MASURAREA DE REZISTENTE, INDUCTANTE SI CAPACITATI CU PUNTEA RLC

MĂSURAREA DE REZISTENŢE, INDUCTANŢE sI CAPACITĂŢI CU PUNTEA RLC

1.Principiul lucrarii:

Puntile RLC sunt instrumente electronice destinate masurarii rezistentelor, capacitatilor precum si altor marimi caracteristice acestora (unghiul de pierderi la condensatoare, factorul de calitate la bobine etc).

Din punct de vedere constructiv, puntile RLC cuprind o schema de masurare fn care se introduce impedanta necunoscuta (rezistenta, inductanta sau condensator) si o serie de blocuri electronice car 12512b18m e asigura prelucrarea si afisarea informatiei primite de la schema de masurare; de asemenea, în structura puntii intra sursele de alimentare necesare atât alimentarii schemei de masurare cat si blocurilor electronice. "

Fig.1 Fig.2

In general schema de masurare este o punte de impedante cu structura din Fig. 1., în care una din impedante reprezinta clementul necunoscut Zs (de masurat). Impcdantele Z^, Z^, Z, sunt de valori cunoscute si pot fi variate astfel încât din manevrarea lor, sâ se obtina echilibrarea puntii (sesizata de detectorul de nul DN).

Conditia generala de echilibrare a unei astfel de punti rlc:

Z₁Z₃=Z₂Z₄

Ţinând scama ca impedantele pot fi puse sub forma:

Z_i=R_i+jX_i, i=1,2,3.x

unde:

R_i - este partea reala a impedantei;

X_i - este partea imaginara a impedantei.

Rezulta ca relatia generala conduce la conditiile de echilibru:

R₁R₃-X₁X₃=R₂R_X-X₂X_X  

R₁X₃ - R₃X₁ = R₂R_X - R_XX₂  

In functie de pozitia unor comutatoare (existente pe panou! frontal a! aparatului), puntea RLC poate avea una din structurile:

- punte Wheatstone pentru masurarea rezistentelor,

- punte Wien pentru masurarea capacitatilor si a unghiului de pierderi la condensatoare;

- punte Maxwell pentru masurarea inductivitâtilor si a factorului de calitate la inductante.

Atunci când impedanta necunoscuta 2 este o rezistenta, schema de masurare devine o punte Wheatstone, ca în Fig. 2. Din conditia de echilibru rezulta:

R_x=(R₁/R₂)*R₃

astfel ca, pentru un anumit raport R1/R2, echilibrarea se asigura prin varierea rezistentei R pâna când detectorul de nul DN indica zero. La aceasta structura alimentarea puntii se face în c.c, iar detectorul de nul este de asemenea de c.c.

Daca impedanta necunoscuta Zx este un condensator, schema de masurare devine o punte Wien, destinata masurarii capacitatii si unghiului de pierderi pentru condensatoare cu pierderi mici (Fig. .3.a), respectiv pentru condensatoare cu pierderi mari (Fig. 3b).

Conditiile de echilibru pentru puntea Wien din Fig. 3.a sunt:

Rx=(R1/R2)*R3

Cx=(R2/R1)*C3

Fig.3,a)   Fif.3.b)

Fig 3. Schema tic masurare a puntii RLC (punic Wicn)pcnlru condensatoare cu

pierderi mici (a), respectiv pentru condensatoare cu pierderi mari (B) Pentru C, si R, fixate, echilibrarea puntii presupune mai întâi varierea rezistentei R. pâna când detectorul de nul DN indica o valoare minima, urmata de varierea rezistemei R, pana la atingerea zero pe DN (în realitate se repeta succesiunea de echilibrare prin modificarea rezistentelor R, si R, pana la obtinerea pe DN a unui minim minimorum).

Rezulta ca pentru echilibrarea puntii, rezistenta variabila R, ofera informatii despre valoarea capacitatii necunoscute C\ si in consecinta, poate fi gradata direct în unitati de capacitate (Farazi); similar, rezistenta variabila R, poate fi gradata în valori a!e tangentei unghiului de pierderi (tg5).

Analog, pentru schena punti» Wien de masurare a condensatoarelor cu pierderi mari din Fig. 3:b, rezulta aceleasi conditii de echilibru descrise de relatiile (5), iar:

Atât la echilibrarea puntii, cat si la gradarea rezistentelor variabile R: si R, se realizeaza similar metodologiei expuse la condensatoare cu pierderi mici.

