lucrarea 2 - aparate de masura electromecanice

Download Lucrarea 2 - Aparate de Masura Electromecanice

Post on 09-Mar-2016

26 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Lucrarea 2. Aparate de msur electromecanice

Ce sunt aparatele de msur electromecanice?

Un rspuns rapid, pe care l-am primit de la majoritatea studenilor notri: aparate de msur cu ac indicator. Este corect aceast afirmaie?

S ne imaginm c vrem s msurm presiunea n roi. Vom citi valoarea de presiune prin intermediul unui dispozitiv cu ac indicator i scal gradat dar aparatul pe care l folosim nu este electromecanic.

Aparatele electromecanice de msur sunt acele aparate care transform energia electric preluat din circuitul supus msurrii n energie mecanic. Energia mecanic este utilizat pentru rotirea prii mobile i implicit a acului indicator.

Acest lan de conversie ne spune dou lucruri:

circuitul supus msurrii este afectat de pierderea unei cantiti de energie;

aparatele electromecanice prezint o parte mobil a crei rotire este vizibil pentru utilizator prin intermediul acului indicator.

Ce ne intereseaz n momentul n care msurm cu aparatele electromecanice?

Ne intereseaz dou elemente: dispozitivul de citire a deviaiei i cheia comutatoare. Dispozitivul de citire a deviaiei este format dintr-o scal gradat i un ac indicator.

Scala gradat reprezint o succesiune de repere care urmresc traiectoria acului indicator. Aceste repere sunt numerotate pentru a facilita operaia de msurare. Distana dintre dou repere se numete diviziune.

Dac diviziunea se pstreaz constant pe ntreaga scal, atunci avem o scal uniform. Scalele uniforme sunt utilizate de obicei pentru msurarea tensiunii i a curentului.

Dac diviziunea difer pe parcursul scalei (fie ca lungime de arc de cerc, fie ca diferen a numerelor alocate reperelor care delimiteaz diviziunea) avem o scal neuniform. Scala neuniform este utilizat pentru msurarea rezistentei, capacitii sau pentru realizarea citirilor n dB.

Cheia comutatoare permite stabilirea mrimii ce va fi msurat si a legturii cu scala gradat prin specificarea unei valori (ofer informaia necesar pentru stabilirea corespondenei dintre valoarea citit pe scala gradat i valoarea mrimii msurat).

Valoarea specificat prin poziia cheii are semnificaii diferite n funcie de mrimea msurat i implicit de scala uniform sau neuniform asociat mrimii.

Pentru msurarea tensiunii i a curentului, pe scala uniform, cheia comutatoare permite alegerea domeniului de msurare, adic permite alegerea valorii maxime ce poate fi msurat.

Msurarea unei valori egale cu cea stabilit de poziia cheii comutatoare, conduce la obinerea deviaiei maxime a acului indicator (captul de scal).

Astfel, pentru captul de scal putem spune c numrul maxim de diviziuni ale scalei corespunde valorii selectate de cheia comutatoare.

De exemplu, dac stabilim prin cheia comutatoare c msurm pe domeniul de 100V iar tensiunea msurat este chiar 100V, atunci acul indicator va ajunge la capt de scal. n acest fel putem spune c domeniului de 100V i corespund 10 diviziuni (captul de scal).

Dac msurm o tensiune pe acelai domeniu iar acul indicator se stabilizeaz la diviziunea 9, care va fi valoarea tensiunii msurate? Fiind o scal uniform este evident c exist o dependent liniar ntre numrul diviziunilor i valoarea tensiunii.Dac la 10 diviziuni corespund 100V atunci la 9 diviziuni vor corespunde x voli (regula de trei simpl)

10div .................................. 100V

9div .................................... xV x=9*100/10 [V]

Sau, putem calcula constanta aparatului (pentru scala i poziia cheii n discuie) mprind valoarea indicat de cheie la numrul de diviziuni al captului de scal: k = 100V / 10div, adic k = 10V/div. Valoarea msurat x, va fi egal cu constanta k nmulit cu numrul de diviziuni indicate de ac: x = 10V/div * 9div = 90V

Pentru msurarea rezistenei i capacitii pe scala neuniform, cheia comutatoare permite alegerea factorului de multiplicare (x1, x10, x100, x1k, x10k etc.), adic numrul cu care trebuie nmulite valorile nscrise pe scal pentru ca citirea s se realizeze in unitatea de msur specificat n dreptul scalei.

De exemplu, dac cheia comutatoare se afl pe factor de multiplicare x100, iar acul indicator este poziionat n dreptul reperului 15, atunci valoarea R a rezistenei msurate va fi R = 15 * 100 = 1500

De reinut: Dispozitivul de citire a deviaiei ofer informaii referitoare la numrul de diviziuni indicate. Astfel, urmrind poziia acului indicator se poate spune care este numrul diviziunii n dreptul creia acul indicator s-a stabilizat, fr a oferi nici o informaie despre legtura cu mrimea msurat.

Cheia comutatoare ne ofer legtura dintre diviziuni i valoarea mrimii msurate. Mai exaxt, pentru scala uniform valoarea indicat de poziiei cheii corespunde numrului de diviziuni al captului de scal, iar pentru scala neuniform valoarea indicat reprezint factorul de multiplicare a valorilor nscrise pe scal.

Cum citim pe o scal marcat n decibeli?

