Wattmetre si contoare numerice pentru monofazat Schema de principiu a unui wattmetru numeric monofazat PLLPAFIAREIUN1= prop. PN2= prop. W

Se observ c baza de timp (ceasul) microprocesorului este sincronizat pe frecvena reelei cu ajutorul unui circuit PLL, sincronizare utilizat i la comanda celor dou circuite de baz : eantionare (SH) i conversie analog numeric (CAN).Calculul puterii P si a energiei W este efectuat de ctre microprocesor (P) dup relaia iar ecuaia de funcionare a wattmetrului respectiv contorului este de forma:N1 = m1 x P, unde : N1 numrul afiat; m1 - sensibilitatea wattmetrului.N2 = m2 x P, unde : N2 numrul afiat; m2 sensibilitatea contorului.

Schema tehnologic a wattmetrului/contorului numeric este prezentat n figura de mai jos, unde CCT/AI (convertor curent tensiune/amplificator) i DT/AU (devizor de tensiune/amplificator) sunt condiionoare de semnal, iar celelalte notaii au semnificaia de mai nainte.

Erori specifice:Erorile la calculul lui U, I , P, W, Wa provin aici, din faptul c acestea sunt calculate pe baza semnalelor recompuse din eantioane numerizate. Aceste erori pot fi aduse la un nivel suficient de redus dac rata de eantionare la blocurile S/H este suficient de ridicat (minim 100 200 eantioane/perioada T a lui U i I) i dac rezoluia CAN este suficient de bun (de ex. 12 bii). Cu aceste precauii, erorile de prelucrare numeric (eantionare, conversie) pot fi aduse sub 0,05% la msurarea lui U i I i sub 0,1% la msurarea lui P, W, Wa Un exemplu de astfel de instrument este wattmetrul numeric monofazat de tip CA 8210 la firmei Chauvin Arnoux (Frana) care permite msurarea urmtoarelor mrimi: U, I, P, S, Q, cos , f. Ca performane, enumerm: Un = 600V; In = 1000 A (prin clete ampermetric), f = 30 1000 Hz i o precizie de 0,8% la msurarea lui U i I i de 0,5% la msurarea lui f.

Masurarea impedantelor

Aparatele construite pentru masurarea directa a impedantei sunt asemanatoare cu ohmetrele, determinarea facndu-se pe baza relatiei Z = U/I, mentinnd constant curentul si masurnd tensiunea. Daca se mentine constanta tensiunea si se masoara curentul, marimea proportionala cu aceasta este admitanta. Pentru scopuri practice aparatele se realizeaza pentru masurari de condensatoare (capacimetre) sau de bobine (inductantmetre) si ca impedantmetre (se masoara modulul si faza sau componentele impedantei dupa axe rectangulare). Capacimetrul consta dintr-un generator G de frecventa joasa (50120 Hz), care furnizeaza o tensiune in forma de dinti de fierastrau, aplicata prin condensatorul Cx la intrarea unui amplificator operational in montaj derivator. La iesirea circuitului se obtine o tensiune u0 dreptunghiulara de amplitudine proportionala cu Cx si cu suma pantelor de crestere m1 si descrestere m2 a tensiunii liniar variabile: u0 = (m1+m2)Cx = kCx

Schema permite masurari de condensatoare in conexiune dipolara sau tripolara, in domeniul 0,01 pF200pF, cu precizii de 0,11 %.

Masurarea impedantelorInductantmetrul realizeaza masurarea inductivitatii Lx prin intermediul tensiunii UL de la bornele sale. R are valoare mare (pentru a obtine curent constant in circuit):

Scara aparatului este liniara, domeniile se schimba prin modificarea frecventei si a rezistentei R, in gama 10 m H100 H. Precizia este de ordinul 0,53 %.

Masurarea impedantelorMasurarea impedantelor prin metode de punte in c.a. Puntile de c.a. se pot obtine: - din schema puntii Wheatstone, prin inlocuirea rezistentelor din brate cu impedante, alimentate de la o sursa de c. a.; - folosind in doua laturi impedante, celelalte fiind formate din sectiunile unor infasurari de transformatoare sau divizoare de tensiune inductive (punti cu transformatoare); punti speciale de c.a.

