Masurari Electrice Masurarea curentilor

Masurarea curentilor

Ampermetre analogice

În general pentru masurarea curentului electric este necesara întreruperea circuitului si introducerea unui ampermetru A, de rezistenta r_A, în circuitul parcurs de curentul de masurat. Înainte de introducerea ampermetrului în circuit, curentul electric are valoarea I si se numeste valoarea adevarata a curentului de masurat:

unde U_AB este tensiunea la bornele AB iar R_C este rezistenta circuitului parcurs de curentul I.

UAB

figura 1. Influenta consumului ampermetrului

în circuitul de masurare

Ca urmare a introducerii ampermetrului în circuit, curentul masurat I_m, mai mic decât I, va avea valoarea:

,

unde r_A este rezistenta interna a ampermetrului.

Eroarea relativa ce apare ca urmare a introducerii ampermetrului în circuit este:

Pentru ca aceasta eroare sa fie cât mai mica trebuie ca rezistenta ampermetrului sa fie cât mai mica fata de rezistenta circuitului.

Ampermetre magnetoelectrice

Ampermetre magnetoelectrice sunt alcatuite dintr-un miliampermetru conectat la bornele unui sunt.

Ampermetre magnetoelectrice se construiesc cu sunturi interioare pentru domenii cuprinse între 0,1 si 100 A si cu sunturi exterioare pentru curenti de pâna la 10 kA.

unde I este curentul de masurat, I₀ este curentul prin ampermetru, r₀ este rezistenta interna a ampermetrului iar R_S este rezistenta suntului.

Daca ampermetrul trebuie sa masoare un curent I, de n ori mai mare ca domeniul de masura al acestuia I₀, (I = nI₀), rezistenta suntului se calculeaza cu relatia:

Schema electrica a unui sunt multiplu este prezentata in figura 2.

Figura 2. Schema electrica a unui sunt multiplu

În cazul în care gama de masurare este setata pe domeniul k, curentul I_k functie de rezistentele sunturilor va fi:

rezulta ca:

Rezistenta R_T este realizata în general din manganina si serveste la compensarea erorilor de temperatura. Astfel rezistenta totala R_a + R_T variaza mai putin cu temperatura (R_T = 1 ... 5 R_a, manganina).

Ampermetre feroelectrice

Ampermetrele feromagnetice sunt aparate de masura analogice folosite pentru masurarea curentului alternativ de frecventa industriala

Dispozitivul feroelectric este format dintr-o bobina fixa parcursa de curentul de masurat de forma cilindrica în interiorul careia se afla doua piese confectionate din material feromagnetic, dintre care una este fixata în interiorul carcasei bobinei iar cealalta este mobila fiind prinsa pe axul dispozitivului indicator. Cuplul activ este creat de fortele de respingere ce apar intre cele doua piese feromagnetice polarizate în acelasi sens.

Expresia energiei magnetice care actioneaza asupra sistemului este:

unde W_mag este energia instantanee a câmpului magnetic al bobinei, i curentul ce trece prin bobina iar L este inductanta bobinei. Cuplul activ mediu ce actioneaza asupra sistemului va fi data de derivata energiei magnetice functie de unghiul de deviatie:

unde I este valoarea efectiva a curentului alternativ, L depinde de pozitia pieselor feromagnetice în interiorul bobinei, deci de unghiul de deviatie.

Cuplul rezistiv este proportional cu unghiul de deviatie:

Astfel ca deviatia acului indicator este data de relatia:

Deoarece inductanta bobinelor este proportionala cu patratul numarului de spire N, L = L₀N², deci deviatia poate fi exprimata sub forma:

Deviatia maxima α_max depinde de amperspirele nominale (NI)_nom

Ampermetrele feromagnetice se realizeaza prin dimensionarea corespunzatoare a bobinei parcurse de curentul de masurat. La ampermetrele cu un singur domeniu de masurare, odata cu crestere curentului nominal se micsoreaza numarul de spire al bobinei, ajungându-se pentru curenti de 200 ÷ 500 A ca bobina sa fie realizata dintr-o singura spira.

Pentru masurarea unor curenti de ordinul mA numarul de spire necesar este de ordinul sutelor (300).

La ampermetrele cu domenii multiple, bobina este realizata din mai multe sectiuni, schimbarea domeniului de masurare realizându-se fie prin schimbarea conexiunii serie sau în paralel a sectiunilor fie prin schimbarea bornei de utilizare (figura 3, în care este reprezentata schema extinderii domeniului de masurare).

Figura 3 Extinderea domeniul de masura

Domeniul de frecventa al ampermetrelor feromagnetice de laborator este de 15 ÷ 500 Hz.

Ampermetre termoelectrice

Sunt singurele aparate clasice care masoara curenti de frecventa foarte mare, zeci si sute de MHz. Ampermetrele cu termocuplu se utilizeaza cu precadere la masurarea valorii efective a curentilor de radiofrecventa, masurând valoarea efectiva a acestora, indiferent de forma de unda si de frecventa si sunt constituite dintru milivoltmetru magnetoelectric conectat la capetele reci ale unui termocuplu.

Functionarea acestora se bazeaza pe efectul Seebeck care consta în aparitia unei tensiuni continue (tensiune termoelectrica) la capetele ,,reci'' ale unui cuplu format din doi electrozi, atunci când capetele ,,calde'' (sudate) ale acestuia sunt încalzite la o anumita temperatura de catre curentul de masurat I, figura 4.

Figura 5. Miliampermetru termoelectric

Astfel, daca T este temperatura capetelor sudate, tensiunea termoelectromotoare E_T este data de o relatie de forma:

unde T este proportional cu I² si R:

Curentul ce va trece prin ampermetrul magnetoelectric I_t va fi dat de relatia:

Deviatia acului indicator a ampermetrului magnetoelectric va fi:

si va fi proportionala cu patratul curentului continuu sau cu patratul valorii efective al curentului alternativ.

Ampermetru electronic de curent continuu

Schema de principiu este alcatuita dintr-un amplificator operational ce are conectat în reactie un ampermetru magnetoelectric, figura 5.

Rezulta ecuatia:

Deoarece U

R

_n ≈ U_p rezulta si se obtine:

dar U_n - U₁ = U = RI rezulta ca

Deci curentul masurat de catre ampermetrul magnetoelectric este o masura a curentului de masurat.

Daca raportul R/R₁ este foarte mare (R>>R₁) atunci aparatul poate masura curenti foarte mici (nA)