APARATE ANALOGICE INDICATOARE

1.PRINCIPIUL DE FUNCTIONARE

Functionarea aparatelor de masurat indicatoare se bazeaza pe transformarea unei parti de energie electrica sau magnetica a marimii de masurat sau a semnalului electric intermediar in energie mecanica, care produce marimea perceptibila de la iesire, respectiv deplasarea unui indicator in fata unei scari gradate. Transformarea energiei are loc in conformitate cu fenomenul fizic care sta la baza constructiei instrumentului de masurat.

Instrumentele de masurat ale aparatelor indicatoare au in constructia lor o parte fixa si o parte mobila (echipaj mobil).

Partea mobila, pe care este fixat si indicatorul, se deplaseaza sub actiunea unui cuplu de forte, denumit cuplu activ, Ma, care apare ca urmare a interactiunii dintre marimile fizice (dintre care, de obicei una este marimea de masurat sau semnalul electric intermediar) existente in cele doua parti ale instrumentului. Cuplul activ depinde de valuarea marimii de masurat X, fiecarei valuori a marimii de masurat corespunzandu-i o valuare bine determinata a cuplului activ, adica :

Ma =f(x) (2.1.)

Daca asupra echipajului mobil ar actiona numai cuplul activ, acesta s-ar deplasa pana la limita extrema, indiferent de valuarea marimii de masurat. Pentru ca fiecarei valuori a marimii de masurat sa-i corespunda o anumita deplasare a echipajului mobil, cuplul activ este echilibrat cu un cuplu de sens contrar proportional cu deplasarea a a echipajului mobil, denumit cuplu rezistent, M,

M1 =Da (2.2)

unde I este constanta constructiva denumita cuplu specific.

Caracteristica statica de functionare. Echipajul mobil se roteste sub actiunea simultana a celor doua cupluri, pana cand cuplul rezistent crescand cu unghiul de rotire, devine egal cu cuplul activ. Conditia de echilibru se caracterizeaza deci prin aceea ca suma cuplurilor care actioneaza asupra echilibrului mobil este zero (0). Daca se neglijeaza cuplul de frecari, aceasta conditie se scrie:

Ma=M1=0

a=F(X)

Clasificarea aparatelor de masurat indicatoare

Dupa marimea masurata, aparatele pot fi: ampermetre, ohmetre,volmetre etc.

Dupa precizie, aparatele de masurat pot fi incluse in una din urmatoarele clase: 0,005-0,1-0,2-0,5-1-5-2,5-5.

Dupa utilizare, pot fi:

-aparate de tablou (clasele 0,5.5);

-aparate de laborator (clasele 0,005.0,5);

-aparate tehnice(clasele 1.5).

Dupa natura fenomenelor pe care se bazeaza functionarea lor se deosebesc:

aparate magnetoelectrice, care folosesc interactiunea dintre campul unui magnet permanent si o bobina parcursa de curent de masurat;

in functie de elementul care este mobil, aceste aparate se impart in aparate cu bobina mobila si aparate cu magnet mobil;

aparate feromagnetice (cu fier mobil), care contin o piesa mobila din material feromagnetic supusa actiunii campului creat de o bobina fixa de curentul de masurat;

aparate electromecanice, care folosesc actiunile fortelor electrodinamice ce se exercita intre bobinele fixe si mobile parcurse de curenti;

aparate ferodinamice, in care fortele electrodinamice sunt sporite de piese feromagnetice asezate in calea liniilor de camo magnetic;

aparate de inductie, care folosesc actiunea campului magnetic variabil al unor circuite inductoare fixe asupra unor piese conductoare mobile in care induc curenti;

aparate termice cu fir cald, in care echipajul mobil se deplaseaza ca urmare a dilatarii firelor incalzite direct sau indirect de curentul de masurat;

aparate bimetalice, in care deformarea unei lamele din bimetal datorita incalzirii sale directe sau indirecte de catre curentul de masurat este transmisa echipajului mobil;

aparate de termocuplu, in care marimea electrica de masurat produce incalzirea unui termocuplu a carei tensiune electromotoare este masurata cu ajutorul unui aparat magnetoelectric;

aparate de redresor, formate dintr-un aparat magnetoelectric asociat cu un dispozitiv redresor, cu care se masoara curenti sau tensiuni lternative;

aparate electrostatice, care functioneaza sub influenta fortelor electrostatice ce se exercita intre piese metalice fixe si mobile intre care exista o diferenta de potential electric;

aparate cu lame vibrante, in care lamele metalice, fiecare dintre ele avand o frecventa proprie de rezonanta, vibreaza sub actiunea campului creat alternativ care parcurge bobine fixe;

logometre, aparate cu doua circuite de masurare, destinatate sa masoare raportul a doua marimi electrice; ele pot fi: magnetoelectrice, ferodinamice, electrodinamice si de inductie;

aparate electronice, care au in constructia lor componente electronice.

3.Marcarea aparatelor de masurat electrice

In conformitate cu STAS 640/4-74, pe cadranul fiecarui aparat de asurat se inscriu urmatoarele date:

-numele sau marca producatorului;

-unitatea de masura, indicata prin simbolul sau;

-numarul de serie si anul fabricatiei;

-clasa de precizie;

-natura curentului (continuu sau alternativ);

-tensiunea de incercare a rigiditatii dielectrice;

-simbolul care indica fenomenele ce stau la baza functionarii aparatului (principiul de functionare);

-tipul aparatului;

-simbolul pozitiei normale de functionare.

