CHESTIONAR ÎNCERCĂRI ELECTRICE ȘI

MAGNETICE

2

ÎNTREBĂRI 1. Care sunt avantajele şi dezavantajele utilizării unui aparat termoelectric?

2. Care sunt principalele elemente ale procesului de măsurare?

3. Care sunt problemele ce apar la măsurarea tensiunilor alternative foarte mici?

4. Care sunt tipurile de măsurări pentru care se folosesc microvoltmetrele cu detecţie sincronă?

5. Ce aparate indicatoare se utilizează pentru măsurarea directă a frecvenţei si clasificarea acestora.

6. Ce este ampermetrul şi de câte tipuri este acesta?

7. Ce este metrologia?

8. Ce este osciloscopul, de câte tipuri sunt şi care sunt utilizările acestora?

9. Ce sunt erorile de măsurare şi cum pot fi clasificate?

10. Ce sunt instrumentele electrice de măsurare şi care sunt acestea.

11. Precizaţi modul de clasificare a comenzilor primite de un aparat de măsurat.

12. Cum se clasifică erorile de măsurare?

13. Cum se clasifică mărimile măsurabile?

14. Cum se face corecţia automată a tensiunii de decalaj?

15. Definiţi principalele tipuri de etaloane folosite în încercările electrice.

16. Care sunt diferenţele dintre metodele utilizate pentru măsurarea rezistenţelor în curent continuu şi metodele utilizate pentru măsurarea impedanţelor în curent alternativ?

17. Cum se realizează efectuarea reglajelor iniţiale şi alegerea domeniului de măsurare la multimetre?

18. Enumeraţi aparatele indicatoare de curent continuu, precum şi aparatele indicatoare de curent alternativ.

19. Enumeraţi principalele dispozitive electromecanice de măsurat.

20. Care sunt erorile la frecvenţmetrele numerice?

21. Descrieţi metoda de punte (Wheatstone).

22. Care sunt metodele de măsurare a frecvenţei?

23. Care sunt metodele electrice de măsurare?

24. Care sunt mijloacele de măsurare?

25. Pentru ce sunt utilizate punţile de măsurare? Enumeraţi principalele tipuri de punţi de măsurare.

26. Principalele tipuri de convertoare numeric analogice si clasificarea acestora.

27. Punţi pentru măsurarea capacităţii.

28. Puterea electrică. Definiţie. Unitate de măsură. Clasificare.

29. Descrieţi structurile aparatelor de măsurare.

30. Câte tipuri de metode pentru măsurarea puterii în curent continuu / alternativ monofazat există?

3

RĂSPUNSURI 1. Care sunt avantajele şi dezavantajele utilizării unui aparat termoelectric?

Aparatele termoelectrice se obţin prin cuplarea unui dispozitiv termoelectric cu un

instrument magnetoelectric. Un dispozitiv termoelectric este compus din două fire din materiale conductoare speciale (ralizate din materiale diferite) sudate între ele la unul din capete.

Avantajele utilizării unui astfel de aparat constau în aceea că indicaţia acului indicator este proporţională cu valoarea efectivă a curentului indiferent de forma acestuia precum şi în faptul că aparatul poate lucra la frecvenţe mari deoarece aparatul nu mai are în compunere elemente semiconductoare (sensibile la frecvenţe mari).

Dezavantajele unor astfel de aparate sunt legate de capacitatea mică de supraîncărcare a dispozitivului magnetoelectric care se poate distruge la depăşirea cu 20-50% a încărcării maxime, precum şi de durata de viaţă relativ redusă a acestora. Aceste dezavantaje, precum şi consumul propriu relativ mare (0,5…1,5V cădere de tensiune pe aparat) fac ca aceste aparate să fie relativ puţin utilizate (curenţi nesinusoidali, măsurări în radiotehnică, etc.). 2. Care sunt principalele elemente ale procesului de măsurare?

Măsurarea este operaţia prin care se stabileşte pe cale experimentală raportul numeric între

mărimea de măsurat şi o valoare oarecare a acesteia, luată ca unitate de măsură. Elementele procesului de măsurare sunt: 1. măsurandul (mărimea de măsurat); 2. metoda de măsurare; 3. mijlocul de măsurat; 4. etalonul.

3. Care sunt problemele ce apar la măsurarea tensiunilor alternative foarte mici?

În diferite aplicaţii tehnice apare necesitatea măsurării unor tensiuni alternative foarte mici.

Tensiunea alternativa poate fi produsă de surse de c.a. propriu-zise, sau obţinută prin modulare unor semnale continui (de exemplu măsurări fotometrice, măsurarea tensiunilor Hall, măsurarea cu precizie a temperaturii). De cele mai multe ori frecvenţa semnalului util se situează în domeniul frecvenţelor audio.

Principala cerinţă ce se impune este aceea de a obţine un raport semnal util/zgomot cât mai mare. Circuitele de intrare sunt amplificatoare de c.a. la care factorul de zgomot F depinde atât de rezistenţa sursei cât şi de frecvenţa.

Considerente de ordin teoretic şi practic duc la concluzia ca factorul de zgomot rămâne la valori mici atunci când rezistenţa sursei precum şi frecvenţa de lucru se situează în anumite domenii care pentru cazurile practice au domenii suficient de mari (ex:10K Ω -1MΩ şi 100Hz-50KHz). Se pot utiliza şi transformatoare de intrare care pot realiza o adaptare a rezistenţei, dar acest lucru se face numai în cazuri extreme, întrucât cerinţele legate de necesitatea ecranării şi a benzii semnalului de transmis fac foarte dificile realizarea unor transformatoare de intrare de buna calitate. 4. Care sunt tipurile de măsurări pentru care se folosesc microvoltmetrele cu detecţie sincronă?