Fig.4 Schema de masurare a puntii Rl.C (punte Maxwell) pentru inductante

Daca impedanta necunoscuta Zs este o inductantâ, schema de masurare devine o punte Maxwell (Fig. .4.), în care s-a considerat cazul echivalarii inductantei prin inductivitatca proprie Lvîn scrie cu rezistenta ohmica Rv Conditiile de echilibru sunt:

Rx=(R1/R2)*R3

Lx=R1*R2*C2

Pentru C2 si R1 fixate echilibrarea puntii presupune mai întâi, varierea rezistentei Rz. pâna detectorul de nul DN arata zero (în realitate, metodologia de echilibrare urmeaza succesiunea expusa pentru cazul masurarii condensatoarelor).

Rezulta ca, prin echilibrarea puntii rezistenta variabila R, oferâ infonnatii despre valoarea inductant.ci necunoscute Lx si in consecinta, poate fi gradata direct în Henry, iar rezistenta variabila R, poate fi gradata m valori ale factorului de calitate

Similar modelului serie adoptat pentru inductante (Fig .4.), se analizeaza modelul paralel (Rx // LK), metodologia de echilibrare si gradare a rezistentelor fiind aceeasi.

II. Chestiuni de studiat:

2.1 .Se vor masura 5 rezistente etalon de 1 Ω, 10 Ω, 100 Ω, 1000 Ω, 10000 Ω.

2.2.Se vor masura 5 rezistente industriale de valori si tolerante cunoscute si se va verifica încadrarea în clasa de toleranta.

2.3.Se vor masura 5 valori (câte una pentru fiecare rang zecimal) ale unei cutii decadice de capacitati de precizie.

2.4.Se vor masura 5 condensatoare industriale de valori si tolerante cunoscute si se va verifica încardarea In clasa de toleranta.

2.5.Se vor masura 5 valori (câte una pentru fiecare rang zecimal) ale unei cutii decadice de inductairje de precizie.

Toate masurarile specificate la punctele 2.1'. - 2.5. vor fi efectuate, mai întâi cu o punte RLC analogica, si apoi cu o punte RLC numerica.

III. Schemele de montaj si modul de lucru:

NOTA: In continuare se descrie modul de lucru bazat pe utilizarea puntii RLC tip h-0704 (l.H.M.i); pentru alte tipuri de punti operatiile sunt similare, deosebirile fiind sesizate la performantele acestora si amplasarea diferita a elementelor de

Schema de montaj propriu-zisa consta in conectarea impedantei necunoscute (de masurat), prin fire scurte si groase, la bornele de acces al puntii RLC.

3.1.Pentru masurarea rezistentelor etalon, conform punctului 2.1. al chestiunilor de studiat, se va proceda în felul urmator:

- se reduce la minimum sensibilitatea detectorului de nul din potentiometrul 12;

- se pune comutatorul de functiuni 4 pe pozitia "R";

- se conecteaza" rezistenta de masurat la bornele B, - B: prin fire scurte si groase;

- se creste încet sensibilitatea pana rând acul detectorului de nul 11 se afla aproximativ la jumatatea scalei;

- cu comutatorul de game 3 se cauta gama optima de masurare (aceea pentru care acu! instrumentului deviaza la minim - catre capatul din stânga al scalei);

- se creste treptat sensibilitatea reglând pozitia acului indicator al lui DN aproximativ la jumatatea scalei si se echilibreaza puntea numai cu ajutorul reductorului 2.

Rezultatele experimentale vor fi trecute într-un tabel de forma:

Tabelul 1 (model):

în care:

R_E - rezistenta etalon masurata cu puntea RLC;

C_re - clasa de precizie a rezistentei etalon;

R_citit - rezistenta citita pe punte conform relatiei (10);

ε_Rabamax - eroarea absoluta maxima calculata conform precizarilor facute

la puntea RLC tip E-0704;

R_max - rezistenta masurata cu puntea RLC, calculata conform relatiei (11); AR - eroarea absoluta de masurare cu puntea RLC, calculata conform relatiei

In rubrica "Gama de masurare a puntii" se vor trece limita inferioara, respectiv superioara, a domeniului asa cum rezulta din relatia (10), tu care 1, (indicatia de pe cadranul 1) are valoarea minima I, respectiv maxima 10.

La rubrica "Observatii" se va specifica daca valorile rezistentelor etalon masurate cu puntea îndeplinesc conditiile de eroare evidentiate de relatia (12).

3.2.Pentru masurarea rezistentelor industriale, conform pinctului 2.2. al

chestiunilor de studiat, se va proceda similar ca lax punctul 3.1.

Tabelul 2. (model)

În care semnificatiile notatiilor din tabel au fost precizate la relatia (13), sau se gasesc întocmai comentate în tabelul 6.1.

La rubrica "Observatii" se va specifica daca valorile rezistentelor industriale masurate cu puntea îndeplinesc conditiile de toleranta conform relatiei (13).

