Masurarea rezistentelor prin metode indirecte si directe

Masurarea rezistentelor prin metode indirecte si directe

1. Obiectul lucrarii

In prima parte a lucrarii se studiaza o metoda indirecta de masurare a rezistentelor si, anume, metoda ampermetrului si voltmetrului.

In continuare se studiaza aparatele care permit masurarea directa a rezistentelor (ohmetre, megohmetre).

2. Notiuni pregatitoare

2.1. Metoda indirecta

Metoda indirecta se utilizeaza la masurarea rezistentelor a caror valoare depinde de tensiunea aplicata. Pentru masurarea rezistentei in c.c. prin metoda indirecta se utilizeaza doua aparate magnetoelectrice de precizie: un ampermetru si un voltmetru. Dupa modul de montare a voltmetrului fata de ampermetru se disting: montajul amonte (in care voltmetrul este legat inaintea ampermetrului in circuit) si montajul aval (in care voltmetrul este legat dupa ampermetru in circuit) (vezi schema din montaj din fig.4-K₂ pe pozitia a-montaj amonte; K₂ pe pozitia b-montaj aval).

2.2. Metoda directa

2.2.1. Ohmetre

Aparatul folosit ca ohmetru in aceasta lucrare este multimetrul MAVO 35.

In fig.1 si 2 sunt prezentate schemele de principiu pentru masurarea rezistentelor in montaj serie pentru rezistente mari si in montaj paralel pentru rezistente mici.

In cazul ohmetrului de tip serie (fig.1), curentul prin microampermetru este dat de relatia:

(1)

unde K₁ si K₂ sunt constante ce depind de valorile rezistentelor R₀,R_v,R_p, si de valoarea E a sursei de alimentare.

Deviatia instrumentului va fi:

(2)

Se observa ca scala este gradata neuniform si crescator de la dreapta la stanga.

Fig.1.Schema simplificata a ohmetrului de tip serie

Fig.2.Schema simplificata a ohmetrului tip paralel

Elementele de circuit din fig. 1 si 2 au urmatoarele semnificatii:

R_x - rezistenta de masurat;

E - baterie uscata de 1,5V;

R_p - rezistenta de protectie;

R_v - potentiometru;

A - microampermetru magnetoelectric de rezistenta R₀ si constanta de curent C_i.

In cazul ohmetrului de tip paralel (fig.2) curentul prin microampermetru si deviatia acestuia sunt date de relatiile:

  (3)

(4)

Se observa ca scala DW este neuniforma dar gradata crescator de la stanga la dreapta.

Pe aceasta scala se vor masura rezistentele pana la 50W

2.2.2. Megohmetru cu logometru magnetoelectric si generator de c.c.

In fig.3 este prezentata schema electrica a megohmetrului de tip logometric care contine urmatoarele elemente:

Fig.3.Schema electrica a megohmetrului de tip logometric

G_a - galvanometru de tip logometric (cu magnet permanent si bobine incrucisate; b₁ - bobina de tensiune si b₂ - bobina de curent; solidare pe acelasi ax);

R₁^' si R₂ ^' - rezistente aditionale pentru bobinele b₁, respectiv b₂;

G - generator de c.c. de 1000V;

M - manivela de actionare manuala a generatorului G.

Aparatul fiind alimentat cu o tensiune U furnizata de generatorul G,curentii I₁ respectiv I₂ care trec prin cele doua bobine ale galvanometrului produc o deviatie a ansamblului celor doua bobine si deci a acului indicator, care este o functie de rezistenta de masurat R_x:

(5)

in care R₁ si R₂ sunt rezistentele totale ale celor doua bobine inclusiv rezistentele lor aditionale.

Dand diverse valori cunoscute rezistentei R_x, cuprinse intre zero si infinit, ansamblul celor doua bobine si deci acul indicator al aparatului se misca intre doua limite (a =f(0) corespunzand lui R_x= si marcata , si (a)₀ corespunzator lui R_x=0 si marcata cu 0. Aceasta constituie extremitatile scarii gradate.

3. Programul lucrarii

a. Probleme de studiat

1. Se vor masura prin montaje amonte si aval urmatoarele rezistente :

Rezistente mici: rezistenta interna a unui ampermetru si rezistenta secundarului unui transformator.

Rezistente medii: rezistenta primarului unui transformator

Rezistente mari: rezistenta unui reostat de cca. 2000W sau rezistenta bobinelor unor aparate electrice (contactoare).

2. Se va ridica caracteristica neliniara a rezistentei unui bec cu incandescenta R_x=f(U) de la 0,1 U_n pana la 1,1 U_n si se va trasa graficul.

3. Pentru fiecare masuratoare se vor calcula valorile rezistentelor si valorile erorilor limita relative datorate erorilor permise de clasele de precizie ale aparatelor de masurare utilizate.

4. Se va studia multimetrul MAVO 35. Se vor masura rezistentele cu ajutorul aparatului MAVO 35 in regim de ohmetru.

5. Se va studia megohmetrul de tip logometric.

5.1. Se va verifica rezistenta de izolatie a unui cablu trifazat de forta intre 2 faze.

5.2. Se va verifica rezistenta de izolatie intre bornele unui aparat de masura si masa.

Nota. Rezistenta de izolatie intre doua faze a unui cablu trifazat de forta trebuie sa fie mai mare de 5 10⁴ [MW/m].

b. Modul de experimentare

1. Se va realiza montajul din fig.4,

Fig.4. Schema de montaj pentru masurarea rezistentelor prin metoda ampermetrului si voltmetrului

in care R_x - rezistenta de masurat;

A - ampermetru de c.c.;

V - voltmetru de c.c.;

R_h - reostat de reglaj al curentului;

E - baterie de acumulatoare;

K₁ - intrerupator bipolar;

K₂ - comutator unipolar pentru realizarea montajelor amonte si aval;

S - set de sigurante fuzibile.