Microvoltmetrele cu detecţie sincronă se folosesc pentru următoarele măsurări: - Măsurarea valorilor efective ale tensiunilor alternative în prezenta unor perturbaţii

puternice. Pentru a măsura valoarea efectivă a unei tensiuni sinusoidale de frecventă f este necesar să i se aplice o tensiune de referinţă de aceeaşi frecvenţă f şi se modifică faza tensiunii de referinţă

4

până când se obţine semnalul de ieşire. În această situaţie tensiunea de măsurat este în fază cu tensiunea de referinţă, iar aparatul indica valoarea de măsurat U (de obicei gradarea se face în valori efective).

- Măsurarea componentelor vectoriale a unei tensiuni sinusoidale. În acest caz detectorul este prevăzut cu un defazor calibrat care oferă posibilitatea defazării tensiunii de referinţă şi a tensiunii de comanda într-o game largă, defazajul ϕc între cele două tensiuni putând fi citit pe o scară gradată.

- Măsurarea defazajului dintre doua tensiuni sinusoidale. 5. Ce aparate indicatoare se utilizează pentru măsurarea directă a frecvenţei si clasificarea

acestora.

Pentru măsurarea directă a frecvenţei se utilizează aparate indicatoare numite frecvenţmetre

a căror precizie este în general mai redusă dar conferă rapiditate determinărilor. După tipul constructiv frecvenţmetrele pot fi: - feromagnetice - electrodinamice - ferodinamice - cu redresoare şi cu releu polarizat Cele mai multe dintre aceste aparate utilizează fenomenele de rezonanţă: - mecanică - frecvenţmetre cu lame vibrante; - sau electrică - frecvenţmetre cu ac indicator.

6. Ce este ampermetrul şi de câte tipuri este acesta?

Ampermetrul este un mijloc de măsurare folosit pentru măsurarea intensităţii curentului

electric. Ampermetrul poate fi analogic sau digital. Schema unui ampermetru este: - Ampermetre de curent continuu - se conectează în serie cu circuitul. Sursa este de curent

continuu (baterie), iar consumatorul este un rezistor R. Ca aparat indicator în curent continuu se va folosi, de regulă, un ampermetru magnetoelectric.

- Ampermetrul de curent alternativ se conectează în serie cu circuitul. Sursa este un generator de semnal alternativ G iar consumatorul este o impedanţă Z (mărime complexă formată din rezistenţă, inductanţă şi capacitate). În curent alternativ se poate folosi un ampermetru magnetoelectric asociat cu un dispozitiv redresor care transformă curentul alternativ în curent continuu.

- Ampermetre cu mai multe domenii de măsurare. Sunt prevăzute cu un selector (comutator) sau cu mai multe borne cu ajutorul cărora se alege domeniul în funcţie de valoarea curentului ce trebuie măsurat.

7. Ce este metrologia?

Metrologia este domeniu al ştiinţei şi tehnicii care se ocupa de aspectele teoretice si practice ale procesului de măsurare, oricare ar fi incertitudinea acestora şi este divizata în:

a) Metrologia generala (teoretică) tratează aspecte comune ale metrologiei privind structura normelor de mărimi fizice, unităţi de măsură, erori de măsurare, teoria măsurării.

b) Metrologia aplicată tratează aspecte teoretice şi practice (tehnica măsurărilor) privind măsurările în anumite domenii (ex. metrologie industriala, metrologie medicala, metrologia în domeniul tehnicii nucleare etc).

c) Metrologia legala tratează totalitatea cerinţelor, prescripţiilor tehnice şi juridice privind

A

5

conservarea şi transmiterea unităţilor de măsură, în vederea asigurării uniformităţii, preciziei şi legalităţii măsurărilor.

Metrologia este ştiinţa măsurărilor și are ca obiect determinarea valorica a mărimilor fizice. Metrologia (”metron” - măsura, “logos” - ştiinţă) este o ramura a ştiinţelor fizice şi îşi are rădăcini în începuturile cunoştinţelor practice şi ştiinţifice. 8. Ce este osciloscopul, de câte tipuri sunt şi care sunt utilizările acestora?

Osciloscopul este un aparat care permite vizualizarea pe ecranul unui tub catodic a curbelor ce reprezintă variaţia în timp a diferitelor mărimi sau a curbelor ce reprezintă dependenţa între două mărimi. Imaginile obţinute pe ecran se numesc oscilograme.

Osciloscopul se realizează într-o mare varietate de tipuri constructive. - Osciloscoape catodice în timp real. Se caracterizează prin dependenţa dintre fiecare punct

al imaginii de pe ecran şi fiecare valoare a semnalului vizualizat. Majoritatea osciloscoapelor folosite în practica industrială sau laboratoare sunt osciloscoape catodice în timp real a căror bandă de frecvenţe se întinde din curent continuu până la circa 500 MHz.

- Osciloscoape cu eşantionare. Sunt utilizate pentru vizualizarea semnalelor cu frecvenţe mai mari de 500 MHz, în locul osciloscoapelor catodice în timp real, limitate din cauza elementelor componenete. Aceste osciloscoape selectează eşantioane din semnalul de frecvenţă mare şi afişează pe ecran date în legătură cu poziţia comutatoarelor (V/div, timp/div), depăşirea ecranului etc. se folosesc până la circa 20 GHz.

- Osciloscoape cu microprocesoare. Sunt cele mai moderne aparate de măsurat. Pe ecranul acestor osciloscoape se afişează scările pe care se lucrează, amplitudinea, valoarea medie sau eficace a tensiunii, durata şi frontul unor impulsuri, frecvenţa semnalelor, efectuarea unor calcule despre semnalele afişate.

- Analizoare spectrale. Sunt tot osciloscoape care permit afişarea pe ecran a distribuţiei puterilor sau amplitudinilor semnalului pentru spectrul de frecvenţă corespunzător acestui semnal.

