipate cu tuburi electronice. n aparatele tranzistorizate sunt folosite mai rar, n aceste aparate fiind preferate alte tipuri de instrumente.Dispozitive de afisare cu diode electroluminiscente (LED-uri)

Diodele electroluminescente, cunoscute i sub denumirea de LED (Light Emitting

Diodes), sunt diode semiconductoare care au proprietatea de a emite lumin cnd sunt n stare de conducie. n funcie de semiconductorul folosit, lumina emis poate avea diferite culori (rou, verde, galben).

Afior cu apte segmente: notarea segmentelor

a); tabelul segmentelor activate pentru afiarea cifrelor zecimale b); tipuri constructive de dispozitive de afiare (c, d, e); schema de alimentare a unei diode luminescente f); afior cu diode luminescente cu anod comun g); conectarea afiorului cu anod comun h). circuit decodificator-formator integrat de tip CMOS.

Pentru a indica cele zece cifre zecimale se folosesc grupuri de diode care se selecteaz cu ajutorul unor circuite logice (decodificatoare) pentru a forma cifra dorit. Cel mai frecvent se folosesc grupuri de apte diode astfel aezate nct atunci cnd toate sunt n stare de conducie s se afieze cifra 8. Cele apte segmente ale indicatorului, notate cu literele a, b, c, d, e, f, g permit, prin activarea doar a unora dintre ele, afiarea oricreia din cifrele zecimale

Segmentele pot fi diode luminescente sau cristale lichide i se realizeaz compact, n carcase de diferite forme (c, d, e). n figura de mai sus g este prezentat un circuit de afiare cu diode luminescente i modul de conectare a acestuia (h), pornind de la schema de alimentare a unei diode luminescente (f). n practic, n locul comutatoarelor h, se folosete un circuit electronic numit formator de afiare. De foarte multe ori, el este inclus n circuitul decodificatorului. Dispozitive de afisare cu cristale lichide Cristalele lichide sunt substane aflate ntr-o stare intermediar, ntre solid i lichid. Ele curg, dar n acelai timp moleculele lor sunt orientate ntr-o anumit ordine, ceea ce d substanei respective proprietatea de cristal. Ordinea molecular a cristalelor lichide poate fi influenat de cmpurile electrice sau magnetice, sub aciunea crora substanele respective i schimb transparena sau culoarea. Aceste proprieti ale cristalelor lichide i gsesc foarte multe aplicaii n practic.

n figura a este prezentat construcia unui afior cu cristale lichide cu apte segmente, n figura b fiind prezentat cuplarea acestui afior cu un circuit decodificator-formator integrat de tip CMOS.

Construcia afiorului cu cristale lichide a) i comanda

acestuia cu decodificator-formator CMOS b) Dispozitivele de afiare cu cristale lichide necesit tensiuni relativ mici i au un consum de energie foarte redus, motiv pentru care ele capt o rspndire din ce n ce mai larg.CAPITOLUL III3. TIPURI DE APARATE DE MASURAT DIGITALE

Clasificarea aparatelor de masura se poate face dupa: - marimea electrica masurata: galvanometre, ampermetre, voltmetre, ohmmetre, wattmetre, frecventmetre, contoare, punti (de rezistente, de capacitati, de inductivitati) etc.;- dupa constructie si principiu de functionare: Dupa constructie exista dispozitive: - pentru obtinerea unei singure interactiuni (simple); - pentru producerea a doua interactiuni (cupluri) de sensuri contrare (logometre). Dupa principiul de functionare : - dispozitive magnetoelectrice;- feromagnetice; - electrodinamice;- de inductie; - termice;- electrostatice; - cu vibratii;- magnetoelectrice cu redresoare; - magnetoelectrice cu termoelemente, etc.

3.1. Multimetrul digital

Mutimetrul digital poate msura mai multe tipuri de mrimi electrice. n cadrul laboratoarelor, acest aparat se va utilliza pentru msurarea:

valorii rezistenelor n acest caz aparatul se utilizeaz ca ohmetru;

valorii tensiunilor continue n acest caz aparatul se utilizeaz ca voltmetru.

