Caracteristici ale aparatelor de masura analogice si digitale

Caracteristici ale aparatelor de masura analogice si digitale

1. Introducere

Definitii:

Masurarea este procesul prin care se evalueaza cantitativ marimile fizice de acelasi fel.

A masura o marime M inseamna a o compara cu o marime de aceeasi natura, U, considerata conventional drept unitate de masura si a vedea de cate ori unitatea de masura se cuprinde in marimea de masurat: V (valoarea) = M / U.

Unitatea de masura este o marime de aceeasi natura cu marimea de masurat, aleasa in mod conventional

Mijloacele de masura reprezinta totalitatea mijloacelor tehnice utilizate in procesul de masurare. Dupa complexitatea lor, acestea pot fi:

o      Masuri, ce reprezinta materializarea unitatii de masura sau a unui multiplu sau submultiplu al acesteia (ex. metrul)

o      Aparate de masurat, ce reprezinta un sistem tehnic care permite determinarea cantitativa a marimii ce se masoara (ex. voltmetru, ampermetrul, etc.)

o      Instalatii de masurare, ce reprezinta un ansamblu de aparate si masuri conectate intre ele dupa o anumita schema, in scopul efectuarii unor masuratori (ex. instalatia folosita pt. determinarea rezistentei prin metoda voltmetrului si ampermetrului)

Eroarea absoluta reprezinta diferenta intre valoarea masurata, X_m, si valoarea de referinta, X₀, a marimii de masurat, obtinuta prin cele mai precise metode de masurare:

ε = X_m - X₀

Eroarea relativa este raportul dintre eroarea absoluta si valoarea de referinta:

ε_r = ε / X₀ = (X_m - X₀) / X₀

Sensibilitatea reprezinta acea caracteristica a unui aparat de masurat care exprima raportul intre variatia marimii de iesire a si variatia marimii de intrare X:

S = Δ a / Δ X

Pragul de sensibilitate (rezolutia) reprezinta cea mai mica variatie a marimii de masurat care determina o variatie perceptibila a marimii de iesire.

Repetabilitatea reprezinta proprietatea unui aparat de a da indicatii cat mai apropiate intre ele atunci cand masuratorile se efectueaza in conditii identice.

Reproductibilitatea reprezinta proprietatea unui aparat de a da indicatii cat mai apropiate intre ele atunci cand masuratorile se efectueaza in conditii diferite

Precizia reprezinta proprietatea unui aparat de a da indicatii cat mai apropiate de valoarea reala a marimii masurate.

Aparate de masurat electrice

Aparate de masurat electrice sunt mijloace de masurare care permit determinarea cantitativa a marimilor electrice sau neelectrice prin intermediul unei marimi electrice. In general, aparatele de masura prezinta trei componente majore:

o      traductorul, reprezentat de un dispozitiv care transforma, cu o anumita eroare, marimea aplicata la intrarea sa intr-o alta marime obtinuta la iesire (ex. termocuplu).

o      dispozitivele intermediare care au rolul de a prelucra si adapta marimile de la intrarea lor pana la un nivel corespunzator functionarii optime a instrumentului de masura (ex. amplificatoare, atenuatoare, redresoare, etc.)

o      instrumentul de masura care este un mijloc de masurare care transforma semnalul primit la intrare intr-o marime perceptibila cu ajutorul careia se determina valoarea marimii masurate. Marimea perceptibila de la iesire poate sa fie urmarita direct de operator, sub forma de indicatie, poate fi inregistrata sau poate fi transmisa unor dispozitive de actionare, stocare sau prelucrare a informatiei

Aparatele de masurat electrice se impart in doua mari categorii:

Aparatele de masurat analogice

Functionarea aparatelor de masura indicatoare analogice se bazeaza pe transformarea unei parti din energia electrica sau magnetica a marimii de masurat sau a semnalului electric intermediar in energie mecanica care, la randul ei, produce marimea perceptibila la iesire, respectiv deplasarea unui ac indicator in fata unei scari gradate.

Aparatele de masura indicatoare analogice includ in constructia lor o parte fixa si una mobila. Un exemplu in acest sens este prezentat in Figura 1.A, corespunzatoare unuia dintre cele mai des intalnite dispozitive de masura, respectiv un galvanometru echipat cu o bobina mobila sub forma de cadru si magnet permanent. Forma componentelor unui astfel de dispozitiv si modul lor de asamblare este prezentat in Figura 1.B

In urma trecerii curentului I prin bobina, ca urmare a interactiunii curentului cu campul magnetic generat de magnetul permanent, asupra spirelor bobinei ia nastere o forta de torsiune care tinde sa roteasca ansamblul cadrul-ac indicator. Acestei miscari i se opune forta elastica generata de resortul spiralat, acul oprindu-se intr-o pozitie de echilibru care difera de pozitia 0 prin unghiul a dat de relatia:

a = B N A  I / D

unde: B - inductia magnetica a campului, N - numarul se spire, A - Aria spirei, I - curentul prin spire si D constanta elastica a resortului.