- Osciloscoape cu mai multe canale. Se folosesc pentru vizualizarea simultană a două sau mai multe mărimi pe ecran. Majoritatea are două canale de semnal dar sunt osciloscoape cu 4 sau 8 canale. La aceste osciloscoape se foloseşte tubul catodic monospot cu comutator electronic sau tubul catodic multispot.

- Osciloscoape cu memorie. Reţin forma semnalelor cu variaţie periodică sau aperiodică. După memorare se poate studia variaţia în timp a semnalului, se pot compara semnale apărute la momente diferite. După felul memoriei pot fi osciloscoape cu memorie analogică şi cu memorie numerică.

Utilizări. Osciloscopul este unul dintre cele mai răspândite aparate electronice, şi are o largă utilizare, fie ca aparat de sine stătător, fie ca parte componentă a altor aparate electronice.

Ca aparat de sine stătător, el se utilizează la: - Vizualizarea şi studierea curbelor de variaţie în timp a diferitelor semnale electrice

(curenţi, tensiuni) - Comapararea diferitelor semnale electrice - Măsurarea unor mărimi electrice (tensiuni, intensităţi ale curentului, frecvenţe, defazaje,

grad de modulaţie, distorsiuni etc.) - Măsurarea valorilor instantanee ale unor semnale (tensiuni, curenţi) - Măsurarea intervalelor de timp - Vizualizarea caracteristicilor componenetelor electronice (tuburi electronice, tranzis-

toare), a curbelor de histerezis ale materialelor magnetice etc. Uneori osciloscopul face parte din sisteme de măsurare şi control sau din aparate mai

complexe cum ar fi: caracterograful (aparat pentru vizualizarea caracteristicilor tranzistoarelor), vobuloscopul (aparat pentru vizualizarea caracteristicilor de frecvenţă ale amplificatoarelor), selectograful (aparat pentru vizualizarea curbelor de selectivitate) etc.

6

Împreună cu diferite traductoare, osciloscopul poate fi folosit şi la studierea şi măsurarea unor mărimi neelectrice, cum ar fi în medicină, fizică nucleară, geofizică etc. 9. Ce sunt erorile de măsurare şi cum pot fi clasificate?

Erorile de măsurare apar din cauza imperfecţiunii aparatului de măsurat şi operatorului, precum şi datorită prezenţei unor factori perturbatori (temperatură, umiditate, câmpuri electrice etc) astfel că rezultatul măsurării este întotdeauna afectat de o eroare. Cu cât eroarea este mai mică, exactitatea măsurării este mai bună.

- Eroare absolută este diferenţa dintre valoarea măsurată şi valoarea de referinţă. Ea se exprimă în aceleaşi unităţi de măsură ca şi mărimea de măsurat. Poate fi pozitivă, negativă sau zero. Arată cu cât diferă valoarea măsurată faţă de valoarea de referinţă.

- Eroarea relativă este raportul dintre eroarea absolută şi valoarea de referinţă. Fiind un raport între două mărimi fizice de aceeaşi natură, eroarea relativă este un număr şi se exprimă în procente. Eroarea relativă arată precizia cu care se efectuează măsurarea.

Erorile aparatelor de măsurat: - Eroarea instrumentală este diferenţa între indicaţia în momentul măsurării şi indicaţia

exactă (de referinţă) a aparatului (instrumentului) de măsurat. - Eroarea instrumentală tolerată reprezintă valoarea maximă admisibilă a erorii

instrumentale. Această eroare caracterizeză fiecare aparat şi este stabilită prin construcţie de producătorul de aparate de măsurat.

- Eroarea raportată tolerată este raportul între eroarea instrumentală tolerată şi valoarea maximă pe care o indică aparatul respectiv, exprimat de obicei în procente 10. Ce sunt instrumentele electrice de măsurare şi care sunt acestea.

Instrumentele electrice de măsurare constituie cele mai simple mijloace tehnice care pot furniza de sine stătător informaţii de măsurare şi reprezintă componentele de bază ale oricărui aparat de măsurare analogic.

Un instrument de măsurare este un mecanism electromecanic care, în majoritatea cazurilor, converteşte o mărime electrică activă x într-o mărime mecanică, cel mai adesea un cuplu de forţă denumit cuplu activ care provoacă rotirea dispozitivului mobil al acestuia. Pentru ca fiecărei valori x să-i corespundă o deviaţie α a dispozitivului mobil, asupra acestuia acţionează şi un cuplu rezistent, dependent de α .

Principiul de funcţionare al instrumentelor de măsurare diferă în funcţie de fenomenul fizic utilizat pentru producerea cuplului de forţe necesar rotirii dispozitivului mobil. După principiul de funcţionare instrumentele de măsurare se împart în următoarele categorii:

- magnetoelectrice; - cu magnet mobil; - feromagnetice; - electrodinamice; - ferodinamice; - de inducţie; - electrostatice; - cu lamele vibrante; - termice etc.

11. Precizaţi modul de clasificare a comenzilor primite de un aparat de măsurat.

Un aparat de măsurat primeşte o mărime de intrare şi furnizează o mărime de ieşire. Mărimea de ieşire depinde şi de alte mărimi denumite mărimi de influenţă: temperatură, presiune, umiditate, câmpuri electrice şi magnetice etc. De asemenea, mărimea de ieşire a aparatului depinde

7

şi de comenzile care au fost date aparatului din exterior. Mărimile de intrare ale aparatului de măsurat sunt caracterizate prin:

natura mărimii (temperatură, tensiune, curent etc) intervalul de valori măsurabile (valoarea minimă, valoarea maximă) variaţia în timp (mărimi constante, mărimi variabile)

Comenzile primite din exterior de un aparat de măsurat pot fi: funcţiune (măsurarea timpului, temperaturii, curentului, tensiunii etc) game de măsurare calibrare internă reglarea zeroului echilibrare (la compensatoare, punţi) repetarea măsurării

Comenzile aparatelor de măsurat pot fi grupate astfel: pentru introducerea de date pentru manevrarea aparatului

Ambele grupe de comenzi pot fi automatizate parţial sau complet . Mărimile de ieşire ale unui aparat de măsurat pot fi recepţionate de om sau de un dispozitiv conectat aparatului (înregistrare, comandă, prelucrare ulterioară, etc).