Multimetrul digital care va fi utilizat n cadrul lucrrilor de laborator este prezentat n figura de mai jos. Panoul frontal al aparatului este divizat n mai multe seciuni, care delimiteaz tipul mrimii electrice msurate. Tipul mrimii electrice care urmeaz a fi msurate se selecteaz din comutatorul 1 . n cadrul fiecrei seciuni sunt indicate mai multe valori numerice acestea se numesc game de msur. Mrimea electric vizat se msoar introducnd n circuit testerele aparatului (aa cum se va preciza mai jos), conectate la bornele acestuia: testerul rou la borna +, iar testerul negru la borna -. Valoarea mrimii electrice msurate este precizat pe ecranul aparatului. n cadrul valorii afiate, punctul indic virgula.

a. Msurarea rezistenelor se realizeaz astfel:

1. comutatorul aparatului trebuie poziionat n dreptul gamei de msur maxime, indicat prin valoarea 2000k, din seciunea indicat prin simbolul sau prin textul Ohm;

2. se scoate rezistorul din circuit;

3. se aplic testerele aparatului, fiecare pe cte un terminal al rezistorului;

4. se citete valoarea rezistenei pe ecranul aparatului; n cazul n care valoarea indicat pe ecran nu este suficient de precis (lipsesc zecimalele), se selecteaz din comutatorul 1 gama de msur de valoare imediat inferioar (de exemplu, 200k). Procedeul se repet pn cnd valoarea indicat pe ecran este suficient de precis (conine zecimale).

5. valoarea indicat pe ecranul aparatului depinde de gama de msur selectat:

a. pe gamele indicate cu litera k, valoarea rezistenei este indicat n kiloohmi;

b. pe gamele indicate numai cu valori numerice (fr alte litere), valoarea rezistenei este indicat n ohmi.

b. Msurarea tensiunilor contiue se realizeaz astfel:

1. comutatorul aparatului trebuie poziionat n dreptul gamei de msur maxime, indicat prin valoarea 1000, din seciunea indicat prin simbolul V= sau prin textul DCV;

2. se aplic testerele aparatului, n PARALEL cu elementul de circuit de pe care se msoar tensiunea, cu testerul conectat la borna + a aparatului (testerul rou) la potenialul superior al tensiunii msurate i cu testerul conectat la borna - a aparatului (testerul negru) la potenialul inferior a tensiunii msurate (n cadrul laboratoarelor, se va indica de fiecare dat modul n care trebuie conectat voltmetrul n circuit);

3. se citete valoarea tensiunii continue pe ecranul aparatului; n cazul n care valoarea indicat pe ecran nu este suficient de precis (lipsesc zecimalele), se selecteaz din comutatorul 1 gama de msur de valoare imediat inferioar (de exemplu, 200). Procedeul se repet pn cnd valoarea indicat pe ecran este suficient de precis (conine zecimale).

4. valoarea indicat pe ecranul aparatului depinde de gama de msur selectat:

a. pe gamele indicate numai cu valori numerice (fr alte litere), valoarea rezistenei este indicat n voli.

b. pe gamele indicate cu litera m, valoarea rezistenei este indicat n milivoli;3.2. Frecvenmetru digital de 1MHz

Pentru lucrul n joas frecven, de multe ori se dovete util folosirea unui frecvenmetru.

Desigur unii oameni posed un asemenea aparat, fie industrial, fie confecionat dup schema general.

Bineneles, rezultatele obinute n msurtori sunt n majoritatea cazurilor direct proporionale cu complexitatea montajului i acurateea execuiei, n cazul celor HOME MADE.

Afiarea se face, n majoritatea cazurilor cu 6, 7 sau 8 cifre. Consumul de energie este deobicei, peste 300mA n curent continuu, ajungnd la valori impresionante la variantele T.T.L. cu 8 cifre i diverse divizoare la intrare (de ex. 95H90, 11C90).

3.3. Voltmetru numeric (digital) Afiarea numeric a tensiunii msurate rezolv problema erorilor de citire, dar implic o conversie analog-numeric. Dei mrimea care se preteaz cel mai bine conversiei analog-numerice este tensiunea continu, prin conversia corespunztoare la intrarea, aparatele digitale au devenit aproape universale putnd msura tensiuni i cureni n curent continuu, tensiuni i cureni n curent alternativ, frecven i impedane, etc.). Un avantaj al aparatelor numerice este acela c pentru manevrarea lor nu este necesar o specializare a personalului, ele avnd un mod de utilizare simplu i o capacitate de suprancrcare de pn la 100% din valoarea afiat. Schema generala a unui voltmetru digital este prezentat n figura de mai jos.Gama de baz a voltmetrului este de 0-1V sau 0-10V; pentru gama de baz amplificatorul din blocul de intrare are factorul de amplificare 1, iar impedana de intrare este cea mai mare (de ordinul G) avnd precizia de funcionare cea mai ridicat. Pentru domenii mai mici amplificarea este supraunitar, iar pentru domenii mai mari se utilizeaz divizoare de tensiune care determin scderea impedanei de intrare. Blocul de intrare furnizeaz la ieire o tensiune continu proporional cu mrimea de msurat.