Principalele caracteristici ale unui galvanometru sunt reprezentate de rezistenta interna a acestuia, R_G, si curentul care provoaca deviatia maxima a acului, I_max. Pentru a extinde domeniul de masura al instrumentului la valori mai mari de curent, in paralel cu acesta se dispun rezistente se sunt care deviaza o parte insemnata a curentului. De asemenea, prin introducerea unor rezistente aditionale in serie cu galvanometru, acesta se poate transforma intr-un voltmetru.

Aparatele de masurat numerice (digitale)

Spre deosebire de aparatele de masura analogice, la care marimea perceptibila de la iesire (indicatia) variaza continuu in functie de marimea masurata, masurarea este continua iar rezultatul masurarii poate lua orice valoare in domeniul ales, aparatele de masura digitale se caracterizeaza prin:

o      Rezultatul masurarii este afisat direct, sub forma numerica;

o      Masurarea nu este continua, ci discreta, efectuandu-se la anumite intervale de timp;

o      Rezultatul masurarii nu poate lua orice valoare, deoarece indicatia variaza in trepte, fiind imposibila atribuirea de valori intermediare intre doua valori citite alaturate.

2. Scopul lucrarii

Scopul lucrarii este reprezentat de evaluarea principalelor caracteristici pentru o serie de modele de multimetre analogice si digitale, cu accent pe fixarea limitelor de utilizabilitate si a rezistentei la borne in diferite configuratii.

3. Principiul lucrarii

Lucrarea consta in masuratori incrucisate (folosind doua sau mai multe multimetre interconectate intre ele) pentru diferite functii si game de masura ale aparatelor, studiind influenta acestora asupra rezistentei la bornele aparatului.

4. Aparatura si materiale necesare

o      Multimetre digitale DT830D

o      Multimetru analogic (diferite modele)

o      Cabluri de legatura izolate prevazute cu banane la capete

o      Element Weastone

5. Modul de lucru

Se citeste cu atentie manualul de utilizare al multimetrului digital DT830D, dupa care se conecteaza la bornele fiecaruia elementul etalon, citindu-se potentialul rezultat care se trece in fisa. Ulterior, unul din cele doua multimetre digitale se comuta pe pozitia de determinare a rezistentei si se evalueaza, pe rand, rezistenta la bornele celorlate doua multimetre pentru diferite functii (voltmetru/ampermetru) si domenii de masura.

6. Prelucrarea datelor

Valorile citite se trec in fise de forma:

Instrument testat: Cod x

Valoare tensiune masurata cu elementul etalon: 1.019 V

Curent maxim absorbit se calculeaza corespunzator tensiunii maxime admise pe fiecare scala de tensiune in parte iar cadere maxima de tensiune se calculeaza corespunzator intensitatii maxime admise pe fiecare scala de curent in parte. Pe baza acestor valori si a rezistentei la bornele instrumentului, se calculeaza puterea disipata de instrumente atunci cand sunt supuse la valorile maxime de curent/tensiune, corespunzatoare fiecarui capat de scala in parte.

Suplimentar, pe baza tabelului de simboluri prezentat la finalul referatului, se vor identifica (si trece in fisa) pentru multimetrul analogic parametrii mecanici si electrici ai acestuia.

Pe baza valorilor de rezistenta masurate la bornele multimetrelor, se va propune un model de schema electronica a acestora, calculand valorile rezistentelor de sunt care asigura functia de ampermetru si a celor aditionale care asigura functia de voltmetru

Simboluri utilizate la marcarea instrumentelor de masura electrice analogice

APLICATII

Considerand ca schema simplificata a multimetrului DT830D pentru domeniile "DCV" si "DCA" corespunde figurii urmatoare, calculati valorile rezistentelor R­₁ - R­₉. In calcule se va tine cont de faptul ca domeniul de tensiuni maxim admis la intrarea convertorului analog/digital (CAD) este de ± 200 mV iar rezistenta de intrare a acestuia este de ordinul a 10¹¹

Considerand ca schema simplificata a unui multimetrului analogic corespunde figurii urmatoare, calculati valorile rezistentelor R­₇ - R­₁₀. In calcule se va tine cont de faptul ca, in pozitia "0,1 V/50µA", aplicarea unei tensiuni de 100 mV sau a unui curent de 50 µA produce devierea maxima a acului instrumentului.