12. Cum se clasifică erorile de măsurare?

- Eroarea absolută - este diferenţa dintre valoarea măsurată şi valoarea de referinţă. Ea se exprimă în aceleaşi unităţi de măsură ca şi mărimea de măsurat. Poate fi pozitivă, negativă sau zero. Arată cu cât diferă valoarea măsurată faţă de valoarea de referinţă.

- Eroarea relativă - este raportul dintre eroarea absolută şi valoarea de referinţă. Fiind un raport între două mărimi fizice de aceeaşi natură, eroarea relativă este un număr şi se exprimă în procente. Eroarea relativă arată precizia cu care se efectuează măsurarea.

Eroarea aparatului de măsurat - eroarea instrumentală este diferenţa între indicaţia în momentul măsurării şi indicaţia exactă (de referinţă) a aparatului (instrumentului) de măsurat.

- Eroarea instrumentală tolerată - reprezintă valoarea maximă admisibilă a erorii instrumentale. Această eroare caracterizeză fiecare aparat şi este stabilită prin construcţie de producătorul de aparate de măsurat.

- Eroarea raportată tolerată - este raportul între eroarea instrumentală tolerată şi valoarea maximă pe care o indică aparatul respectiv, exprimat de obicei în procente

13. Cum se clasifică mărimile măsurabile?

Criteriile de clasificare a mărimilor măsurabile sunt diverse. Mărimile fizice pot fi: aditive, neaditive si indirect aditive. Pentru mărimile aditive este valabila operaţia experimentala de însumare (aditivitate) şi

poate defini un singur etalon pentru întreaga scară. Mărimi neaditive nu prezintă proprietatea de însumare dar are sens fizic diferenţiala ∆X ;

scara se stabileşte prin fixarea unui anumit număr de repere, între care se face interpolarea; trecerea de la o unitate de măsură la alta nu se mai face prin simpla înmulţire cu un factor de conversie.

Mărimi indirect aditive sunt mărimile care se pot exprima în funcţie de mărimile aditive, convenţia de scara se stabileşte pe baza unor mărimi de referinţa şi nu se utilizează un etalon.

14. Cum se face corecţia automată a tensiunii de decalaj?

La toate amplificatoarele, comparatoarele şi integratoarele utilizate în CAN, chiar la tensiuni de intrare zero, apare la ieşire o tensiune numită tensiune de decalaj (offset). Eliminarea erorilor implică complicarea însemnată a schemelor şi datorită faptului că fiecare element prezintă o tensiune de decalaj proprie, diferită de cea a celorlalte, măsurile pentru anularea acestor tensiuni

8

fiind ineficiente. De aceea se preferă masuri nu pentru anularea acestor efecte ci pentru corectarea erorilor pe

care aceste efecte le introduc, ceea ce înseamnă corecţia automată. Corecţia se poate face atât pe partea analogica a convertorului cât şi pe partea numerică.

Corecţia pe partea analogica se face prin memorarea tensiunii de decalaj, pe un condensator si aplicarea ei cu semn schimbat la intrarea amplificatoarelor.

O corecţie totala atât a părţii analogice şi celei numerice se poate realiza prin memorarea valorii pe care convertorul o indică atunci când intrarea este zero, convertirea acestei valori printr-un CNA şi aplicarea ei cu semn schimbat la intrarea convertorului. Înaintea ciclului de conversie se cuplează S1 la masa şi S2 la x0.Valoarea x0 reprezintă tocmai tensiunea de decalaj şi se memorează în dispozitivul de memorare (când S1 e pe poziţia Ux şi S2 pe poziţia x), CNA converteşte valoarea x0 a tensiunii de decalaj în tensiunea U0, care este scăzută din Ux în dispozitivul de scădere D. Datorită derivei termice care modifică tensiunea de decalaj, determinarea lui x0 trebuie făcută în fiecare ciclu de conversie. 15. Definiţi principalele tipuri de etaloane folosite în încercările electrice.

Măsurile etalon sunt masurile care servesc la reproducerea şi păstrarea unităţilor de măsura,

precum şi la verificarea şi gradarea diferitelor măsuri şi instrumente de măsură. Etaloane se împart în două clase:

A) Etalonul propriu-zis, care este o măsură destinată păstrării şi reproducerii unei unităţi, cu precizie maximă, permisă de tehnica măsurării într-un anumit stadiu al tehnicii. Aceste etaloane sunt de următoarele categorii:

1. etaloane de bază, care formează baza legala şi ştiinţifică în tehnica măsurării într-o anumită ţară, independent de unităţile stabilite;

2. etaloane derivate, care reprezintă reproducerea concretă a unităţilor derivate; 3. etaloane de lucru, folosite la lucrările curente de metrologie. Etaloanele se mai pot clasifica: 1) după destinaţie: - etaloane absolute sunt dispozitive care servesc la definirea unităţilor de măsură

fundamentale: metrul, kilogramul, secunda, amperul; - etaloane de conservare sunt dispozitive precise şi stabile în timp care furnizează unitatea de

măsură corespunzătoare şi necesită calibrare în raport cu etaloane absolute; - etaloane de transfer sunt dispozitive care permit transferul unităţilor de măsură între

domenii sau regimuri de funcţionare. 2) după precizie: - etaloane internaţionale care sunt păstrate la Biroul Internaţional de Măsuri şi Greutăţi

BIMG de la Serves, Franţa ; - etaloane primare (naţionale) care sunt păstrate la Biroul Naţional de Metrologie Legală

BNML a ţării şi servesc la verificarea etaloanelor secundare, se consideră ca fiind cele mai precise din ţara respectivă şi se verifică periodic cu etaloanele internaţionale;

- etaloane secundare servesc la verificarea etaloanelor de lucru şi sunt păstrate la filialele regionale ale BNML;

- etaloane terţiare (de lucru) sunt păstrate în laboratoarele metrologice uzinale şi sunt utilizate la verificarea aparatelor de măsură de precizie.