La realizarea montajului este necesar sa se tina seama de polaritatea aparatelor magnetoelectrice, mai ales a celor de precizie, pentru ca acestea sa dea indicatii in sensul normal al scarii de masura.

Atentie!

Nu se va trece prin rezistenta de masurat un curent mai mare decat curentul maxim admisibil in acea rezistenta.

In functie de acest curent si de tensiunea sursei de alimentare disponibile se va alege reostatul de reglaj R_h, precum si intervalele de masurare ale celor doua aparate.

Atentie !

Nu se incepe niciodata masuratoarea pana cand nu se va controla daca reostatul de reglaj este fixat pe maximul de rezistenta si daca tensiunea U a sursei determina un curent cel mult egal cu curentul maxim admisibil mai sus mentionat.

Se vor alege intervalele de masurare potrivite la cele doua aparate astfel incat indicatiile lor sa fie in a doua jumatate a scarii gradate; in acest caz citirile se vor face cu erori mici.

Datele si rezultatele se vor trece in tabelele 1, 2, 3.

Montaj amonte - Tabelul 1

Montaj aval - Tabelul 2

Tabelul 3

2. Datele se vor trece in tabelul 4.

3. Pentru calculul erorilor se utilizeaza consideratiile de la punctul c al acestui capitol- prelucrarea datelor

4. Lucrarea de fata nu comporta ca montaj decat conectarea rezistentei de masurat R_x la bornele si pentru masurari de rezistente in gama x1, x10, x100, x10k si la bornele D si impreuna cu scurtcircuitate, pentru masurari de rezistente mici.

Tabelul 4

In primul caz citirile se vor face pe scala marcata cu W crescatoare de la dreapta la stanga, iar in al doilea caz pe scala D crescatoare de la stanga la dreapta.

Se va alege acel interval de masurare pentru care indicatia instrumentului este la jumatatea din dreapta a scalei. Aici citirile se fac cu eroarea minima deoarece in acesta zona scala este dilatata (vezi curba de erori din fig.7).

Figura 5

Deoarece K₁ (din relatiile 1 si 2) variaza in timp datorita scaderii tensiunii bateriei, inainte de a face o masurare se executa reglajul de zero dupa cum urmeaza: se scurtcircuiteaza bornele si cu ajutorul cordoanelor de conectare si se regleaza din potentiometrul R_v pana cand acul indicator al instrumentului este in dreptul diviziunii zero pe scala W . Apoi se conecteaza rezistenta R_x, se citeste deviatia si se obtine valoarea rezistentei.

Pe scala DW , inainte de masurare, se va executa reglajul de dupa cum urmeaza: se lasa bornele DW si impreuna cu in gol si se regleaza potentiometrul R_v pana cand acul indicator al instrumentului este in dreptul diviziunii pe scala DW . Apoi se conecteaza rezistenta R_x si se citeste direct pe scala DW valoarea acesteia in ohmi.

5. Pentru a masura o rezistenta R_x, aceasta se racordeaza la bornele A, respectiv B ale megohmetrului, se roteste manivele cu circa 2 rot/s, viteza careia ii corespunde la bornele generatorului tensiunea nominala U_n pentru care a fost construit. Se citeste in dreptul acului indicator al aparatului valoarea rezistentei R_x marcata pe scara gradata in MW

Desi indicatia megohmetrului de tip logometric este teoretic independenta de valoarea tensiunii U de alimentare si deci de viteza de rotatie a manivelei generatorului, se recomanda totusi a se respecta viteza de rotatie prescrisa.

5.1. Pentru verificarea rezistentei de izolatie a cablului de forta, se conecteaza megohmetrul intre doua faze, si se roteste manivela generatorului verificandu-se daca acul aparatului bate catre diviziunea

5.2. In cazul incercarii unui aparat de masurare, se va conecta megohmetrul intre o borna a aparatului si masa, verificandu-se din nou daca acul megohmetrului bate catre diviziunea

c. Prelucrarea datelor

1. Cunoscindu-se rezistenta interna r_A a ampermetrului si R_v a voltmetrului, se pot calcula valorile conectate ale rezistentelor cu relatiile cunoscute:

- pentru montajul amonte

- pentru montajul aval

Valorile erorilor limita relative ale masuratorilor datorate claselor de precizie ale aparatelor de masura folosite sunt:

- pentru montajul amonte:

[%]

- pentru montajul aval:

[%]

Erorile absolute sunt date de:

In expresiile de mai sus si sunt date de: = ; =

in care:

c - clasa de precizie a aparatului folosit;

U_max - limita maxima a intervalului de masurare al voltmetrului pe care s-a facut citirea;

I_max - limita maxima a intervalului de masurarare al ampermetrului pe care s-a facut citirea;

U,I - valorile citite la cele doua aparate.

Daca se noteaza cu (valoarea care nu tine seama de rezistentele interne ale ampermetrului si voltmetrului) se poate calcula o eroare de metoda data de:

Calculul erorilor relative de metoda din tabelul 3 se poate verifica cu ajutorul relatiilor:

-pentru montajul amonte:

-pentru montajul aval:

4. Interpretarea rezultatelor

Pe baza erorilor calculate,se va preciza domeniul de aplicabilitate al celor doua montaje realizate: amonte si aval.