Ca destinatie pot servi masurarii parametrilor de circuit: - R,L,C,M; - Z, j ; - R,X. Exista punti de: - capacitati; - inductivitati; - impedante, - care pot lucra in regim: - echilibrat; - neechilibrat.

Masurarea impedantelorPuntea simpla de c.a. Conditia de echilibru este:

Conditia de echilibru conduce la doua relatii in marimi reale, scriind impedantele sub una din formele:

Masurarea impedantelorCele doua grupuri de relatii sunt echivalente. Conditia de echilibru este data de doua ecuatii, deci se pot determina doua necunoscute - rezistenta si reactanta impedantei necunoscute ZX. Conditia de echilibru se poate realiza prin reglarea a doua sau mai multe din celelalte sase marimi ce intervin in ecuatii, toate trebuind sa fie cunoscute. Puntile care se pot echilibra se numesc convergente, rapiditatea convergentei fiind o calitate care nu se regaseste la toate puntile. Puntile cu convergenta maxima sunt cele la care componentele masurate Rx si Xx se echilibreaza independent si sunt preferate in masuratorile curente, numarul reglajelor fiind minim. De asemenea sunt preferate schemele la care conditiile de echilibru nu depind de frecventa tensiunii de alternative de alimentare a puntii.

Masurarea impedantelorPunti folosite la masurarea condensatoarelorPuntea Sauty serie Asigura masurarea de condensatoare cu pierderi mici, prin compararea condensatorului de valoare necunoscuta Cx cu unul de referinta C0de unde:

Masurarea impedantelorPuntea Schering (serie) Permite masurari de condensatoare cu pierderi la tensiuni inalte - 10 kV - sau joase si frecventa inalta; Se compara Cx necunoscuta cu C0, etalon. :De unde:

Masurarea impedantelorPunti folosite la masurarea inductantelorPuntea Maxwell-Wien Permite masurari de bobine cu factor de calitate mic sau mijlociu; de unde de unde

Masurarea impedantelorPuntea Owen (serie)Se foloseste la masurari de precizie a unor bobine cu factor de calitate mare, prin compararea lui Lx cu C4de unde

Masurarea impedantelorPunti pentru masurarea inductivitatilor mutuale Cea mai simpla metoda de masurare a inductivitatii mutuale dintre doua bobine cuplate magnetic consta in folosirea unei punti obisnuite de inductivitati cu care se masoara inductivitatea totala a celor doua bobine montate in serie, o data aditional si a doua oara diferential.

Puntea Carey-Foster pentru determinarea inductivitatii mutualeare o latura cuplata permitnd determinarea inductivitatii mutuale Mx, precum si a inductivitatii uneia din bobine, folosind ca elemente de comparatie o capacitate etalon C1. La echilibru:

Masurarea impedantelorEliminnd pe I2, apoi anulnd factorul lui I1 si separnd partile reale si imaginare, rezulta conditiile de echilibru: Prima relatie serveste la determinarea inductivitatii mutuale Mx, cunoscnd C1, R2, R4. A doua serveste la verificarea rezultatului obtinut, cnd se cunoaste L1, sau la determinarea lui L1 in functie de R2, R4, Mx. Echilibrarea puntii se realizeaza mentinnd initial constante pe C1 si R4, variind pe R1 si r pna la anularea deviatiei la indicatorul de nul.

Masurarea impedantelorMasurarea impedantelor prin metode industriale1. Metoda ampermetru - voltmetru - wattmetru. Se foloseste montajul aval pentru a masura direct tensiunea aplicata impedantei necunoscute.

Facnd urmatoarele notatii: PW, U, I - indicatiile aparatelor; RWU, RV, Re - respectiv rezistentele circuitului de tensiune al wattmetrului, a voltmetrului si cea echivalenta a acestora:

Masurarea impedantelorSe determina formulele exacte (cnd Re

Masurarea impedantelor2. Metoda celor trei tensiuni. Consta in masurarea tensiunilor U1, U2 si U3 ca in figura alaturata, in care r este o rezistenta nereactiva, cu un voltmetru electronic - pentru a elimina erorile datorate efectului de suntare al voltmetrului

Metodele industriale permit masurarea parametrilor Z, R, X in conditiile de lucru ale obiectelor examinate, si anume: - cnd nu se pot folosi metode mai exacte (de punte) pentru ca ar modifica regimul de functionare al impedantei; - in cazurile in care elementele de circuit (consumatori de energie electrica) nu pot fi scoase din instalatie sau trebuie controlate in timpul functionarii lor.