B) Măsurile model, cu precizie normată, care sunt de trei categorii: 1. masuri etalon şi instrumente de categoria I-a, care se verifică după etaloane; 2. măsuri etalon şi instrumente de categoria II-a, care se verifică cu masurile de categoria I; 3. măsuri etalon şi instrumente de categoria III-a, care se verifică cu măsurile de categ. II.

9

16. Care sunt diferenţele dintre metodele utilizate pentru măsurarea rezistenţelor în curent continuu

şi metodele utilizate pentru măsurarea impedanţelor în curent alternativ?

Deoarece rezistenţa în curent continuu şi impedanţa în curent alternativ au aceeaşi relaţie de definiţie, metodele utilizate pentru măsurarea rezistenţelor în curent continuu se pot adapta şi la măsurarea impedanţelor în curent alternativ cu următoarele observaţii:

- circuitele în curent alternativ vor fi alimenate de la o sursă de frecvenţă f - aparatele de măsurat folosite trebuie astfel alese încât să funcţioneze la frecvenţa f a

sursei de alimentare - elementele de circuit, fiind alimentate în curent alternativ, se vor comporta ca impedanţe

17. Cum se realizează efectuarea reglajelor iniţiale şi alegerea domeniului de măsurare la

multimetre?

Efectuarea reglajelor iniţiale şi alegerea domeniului de măsurare la multimetre. La multimetrele analogice: - Orice multimetru are un selector cu mai multe poziţii cu ajutorul căruia se obţine tipul

aparatului, felul curentului şi domeniul de măsurare. Când facem o măsurare cu multimetru, punem selectorul pe domeniul cel mai mare şi apoi îl scădem, până când indicaţia ajunge să fie uşor de citit. Dacă procedăm invers, putem distruge aparatul.

- La măsurările în curent continuu trebuie respectată polaritatea acestuia, adică plusul sursei la plusul aparatului şi minusul sursei la minusul aparatului. Dacă polaritatea nu se respectă, acul deviază în sens contrar celui normal şi aparatul se poate distruge. În curent alternativ modul de conectare este indiferent.Când funcţionează ca ampermetru şi voltmetru, multimetrul analogic nu are nevoie de alimentare. Pentru funcţionarea ca ohmmetru, multimetrul analogic este alimentat de la o baterie încorporată.

La multimetrele digitale: - Pe panoul frontal se află un comutator cu ajutorul căruia se alege tipul aparatului, felul

curentului şi domeniul de măsurare. Bornele nu au + şi - , dar există o bornă notată “COM” (comună sau masă). În curent continuu, borna COM poate fi conectată la oricare din punctele de măsurare, iar semnul mărimii se va afişa automat.

- Dacă domeniul ales este mai mic decât valoarea măsurată, operatorul este atenţionat că manevra este greşită, fie prin afişarea unei anumite combinaţii de semne şi cifre, fie prin stingerea intermitentă a afişării. Unele aparate schimbă automat domeniul de măsurare, în funcţie de valoarea mărimii măsurate.

Multimetrul digital este alimentat de o baterie încorporată, pentru toate modurile de funcţionare. 18. Enumeraţi aparatele indicatoare de curent continuu, precum şi aparatele indicatoare de curent

alternativ.

Aparatele indicatoare de curent continuu: - galvanometrul de curent continuu - miliampermetre şi milivoltmetre magnetoelectrice - ampermetre şi voltmetre magnetoelectrice - ohmmetre şi megohmmetre magnetoelectrice - aparate electronice de curent continuu

Aparatele indicatoare de curent alternativ: - aparate cu redresoare - aparate termoelectrice - aparate feromagnetice - ampermetre ferodinamice şi electrodinamice

10

- aparate electrostatice -.aparate electronice (voltmetre) pentru tensiuni alternative

19. Enumeraţi principalele dispozitive electromecanice de măsurat.

Dispozitive electromecanice de măsurat:

- dispozitive magnetoelectrice cu cadru mobil; - dispozitive magnetoelectrice cu magnet mobil; - dispozitive electromagnetice; - dispozitive electrodinamice; - dispozitive de inducţie; - dispozitive termice cu spirală încălzită; - dispozitive ferodinamice; - dispozitive electrostatice.

20. Care sunt erorile la frecvenţmetrele numerice?

Frecvenţmetrele numerice sunt de mai multe tipuri: după valoarea măsurată: frecvenţa

medie, instantanee, nominală. Schema lor cuprinde un număr de elemente specifice, interconectate astfel încât să permită măsurarea frecvenţelor, respectiv a perioadelor. Aceste elemente tip sunt: oscilator pilot – numit uneori şi oscilator de referinţa; bază de timp – alt tip de circuit ca la osciloscopul catodic: este format dintr-o serie de divizoare de frecvenţă, care, plecând de la frecvenţa binecunoscută a oscilatorului pilot, furnizează o serie de repere de frecvenţă, de asemenea binecunoscute ca valoare; normalizator sau circuit de formare: circuite care plecând de la semnale de o formă arbitrară, generează impulsuri normalizate, mai uşor de numărat; poartă, adică circuit SI; numărător; circuit de aducere la zero, pentru iniţializarea numărării; afişaj.

Erorile care apar la frecvenţmetrele numerice sunt de mai multe categorii. În principiu, fiecare element poate introduce erori. Astfel, dispozitivul de formare a impulsurilor normale poate fi acţionat de trecerile prin zero. Dacă semnalul de măsurat este afectat de zgomot, se pot înregistra treceri prin zero false.