Tabel 1

Simbolurile aparatelor de masurat electrice

4.PARTILE COMPONENTE ALE APARATELOR DE MASURAT

Desi sunt de o mare diversitate din punct de vedere al constructiei si principiului de functionare, aparatele de masurat electrice sunt alcatuite dintr-o serie de elemente componente comune in ceea ce priveste functia indeplinita de aparat. Dintre acestea fac parte:

-dispozitivul pentru producerea cuplului activ;

-dispozitivul pentru producerea cuplului rezistent;

-dispozitivul de citire;

-corectorul de zero;

-amortizorul.

a.Dispozitivul pentru producerea cuplului activ

Conform prnicipiului de functionare a aparatelor de masurat indicatoare, acestea trebuie sa contina un dispozitiv pentru producera cuplului activ. De obicei, el este format dintr-o parte fixa si o parte mobila (echipaj mobil), care interactionand, dau nastere cuplului activ. In functie de fenomenele fizice care stau la baza principiului de functionare al diferitelor aparate, elementele care alcatuiesc dispozitivul pentru producerea cuplului activ sunt realizate in diferite forme construnctive.

Partea fixa poate fi alcatuita din magneti permanenti, din bobine, din electromagneti etc.

Echipajul mobil poate fi construit din bobine mobile, din placi metalice, din discuri nemagnetice etc.

Echipajul mobil este fixat pe un ax care se sprijina in lagare sau este suspendat pe benzi de torsiune sau pe fire de torsiune.

b.Dispozitivul pentru producerea cuplului rezistent

Cuplul rezistent, care se opune cuplului activ, este creat in majoritatea aparatelor de masurat de arcuri spirale sau de firele sau benzile de care este suspendat echipajul mobil. Pentru realizarea acestor elemente se folosesc benzi sau fire din diferite materiale elastice si nemagnetice. Cuplul rezistent specific depinde de dimensiunile firelor sau benzilor si de calitatile clasice ale materialelor folosite.

c.Dispozitivul de citire

In timpul masuratii, echipajul mobil se deplaseaza sub actiunea celor doua cupluri. Cand suma acestora este nula, echipajul mobil ramane intr-o pozitie de echilibru. Echilibrul cuplurilor este indicat prin pozitia unui indicator, solidar legat cu echipajul mobil, in fata unei scari gradate. Deci dispozitivul de citire este compus din indicator si din scara gradata.

La cele mai multe aparate de masurat electrice analogice, indicatorul este un ac rigid fixat pe axul sistemului mobil si echilibrat de doua contra greutati plasate in partea opusa, astfel incat centrul de greutate al sistemului sa rezulte in axa de rotatie. Acele indicatoare se executa din duraluminiu sau din sticla si au diferite forme. La aparatele de tablou, varful acului are forma de sageata sau de baca, iar la aparatele de precizie, forma de lama de cutit sau de fier, asa cum sunt prezentate in fig. 2.

La aparatele de mare sensibilitate indicatorul este un spot luminos: o raza de lumina produsa de o sursa se reflecta pe o oglinda fixata pe axul echipajului mobil si formeaza o pata luminoasa (spot) pe scara gradata a aparatului. Scara gradata si sursa de lumina pot fi in interiorul aparatului (fig.3a) sau in exterior(fig.3b).

Scara gradata este o succesiune de repere trasate pe cadranul aparatului corespunzator unui sir de valuori ale marimii de masurat. In figura 4 sunt reprezentate diferite tipuri de scari gradate.

d.Corectorul de zero

Daca la intrarea in aparat nu se aplica nici un semnal, echipajul mobil este adus la zero de arcurile spirale sau de benzile de suspensie. Deoarece, diferite cauze, pozitia indicatorului se poate abate de la reperul zero, aparatele de masurat electrice sunt prevazute cu un dispozitiv care permite aducerea indicatorului la pozitia corecta. Corectorul de zero, reprezentat in figura 5, contine un buton crestat accesibil din exteriorul aparatului, care se prelungeste cu o tija asezata excentric fata de axa de rotatie. Aceasta tija actioneaza parghia 3 de care este fixat un capat al unui arc spiral 1. Celalalt al arcului fiind fixat pe axul sistemului moobil, cand se roteste butonul crestat de pe carcasa aparatului, parghia 3 actioneaza asuppra arcului spiral 2 si produce deplasarea intregului sistem mobil. Astfel, indicatorul poate fi adus in dreptul reperului zero al scarii gradate.

e.Amortizorul

Amortizorul serveste la amortizarea oscilatiilor indicatorului in jurul pozitiei de echilibru. Fara acest dispozitiv, citirea indicatiilor ar fi mult ingreunata. Amortizoarele sunt, in general, de doua feluri:

amortizoare pneumatice;

amortizoare electromagnetice.

Amortizoare pneumatice contin o paleta (fig.6.b) sau un piston (fig.6.a) solidar legate cu axul echipajului mobil si care se deplaseaza in interiorul unor camere inchise. Cand echipajul mobil tine sa oscileze, paleta sau pistonul comprima aerul din camera inchisa si acesta se opune oscilatiilor.

Amortizoare electromagnetice reprezentate in figura 2.7, constau dintr-o piesa metalica nemagnetica a fixata pe axul echipajului mobil si introdusa in campul magnetic al unui magnet permanent M. Cand echipajul mobil tinde sa oscileze, in piesa metalica apar curenti indusi, al caror efect este de a se opune cauzei ce i-a produs, amortizand in acel loc miscarea.