Multe aparate de msur electromecanice i nu numai, prezint pe lng scalele deja discutate i o scal n dreptul creia vom ntlni un marcaj mai puin familiar - dB.Aadar: ce este decibelul? Este el o unitate de msur, i dac da care mrime se msoar n decibeli?

ntr-o abordare elementar, decibelul este o unitate de msur pentru raportul intre dou mrimi, exprimat matematic prin relaia:

[dB]=10log(X2/X1)

nceputul utilizrii sale este strns legat de apariia i dezvoltarea domeniului telecomunicaiilor i a dispozitivelor audio, nsi definiia sa logaritmic ncercnd o apropiere de fiziologia sistemului auditiv uman.

Urmare a definiiei logaritmice a decibelului putem face dou observaii importante (n afar de aceea c ne d bti de cap suplimentare):

pentru o mrime reprezentata uzual pe scal uniform, utilizarea scalei in dB determin reprezentarea pe o scal neuniform.

scalele cu citire n decibeli sunt foarte utile atunci cnd domeniul de variaie al mrimii msurate este larg. Imaginai-v c vrem s msurm pe o singur scala liniar o mrime care variaz n raport de 1 / 1 milion! Dac folosim o scal n decibeli aceeai mrime variaz de la 0 la 60.

ntrebarea care vine firesc atunci cnd se utilizeaz exprimarea valorii unei mrimi electrice (putere, tensiune, curent) n decibeli este urmtoarea: de unde lum cea de a doua valoare pentru a calcula raportul?

Cea de a doua valoare, numit i valoare de referin, este o valoare arbitrar stabilit i care este obligatoriu de furnizat de ctre constructorii aparatelor de msur. De exemplu pentru putere electric se utilizeaz ca referin valoarea de 1 watt (unitatea de msur notndu-se n acest caz dBW) sau cea de 1mW (dBm).

Primul pas pe care trebuie s l avem n vedere este faptul c definiia anterioar este valabil doar n cazul puterii electrice. Pentru tensiune i curent, [dB]=20log(U2/U1) i respectiv [dB]=20log(I2/I1).

Motivul este evident: puterea electric depinde de ptratul tensiuni i/sau de ptratul intensitii curentului electric (P=U2/Z, P=ZI2)

Cel de-al doilea pas l reprezint aflarea valorii de referin. Informaiile care ne ajut la aflarea acesteia sunt de obicei indicate de fabricant.

n exemplul alturat primim informaia c valoarea de 0 dB corespunde unei valori de 1mw pe o impedan de 600 de ohm.

tiind c P=U2/Z, obinem referina de tensiune de 0.775 V.

Pasul trei l constituie stabilirea gamei de msur (poziia comutatorului) pentru care citirea pe scala marcat n decibeli se face n mod direct. Vom face din nou apel la cadranul aparatului menionat anterior.

S presupunem c ne aflm n situaia n care acul indicator se afl n dreptul reperului 0 pe scala marcat n dB. Singura poziie a cheii comutatorului pentru care acul indicator are aceast deviaie la aplicarea unei tensiuni de 0.775 V (valoarea de referin a tensiunii, determinat anterior) este poziia de 2.5 V.

n consecin, atunci cnd poziia cheii comutatorului este 2.5 V, valoarea, exprimat n decibeli, a tensiunii se obine prin citire direct pe scala marcat n decibeli.

Haidei s ncercm o citire comparativ. Cu poziia cheii comutatorului pe 2.5V, acul indicator este n dreptul reperului 8 pe scala marcat n decibeli. Care este valoarea tensiunii, exprimat n voli?

Determinare prin citire pe scala uniform corespunztoare:

Pe scala al crei capt este 25, acul indicator este n dreptul reperului 19.5. n consecin, valoarea tensiunii este de 19.5 diviziuni x 2.5 V / 25 diviziuni, adic U = 1.95 V.

Determinare prin calcul:

8 dB = 20 log (U/0.775)U= 1.9467

Diferena dintre cele dou rezultate este cauzat de aproximarea poziiei acului indicator. Ochiul uman nu poate observa diferena dintre 19.5 i 19.467 diviziuni (evident c dac diviziunea ar avea o lungime de 1 km am putea i asta dar nc nu am construit aparate de msur att de mari)

n cazul n care cheia comutatorului se afla pe alt poziie dect 2.5 V, fie ea x, valoarea exprimat n decibeli a tensiunii se obine n modul urmtor: se citete indicaia de pe scala marcat n decibeli i se adun la aceasta 20log x/2.5.

Ce reprezint valoarea indicat de aparat?

Dac msurm o tensiune sinusoidal precum cea de la priza de acas, la coal sau la serviciu i aparatul de msur ne indic 230V, ce reprezint aceast valoare pentru semnalul sinusoidal? Este valoarea maxim? Medie?

Dac aparatul de msur nu are specificaii speciale privind tipul mrimii indicate, atunci acesta va indica n valori efective.

Valoarea efectiv a unui semnal periodic reprezint echivalenta acestuia n continuu din punct de vedere al efectului termic. Cu alte cuvinte, valoarea efectiv a unui curent periodic este valoarea curentului continuu care produce acelai efect termic ca i cel periodic, in acelai interval de timp pe aceeai rezistent.

S urmrim cum se obine valoarea efectiv pentru un curent sinusoidal la care cunoatem valoarea maxim (amplitudinea) IMAX. Ne intereseaz s