La fel, pot apărea erori datorate funcţionarii eronate a oscilatorului pilot, care în loc să funcţioneze pe frecvenţa f0 funcţionează pe frecvenţa f0’ etc. Toate aceste erori sunt însa mici în comparaţie cu erorile sistematice, dintre care cea principala este înregistrarea posibila a unui impuls faţă de ceea ce trebuia înregistrat, datorată unei relaţii nedorite de fază între durata intervalului în care se număra impulsurile şi modul în care aceste impulsuri sosesc la numărător. 21. Descrieţi metoda de punte (Wheatstone).

Metoda de punte este o metodă de comparaţie la care valoarea rezistenţei de măsurat se

compară cu valoarea unei rezistenţe cunoscute. Puntea este un circuit tipic care conţine patru elemente (braţe) dispuse într-o schemă sub forma unui patrulater. Circuitul se alimentează pe una dintre diagonalele patrulaterului, iar în cealaltă diagonală se montează un aparat indicator de nul. Când indicatorul de nul arată zero, între cele patru elemente ce formează puntea există o relaţie bine determinată din care cunoscând valorile a trei elemente ale punţii se deduce valoarea celui de-al patrulea. Măsurarea rezistenţelor cu metode de punte prezintă următoarele avantaje: sensibilitate mare, precizie mare, domeniu larg de utilizare, manevrare uşoară.

Schema de principiu a punţii Wheatstone (figura 2).

G

A

R1 Rx

2

Ra

K2

C D

I1

I1

I2 I2 I

11

Rx – este rezistenţa de măsurat R3 – rezistenţa variabilă în decade R1 , R2 – rezistenţe de raport cunoscute E – sursă de curent continuu K1, K2 – întrerupătoare G – galvanometru (aparat magnetoelectric, de mare sensibilitate cu zero la mijloc) Funcţionarea punţii. Rezistenţa de măsurat Rx se montează la bornele de măsurare ale punţii şi se închid

întrerupătoarele K1 şi K2 . Se variază rezistenţa R3 până când galvanometrul indică zero. În acest caz punctele A şi B vor fi la acelaşi potenţial. Acest lucru este posibil dacă : UCA=UCB şi UDA=UDB

Aplicând legea lui Ohm pe cele patru braţe şi observând că prin R1 şi Rx trece acelaşi curent I1 (prin diagonala în care este montat galvanometrul nu se ramifică curent), iar prin R2 şi R3 trece acelaşi curent I2 se poate scrie I1R1= I2R2 şi I1Rx= I2R3

Împărţind cele două relaţii între ele, se obţine :

3

21

R

R

R

R

x

= sau 32

1

R

R

R

R x= sau R1·R3 = R2·Rx

Aceste relaţii, care leagă între ele cele patru elemente ale unei punţi când prin diagonala în care se află galvanometrul curentul este zero, reprezintă condiţia de echilibru a punţii. Aceasta se poate exprima astfel :

- la o punte în echilibru produsele braţelor opuse sunt egale . - la o punte în echilibru rapoartele braţelor alăturate sunt egale . Din condiţia de echilibru, cunoscând trei elemente ale punţii se deduce al patrulea :

32

1 RR

RRx = . Se compară Rx cu rezistenţele R1 ,R2 ,R3 de valori cunoscute. De obicei rezistenţele R1

şi R2 pot lua valori multiplu de 10 încât raportul lor să reprezinte un multiplu de 10 pentru rezistenţa R3 . Precizia maximă se obţine pentru raportul R1/R2 = 1. 22. Care sunt metodele de măsurare a frecvenţei?

Metodele şi aparatele de măsurare a frecvenţelor sunt, după principiu, analogice sau numerice.

După precizia urmărită, metodele utilizate pentru măsurarea frecvenţelor se pot grupa în trei mari categorii.

Din prima categorie, fac parte metodele analogice, în care se obţine o precizie de ordinul 2%. Din a doua categorie fac parte metodele digitale, cu care se realiza precizii mult mai mari, până la 10-12. În fine, în a treia grupă intră metodele de mare precizie, la care se realizează precizii până la 10-14.

Aceste ordine de precizie sunt în prezent obişnuite în laboratoarele specializate în generarea şi măsurarea precisă a frecvenţelor, cum este cazul, la noi, la Institutul Naţional de Metrologie.

Metodele digitale se bazează pe măsurarea numărului de cicli N ai fenomenului studiat, într-un interval de timp Te: frecvenţa este f = N / Te.

Metodele analogice se bazează pe compararea frecvenţei necunoscute, cu elemente cunoscute: impedanţe sau frecvenţe.

12

23. Care sunt metodele electrice de măsurare?

Metoda de măsurare reprezintă modul de aplicare a principiului de măsurare pentru

obţinerea valorii numerice a mărimii de măsurat. Clasificarea măsurărilor se face după următoarele criterii: a) După forma sub care aparatul de măsurat prezintă rezultatul măsurării: 1. Metode de măsurare analogice, la care rezultatul poate lua orice valoare din domeniul de

măsurare, fiind deci o mărime continuă. Mărimea se apreciază prin citirea indicaţiei dată de elementul indicator care se deplasează în

dreptul unei scări gradate. 2. Metode de măsurare digitale, la care rezultatul poate avea numai anumite valori din

domeniul de măsurare, fiind deci o mărime discontinuă. Prin operaţia de cuantificare, domeniul este împărţit într-un număr de subdomenii egale (cuante sau unităţi de cuantificare), iar procesul de măsurare consta în numărarea cuantelor corespunzătoare măsurandului, codificarea rezultatului într-un sistem de numeraţie şi afişarea lui pe un dispozitiv specializat, sub forma unui număr.