Masurarea impedantelor3. Metoda comparatieiSchema utilizata este cea dinfig de mai jos

Raportul este egal cu .

Se poate lucra: - cu R=cst., citind Vz la VR constant; - cu R variabil, reglat astfel ca Vz = VR; in acest caz,.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEI. Traductoare pentru deplasri liniare miciAcestea sunt destinate conversiei intermediare a unor mrimi, a cror variaii se traduc (prin sisteme mecanice) n deplasri liniare mici.Aceste traductoare acoper un domeniu de msurare de ordinul (10-2 10+2) mm, i au elemente sensibile de tip parametric: Inductive; Capacitive;Rezistive.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICE 1. MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICE CU SENZORI INDUCTIVI1.1 Elemente sensibile inductive cu miez mobil Din punct de vedere constructiv, elementele sensibile ale acestor traductoare sunt de dou tipuri: a) cu modificarea inductanelor proprii sau mutuale (prin deplasarea unui miez mobil) cu miez mobilb) cu modificarea ntrefierului cu intrefier variabil n figura de mai jos (a) este prezentat forma constructiv (varianta de baz) a unui element sensibil cu modificarea inductivitii proprii n raport cu deplasarea x a miezului feromagnetic M n interiorul cascasei unei bobine B.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEDeplasarea lui M provoac modificarea inductanei proprii L a bobinei B. Caracteristica static este pronunat neliniar (b), datorit cmpului magnetic neomogen creat n bobin.De asemenea, apar fore parazite de atracie dintre miez i bobin. Aceste dezavantaje se elimin prin utilizarea a dou bobine (B1 i B2) legate diferenial ca in fig de mai jos (a) care asigur o caracteristic mult mai liniar (b), iar sensibilitatea traductorului crete. n poziia de referin (x = 0), miezul feromagnetic este echidistant fa de capetele interioare ale bobinelor B1 i B2.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEPentru determinarea tensiunii de dezechilibru (Ud) n funcie de valoarea deplasrii x, se utilizeaz schema echilavent a punii (b), unde notaiile au urmtoarele semnificaii:Zl- impedana liniei de alimentare a punii. RP- rezistenele pe laturile pasive ale punii (cunoscute); Z12 este impedana de cuplaj ntre bobinele B1 i B2.

Tensiunea de dezechilibru a punii se poate exprima conform prin relaia:

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEn care:R=R1=R2 reprezint rezistenele ohmice ale bobinelor B1 i B2. L12 - inductivitatea mutual de cuplaj corespunztoare bobinelor B1 i B2.

R - rezistena ohmic a bobinelor L1, L2,(R= R1=R2) L12- inductivitatea mutual de cuplaj.Prin urmare tensiunea de dezechilibru (Ud) este o mrime complex caracterizat prin faz i modul, faza indicnd sensul de deplasare al miezului mobil, iar modulul indic mrimea absolut a deplasrii.Dac Ud se aplic unui redresor sensibil la faz, se obine forma redresat a tensiunii de dezechilibru (Udr) a crei variaie este dat n figura de pe slide-ul urmator. Domeniul maxim (uzual) de msurare a deplasrii liniare pentru acest tip de traductor este 100 mm.n funcie de caracteristicile magnetice ale miezului feromagnetic mobil, frecvena tensiunii de alimentare (Ua) se alege n domeniul: [ sute Hz 5 KHz ].

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICE

O variant mbuntit a elementului sensibil inductiv o reprezint elementul sensibil de tip - transformator diferenial liniar variabil (TDLV) format dintr-o bobin primar i dou bobine secundare situate simetric fa de cea primar i plasate ntr-o carcas cilindric comun. n interiorul carcasei bobinelor se deplaseaz un miez feromagnetic mobil - pe distana x, care asigur nchiderea fluxului magnetic, figura (a) de pe slide-ul urmator. Bobinele secundare sunt legate diferenial, (Fig. b) astfel nct tensiunea la ieire este dat de diferena dintre tensiunile electromotoare induse n cele dou nfurri secundare. Din teorema a-II-a a lui Kirchhoff rezult:

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICETraductoarele cu elemente sensibile de tip TDLV folosesc ca adaptor un redresor sensibil la faz, eventual precedat de un amplificator de curent alternativ. Semnalul de ieire din redresorul sensibil la faz se aplic unui amplificator de curent continuu cu impedan de ieire mic, prevzut i cu un circuit de filtrare (trece-jos) pentru eliminarea armonicelor parazite.