Blocul specific, considerat cel mai important este convertorul analog-numeric, care, prin compararea tensiunii de intrare cu tensiunea de referin genereaz, pe baza unui cod, o succesiune de impulsuri ce sunt aplicate numrtorului. Exist mai multe moduri de realizare a conversiei i mai multe criterii de clasificare a convertoarelor.

Clasificarea convertoarelor determin i clasificarea voltmetrelor numerice. Cel mai general criteriu este: voltmetre integratoare i voltmetre neintegratoare.

Voltmetrele neintegratoare eantioneaz tensiunile de msurat i furnizeaz valoarea instantanee n momentul eantionrii, are viteza de lucru foarte mare, dar are nevoie de filtrare tensiunii msurate ceea ce reduce de fapt viteza de msurare (datorit constantei de timp a filtrului).

Voltmetrele integratoare, care msoar valoarea medie pe un interval de timp a tensiunii de intrare, intervalul de timp fiind de 20ms sau multiplu de 20ms pentru rejecia perturbaiei pentru 50Hz. Timpul de msurare crete (se pot realiza maxim 10 msurri pe secund), dar prezint avantajul rejeciei perturbaiilor de 50Hz fr a fi necesare filtre suplimentare.

Numrtorul numr impulsurile primite de la convertor. La ieire este generat valoarea numeric a tensiunii msurate realizndu-se i conversia de cod necesara.3.4. Voltmetru digital cu convertor analog-digital cu compensare cu tensiune crescatoare in trepteElemente componente:

convertorul analog-digital contine un comparator, un circuit poarta si un convertor digital-analog;

comparatorul compara tensiunea de masurat cu tensiunea de referinta variabila in trepte, generata de convertorul digital-analog

numaratorul numara impulsurile primite si comanda convertorul digital -analog;

Rezultatul este decodificat si afisat numeric.

Functionarea ( Se bazeaza pe compararea tensiunii de masurat cu o tensiune de referinta variabila generata in interiorul aparatului de masurat digital de un convertor digital-analog.

convertorul primeste de la un bloc numeric o serie de impulsuri si da la iesire o tensiune ce variaza in functie de nr. impulsurilor primite;

tensiunea generata de convertorul digital-analog poate sa varieze in trepte sau prin aproximatii succesive;

circuitele bistabile B1, B2, B3, B4 sunt in starea zero a.i. U de referinta este zero (starea initiala)

cand Ux Uref comparatorul comanda deschiderea circuitului poarta prin care trec impulsurile de la generatorul de tact spre numarator;

cand tensiunea de referinta egaleaza tensiunea de masurat comparatorul comanda inchiderea circuitului poarta;

cat timp poarta a fost deschisa au trecut spre numarator impulsuri care au fost numarate;

numaratorul a comandat si convertorul digital-analog a.i. valoarea tensiunii de referinta depinde de nr. impulsurilor care au trecut prin poarta;

rezultatul numararii indica valoarea tensiunii de referinta si pe cea a tensiunii de masurat;

fiecarui impuls ii corespunde o treapta elementara de variatie a tensiunii de referinta, iar rezultatul numararii, decodificat, poate fi afisat numeric direct in V. 3.5. Voltmetre digitale cu rampa n trepteIn cazul CAN cu aproximare succesiv schema se complic datorit necesitii obinerii n fiecare pas a unei tensiuni ponderate corespunztoare bitului determinat cu care trebuie comparat tensiunea de convertit Ux.

Dac n loc s se fac comparaia cu un numr de tensiuni ponderate cu 2-n (situaie n care se obine numrul minim de comparaie) se face comparaia cu un numr de tensiuni care difer ntre ele printr-o anumit cantitate egala q (care va reprezenta practic rezoluia sistemului) se va obine o simplificare substaniala a schemei dar o mrime a timpului de conversie (numrul de comparaie nemaifiind minim).