b) După caracterul măsurării în timp: 1. Metode de măsurare statice, care se efectuează asupra unor mărimi de regim permanent,

de valoare constanta în intervalul de timp în care se face determinarea; 2. Metode de măsurare dinamice, efectuate asupra unor mărimi variabile rapid în timp si

necesita aparate cu un timp de răspuns mic, care dispun de elemente de memorare sub forma continua sau discretă a valorilor determinate;

3. Metode de măsurare statistice, care se efectuează asupra unor mărimi cu caracter aleatoriu, cu variaţie imprevizibila în timp, neputând fi descrise de relaţii matematice care sa stabilească o lege de reproducere a anumitor valori, în anumite condiţii experimentale.

c) După modul de obţinere a rezultatelor măsurării: 1. Metodele de măsurare directe sunt metodele prin care valoarea unei mărimi se obţine

direct, fără efectuarea de calcule suplimentare şi sunt bazate pe compararea directă cu unitatea de măsură sau cu ajutorul unui aparat gradat în unităţile respective. În acest tip de măsurare se determina o singura mărime.

2. Metode de măsurare indirecta sunt metode prin care valoarea unei mărimi se obţine prin măsurarea directa a altor mărimi, de care mărimea de măsurat este legata printr-o relaţie cunoscută. Aceste măsurări sunt mai complexe şi au o precizie mai scăzută, dar în multe cazuri nu pot fi evitate.

3. Metode de măsurare combinate constau în determinarea valorilor unui anumit număr de mărimi de măsurat pe baza rezultatelor măsurării directe sau indirecte a diferitelor combinaţii ale acestor valori şi a rezolvării ecuaţiilor în care sunt incluse rezultatele măsurării. 24. Care sunt mijloacele de măsurare?

Mijloacele de măsurare constituie totalitatea mijloacelor tehnice cu care se obţin informaţiile

de măsurare. Aceste mijloace trebuie să îndeplinească anumite condiţii pentru a putea servi scopului propus, denumite generic, caracteristici metrologice normate si stabilite prin acte normative (standarde, norme tehnice de metrologie etc.)

Mijloacele de măsurare se împart, după precizia lor, în: - mijloace de măsurare de lucru – care servesc la efectuarea măsurărilor curente, necesare în

practica; - mijloace de măsurat model (de ex. utilizând metoda de măsurare prin comparaţie),

destinate etalonării sau verificării măsurilor şi aparatelor de măsurat de lucru, fiind mai precise decât acestea, dar satisfăcând condiţii limitate de precizie;

- mijloace de măsurare etalon, care reproduc sau stabilesc unitatea de măsura cu o precizie

13

maxima, o păstrează şi o transmit mijloacelor de măsurare de precizie inferioară. Etaloanele sunt de mai multe categorii:

- naţionale – cele care alcătuiesc baza metrologică ă ţării respective; - principale (primare) – cele care determina unitatea de măsură prin compararea lor cu

etaloanele naţionale; - de verificare (de lucru) - cele care servesc la executarea lucrărilor de metrologie curente. Mijloacele de măsurare pot fi clasificate în următoarele categorii: - masuri; - aparate de măsurat; - instalaţii de măsură; - sisteme de măsură.

25. Pentru ce sunt utilizate punţile de măsurare? Enumeraţi principalele tipuri de punţi de

măsurare.

Punţile se utilizează larg pentru măsurarea rezistenţei, inductanţei, capacităţii şi unghiului de

pierderi în condensatoare, a inductanţei mutuale şi a frecvenţei. Schemele cu punte se aplică larg pentru măsurarea mărimilor neelectrice prin metode electrice, ca exemplu a temperaturii, a deplasărilor mici şi se utilizează în diverse dispozitive de automatizare şi telemecanice.

Utilizarea largă a schemelor cu punţi se lămureşte prin precizia şi sensibilitatea înaltă de măsurare, posibilitatea măsurării diverselor mărimi ş.a.

Funcţionarea punţilor se bazează pe metoda de zero (compensaţie). Domeniul de măsurare al punţilor corespunde intervalului de la 10-6 la 1010 Ω , şi cu precizii de 1-2 % pentru punţile portabile şi până la 0,001 % pentru punţile de laborator.

În dependenţă de caracterul rezistenţelor laturilor care formează puntea şi a tensiunii de alimentare, punţile se clasifică:

- punţi de curent continuu; - punţi de curent alternativ.

În dependenţă de configuraţia schemei (a numărului de laturi), punţile de curent continuu pot fi de următoarele tipuri:

- cu patru laturi (ordinare); - cu şase laturi (duble).

După modul de funcţionare: - cu echilibrare manuală; - cu echilibrare automată.

După modul de echilibrare: - punţi echilibrate; - semiechilibrate; - punţi dezechilibrate.

După valorile rezistentelor măsurate: - pentru valori mici (Thomson); - pentru valori medii (Wheatstone); - pentru valori mari (punţi megohmetrice).

Principiul metodelor de punte constă în echilibrarea electrică a punţii, care se caracterizează prin lipsa curentului în diagonala aparatului de zero. Valoarea mărimii de măsurat rezultă din condiţia de echilibru a punţii, în funcţie de rezistenţele cunoscute din laturile patrulaterului.

Metodele de punte au o sensibilitate şi precizie mare de măsurare, nefiind influenţate de etalonarea aparatului de zero sau de variaţiile sursei de alimentare. 26. Principalele tipuri de convertoare numeric analogice si clasificarea acestora.

14

Utilizarea microprocesorului sau a calculatorului numeric presupune, obligatoriu, utilizarea

unor convertoare analog-numerice (CAN) sau numeric-analogice (CNA) pentru trecerea de la mărimile analogice la semnale numerice şi invers.

Semnalele de măsurare obţinute de la senzori, condiţionate corespunzător în tensiune cu nivel standard (2,5 V, 5 V, 10 V), sunt aplicate multiplexorului analogic (MUX) care le comută pe rând, conform programului, la intrarea circuitului de eşantionare şi memorare E&M şi la convertorul analog-numeric (CAN), pentru a fi convertite numeric.