Figura de mai jos prezint adaptorul unui element sensibil de tip TDLV.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEPerformanele acestui tip de traductor sunt:- lipsa frecrilor la deplasarea miezului i ca urmare, robustee i fiabilitate ridicat;- rezoluie i reproductibilitate foarte bune;insensibilitate la deplasri radiale ale miezului ;posibilitatea proteciei bobinei de medii corozive cu temperaturi i presiuni ridicate ;asigurarea separrii galvanice (ntre intrare i ieire);- posibilitatea optimizrii factorului de calitate al bobinelor care formeaz elementul sensibil.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICE1.2 Elemente sensibile inductive cu ntrefier variabilSchita constructiv simpl a unui element sensibil cu ntrefier variabil este prezentat n figurade mai jos. Armtura mobil se deplaseaz cu x n raport cu un miez feromagnetic. Corpul, a crui deplasare se msoar, va fi solidar deci cu armtura mobil. Pe miezul feromagnetic (realizat din tole) se afl plasat o bobin alimentat cu o tensiune alternativ, Ua. Modificnd ntrefierul , prin deplasarea x (a armturii mobile) se va modifica reluctana circuitului magnetic i implicit inductana L (a bobinei), conform relaiei:

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEunde: - N este numrul de spire al bobinei;- lk este lungimea circuitelor magnetice (aer fier) ; - Sk sunt suprafaele de nchidere a fluxurilor magnetice ; - sunt permeabilitile magnetice (ale circuitelor de nchidere a fluxurilor).Tinand cont de constructia elementului sensibil se obine:

unde: este ntrefierul iniial (cnd x=0); x - deplasarea (creterea sau descreterea) fa de ntrefierul iniial. Din relaia de mai sus se observ c inductivitatea L variaz neliniar (hiperbolic) cu deplasarea x.

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEPentru ameliorarea liniaritii i pentru creterea sensibilitii se utilizeaz montajul diferenial din figura de mai jos (a) pentru care se observ, n figura (b), variaiile inductivitilor L1 i L2, ct i variaia diferenei inductivitilor (L1-L2) n raport cu ntrefierurile 1 i 2, care, la rndul lor, depind de valoarea deplasrii x.

Considernd i , din se obine tensiunea de dezechilbru a punii:n care:Ud - este tensiunea de dezechilibru ; Ua - valoarea efectiv a tensiunii de alimentare (constant); - pulsaia (constant) a tensiunii ;

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICESe observ deci dependena liniar ntre tensiunea de dezechilibru a punii i L, si ca urmare variaia liniar ntre Ud i deplasarea x: ; unde: K= K2L, iar L=Kx;

ntruct variaia n modul a impedanei este:

se impune R ct mai mic pentru ca variaia relativ de inductan s determine o variaie aproximativ egal de impedan.Observaii: a) Condiiile de liniaritate i sensibilitate nu pot fi satisfcute simultan i ca urmare se adopt o soluie de compromis. Astfel, pentru L / L =(0,10,3), se recomand variaie a ntrefierului astfel nct: . b) Pentru creterea sensibilitii E.S. trebuie ca factorul de calitate Q, (al bobinelor) s fie ct mai bun (mare).

MASURAREA MRIMILOR GEOMETRICEElementele sensibile cu modificarea ntrefierului (cu intrefier variabil) se pot construi i ele n variantele de tip transformator. Astfel, n figura de mai jos (a) este prezentat montajul pentru varianta simpl, iar n figura (b) este prezentat varianta pentru montajul diferenial.

Pentru varianta simpl (a), tensiunea de ieire, din secundar, va fi de forma:

unde reprezint factorul de cuplaj, variabil neliniar cu deplasarea x.