Un generator de tensiune n trepte poate fi obinut dintr-un numrtor cuplat cu un CNA, tensiunea la ieirea CNA-ului fiind proporional cu N (numrul nscris la un moment dat n numrtor ) i un q, adic:

Uc=N*q

Dac pornind de la valoarea zero nscris n numrtor, incrementm numrtorul cu cte o unitate, i facem permanent comparaia tensiunii Uc cu tensiunea Ux(de convertit) atunci cnd comparatorul va sesiza egalitatea vom putea exprima numeric pe Ux prin numrul nscris n acel moment n numrtor, adic: Ux=N*q

In figura de mai sus, este prezentat schema unui convertor analog numeric care exemplific acest principiu.

Schema conine un generator de frecventa G1, care genereaz impulsuri cu frecvena f1 ce incrementeaz numrtorul N, un comparator C care compar tensiunea Ux cu tensiunea de la ieirea convertorului CNA. Ct timp Ux(Uc ieirea convertorului este 1 i permite trecerea impulsurilor prin poarta P. Atunci cnd Ux(Uc poarta P este blocat i numrtorul rmne la valoarea corespunztoare Ux=Uc=N*q. Generatorul G2 a crui frecven f2 este mult mai mic dect a lui G1 asigur aducerea lui N n poziia 0 i reluarea ciclului de conversie.

NORME SPECIFICE DE SECURITATE A MUNCII SI

INSTRUCTIUNI P.S.I. - Echipamentul individual de protectie- reprezinta mijloacul cu care este dotat fiecare participant la procesul de munca pentru a fi protejat impotriva factorilor de risc de accidentare si imbolnavire profesionala.- Personalul lucrator, precum si celelalte categorii de persoane carebeneficiaza de echipamentul individual de protectie sunt obligate sa-l utilizeze doar in scopul pentru care a fost atribuit, sa-l prezinte la verificarile periodice stabilite si sa solicite inlocuirea sau completarea sa atunci cand nu mai asigura indeplinirea functiei de protectie. - Degradrea echipamentului individual de protectie din vina personalului caruia i-a fost atribuit sau instrainarea lui , atrag dupa sine sanctionarea pentru prejudiciu cauzat potrivit legii si a reglementarilor interne.- Nepurtarea echipamentului de protectie se sanctioneaza conform legislatiei in vigoare si a reglementarilor interne. - Se va evita calcarea pe cabluri, pe portiunile uleiate sau alunecoase si pe orice alte obiecte care ar putea provoca alunecari. - Este interzisa atingerea masinilor in functiune sau oricarui loc periculos din atelier. - In locurile unde sunt afisate semnele conventionale de avertizare, va intra numai in prezenta sefului de atelier, care va lua masurile corespunzatoare de securitate. - Nu are voie sa aprinda tigara, sa fumeze sau sa foloseasca flacari deshise in incaperile unde se gasesc materiale in flamabile sau explozibile. - Totdeauna trebuie sa se priveasca in directia de mers, iar atunci cand se transporta pachete in brate, acestea nu trbuie sa impiedice vizibilitatea. - Pardoselile din incaperi trebuie sa fie intretinute iar urmele de ulei si apa trebuie inlaturate pentru a se evita alunecarile. - Trebuie semnalate orice defectiuni in pardoseli (sparturi sau rupturide linoleum, covoare, etc.). - In timpul programului trebuie folosita o incaltaminte corespunzatoare pentru a se evita orice sursa de accident.

BIBLIOGRAFIE1. Eugenia Isac - Msuri electrice i electronice, Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti, 19912. ILIESCU, C. Masurari electrice si electronice. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1984.

3. Manolescu, P., Carmen Ionescu Golovanov. Masurari electrice si electronice. Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1980

4. Msurri electrice si electronice / Costin Cepica. - Bucureti : ICPE, 1997

5. Msurri electronice / Mihai Antoniu, Stefan P. si Eduard Antoniu. - Iai : Satya, 1997 : Aparate si sisteme de msur numerice6. Msurri electrice si electronice : Teorie si probleme / Cornelia Marcua si Mihai Creu. - Chiinu : Tehnica-Info, 2002

7. Ing.Antoaneta Butoarca, Ing. I.Chisalita, Ing.E. Butoarca - Masurari electrice si electronice - teste si sinteze pentru bacalaureat - Editura Ager-2005

EMBED PBrush

Schema bloc a voltmetrelor numerice

CAN cu tensiune n trepte neegale.

PAGE 25

_1361217816.unknown


Top Related