Unitatea centrală (UC) prelucrează numeric aceste eşantioane, conform programului implementat în memoria de bază (HDD), unde sunt transferate şi rezultatele finale.

Pentru prelucrările numerice curente, este disponibilă şi o memorie de lucru (RAM) mai rapidă. 27. Punţi pentru măsurarea capacităţii.

Punţile se utilizează larg pentru măsurarea rezistenţei, inductanţei, capacităţii şi unghiului de

pierderi în condensatoare, a inductanţei mutuale şi a frecvenţei. Schemele cu punte se aplică larg pentru măsurarea mărimilor neelectrice prin metode electrice, ca exemplu a temperaturii, a deplasărilor mici şi se utilizează în diverse dispozitive de automatizare şi telemecanice. Punţile se utilizează larg pentru măsurarea rezistenţei, inductanţei, capacităţii şi unghiului de pierderi în condensatoare, a inductanţei mutuale şi a frecvenţei. Schemele cu punte se aplică larg pentru măsurarea mărimilor neelectrice prin metode electrice, ca exemplu a temperaturii, a deplasărilor mici şi se utilizează în diverse dispozitive de automatizare şi telemecanice.

La măsurarea capacităţii condensatorului este necesar de a ţine cont, că el posedă pierderi, deci el consumă putere activă.

De obicei condensatorul real poate fi reprezentat prin schema echivalentă sub formă de capacitate ideală, conectată în serie sau în paralel cu o rezistenţă activă, care condiţionează apariţia pierderilor echivalente. Curentul în circuitul unui astfel condensator este defazaj faţă de tensiune cu un unghi mai mic de 90°. 28. Puterea electrică. Definiţie. Unitate de măsură. Clasificare.

Puterea reprezintă energia consumată în unitatea de timp : P = W / t . Unitatea de măsură pentru puterea în SI este wattul (W). În curent alternativ se definesc

următoarele puteri: - puterea activă P = UI cos φ [ W ] - puterea reactivă Q = UI sin φ [ VAR ] – voltamper reactiv - puterea aparentă S = UI [ VA ] Între cele trei puteri există relaţia S2

= P2

+ Q2

29. Descrieţi structurile aparatelor de măsurare.

Mijlocul electric de măsurare constituie un lanţ de măsurare şi de aceea poate fi reprezentat

printr-o schema funcţională, ale cărei elemente principale pot fi denumite convertoare de măsurare. Sub forma generala, mijloacele de măsurare pot fi considerate ca fiind alcătuite din trei tipuri de convertoare de măsurare:

1. Convertoare de intrare (traductoare) care transformă mărimea de măsurat într-un semnal electric: curent, tensiune, număr de impulsuri etc;

2. Convertoare de prelucrare (amplificatoare, circuite de mediere, circuite de comparare, circuite de formare a impulsurilor etc) care transforma semnalul electric astfel încât acesta să poată

15

acţiona convertorul de ieşire; 3. Convertoare de ieşire – dau posibilitatea citirii sau înregistrării valorii măsurate. Schemele

funcţionale pot fi clasificate după natura mărimii de măsurat: activă sau pasivă şi după modul de obţinere a valorii măsurate: analogic sau digital.

Schema funcţională a unui aparat analogic pentru măsurarea unei mărimi active (figura 3) prezintă convertorul de intrare (traductorul) ce converteşte mărimea de măsurat. Semnalul metrologic electric este prelucrat de către convertorul de prelucrare pentru a putea fi aplicat la intrarea convertorului de ieşire care este un instrument electric de măsurare.

Fig. 3 Schema funcţionala a unui aparat analogic pentru măsurarea unei mărimi pasive

30. Câte tipuri de metode pentru măsurarea puterii în curent continuu / alternativ monofazat

există?

Puterea reprezintă energia consumată în unitatea de timp.Unitatea de măsură pentru putere

în SI este wattul (w). În curent continuu întreaga energie absorbită de un consumator de la o sursă se consumă, în sensul că se transformă în alte forme de energie : calorică, mecanică, luminoasă etc.

R

UIRIUP

22 =⋅=⋅= unde U este tensiunea la bornele receptorului,

I este curentul prin receptor, R este rezistenţa receptorului. Metodele pentru măsurarea puterii în curent continuu sunt: - Metoda ampermetrului şi voltmetrului În curent continuu puterea se poate calcula cu relaţia P = U·I. Pornind de la această relaţie se

poate deduce faptul că puterea consumată în curent continuu de un receptor având rezistenţa electrică R se poate măsura cu un ampermetru şi voltmetru.

- Măsurarea puterii cu wattmetrul electrodinamic Aparatul este alcătuit din două bobine : fixă şi mobilă. Bobina fixă (de curent) se leagă în

serie în circuit, iar bobina mobilă (de tensiune) se leagă împreună cu o rezistenţă adiţională în paralel în circuit.

Metodele pentru măsurarea puterii în curent alternativ monofazat sunt: - Măsurarea puterii aparente Deoarece S=UI, puterea aparentă se poate măsura cu un voltmetru şi cu ampermetru. - Măsurarea puterii active Se poate măsura cu wattmetrul electrodinamic. În curent alternativ indicaţia aparatului

electrodinamic este ( )2121 cos IIIIK ⋅⋅⋅=α ; dar I1=I , adR

UI =2 ;

( ) PKIUKIUR

UIK

ad

⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= 11 coscos ϕα - scara wattmetrului este uniformă.

- Măsurarea puterii reactive Din relaţia S2

= P2 + Q

2 cunoscând puterea activă şi aparentă, se obţine prin calcul puterea

reactivă : 22 PSQ −= . Puterea activă se măsoară cu wattmetrul, iar puterea aparentă prin metoda ampermetrului şi voltmetrului.