3.3.Pentru masurarea capacitatilor de precizie, conform punctului 2.3. al chestiunilor de studiat, se procedeaza în modul urmator:

- se reduce Ia minimum sensibilitatea din potentiometrul (12);

- se pune comutatorul de functiuni 4 pe pozitia "C";

- se conecteaza capacitatea de masurat !a bornele B,-B2 prin fire scurte, groase si neecranate;

- se creste încet sensibilitatea pânâ când acu! indicator a! detectorului DN se afla aproximativ la jumatatea scalei si din comutatorul de domeniu 3 se cauti gama de masurare optima (vezi punctul 3.1.);

- se echilibreaza treptat puntea cu ajutorul reductorului 2 si a potentiometrului 6 (compensare);

- la terminarea echilibrarii se citeste valoarea indicata de punte, similar ca la masurarile de rezistente (vezi relatia (10)).

Rezultatele experimentale se vor trece într-un tabel de forma:

in care:

C_E - valoarea capacitatii etalon fixata pe cutia decadica de capacitati;

C_ce - clasa de precizie a capacitatii etalon;

C_citit - capacitatea citita pe punte conform relatiei (10);

ε_Cabsmax - capacitatea masurata cu puntea RLC calculata conform relatiei (14);

ΔC - eroarea absoluta de masurare cu puntea RLC, calculata conform relatiei (15). Precizarile facute la tabelul 1. referitoare la rubriciile "Gama de masurare a puntii" si "Observatii" se respecta întocmai si la tabelul 3.

PARTICULARITĂŢI CONSTRUCTIVE   '

1) Constructia speciala a puntii RLC tip E-0704 face ca masurarile de capacitati cuprinse între 10 pF si ijiF sa se faca utilizând un oscilator intern de l KHz., pe când capacitatile cuprinse intre 1 jiF si 1000 ^F sunt masurate utilizând un oscilator de 50 KHz.; conectarea celor doua oscilatoare se face automat âup'a pozitia comutatorului de game 3.

2) La masurarea unor capacitati mai mici de 5000 pF, trebuie tinut seama de capacitatea parazita a bornelor de contact; în aceasta situatie:

3.4.Pentru masurarea condesatoareîor industriale, conform punctului 2.4. al chestiunilor de studiat, se va proceda similar ca la punctul 3.3.

Tabelul ,4. (model)

în care semnificatiile notatilor din tabel au fost precizate la relatia (17), sau se regasesc întocmai comentate la tabelul 3..

La rubrica "Observatii" se va consemna daca valorile condensatoarelor industriale masurate cu puntea îndeplinesc conditiile de toleranta conform relatiei (17).

3.5. Pentru masurarea inductantelor de precizie, conform punctului 2.5. al chestiunilor de studiat, se procedeaza în felul urmator

- se reduce la minimum sensibilitatea din potentjometrul 12;

- se trece comutatorul de functiuni 4 pe pozitia "L";

- se conecteaza inductanta de masurat la bornele B1-B2 cu fire scurte, groase si neecranate;

- se creste sensibilitatea si din comutatorul de domeniu 3 se cautâ gama optima de masurare (vezi punctul 3.1.); ■

- se echilibreaza treptat puntea cu ajutorul reductorului 2 si al potentiometrelor 7 si 8 (compensare Q brut si fin); valoarea citita la terminarea echilibrarii se obtine conform relatiei (10).

Rezultatele experimentale se vor trece într-un tabel de forma:

Tabelul 5, (model)

in care:

Lc - valoarea inductantei etalon fixata pe cutia decadica de inductante;

C_le - clasa de precizie a inductantei etalon;

L_citit - inductanta citita pe punte confonn relatiei (10);

Precizarile facute la tabelul . 1. referitoare Ia rubricile "Gama de masurare a puntii" si "Observatii" se respecta întocmai si la tabelul .5. Daca masurarile sunt efectuate cu alte tipuri de punti, care au prevazute indicatii cantitative pentru unghiul de pierderi la condesatoare (tgS) si factorul de calitate (QJ al inductantelor (cum este cazul puntii RLC tip 3.1), si tabelele de reztdtate experimentale se vor prevedea rubrici suplimentare pentru aceste marimi masurate.

Toate determinarile experimentale efectuate, conform punctelor 2.1. - 2.5. ale chestiunilor de studiat, cu puntea RLC analogica, se vor repeta întocmai cu puntea RLC numerica; rezultatele obtinute se vor trece în aceleasi tabele (în continuare), A demarcându-se cele doua categorii de masurari printr-o specificare adecvata.

IV. Observatii si concluzii:

In referat se vor trage concluzii privind domeniile de utilizare ale puntilor

RLC folosite, precum si asupra calitatilor lor ca instrumente de masurat.

Se vor face aprecieri privind precizia masurarilor efectuate cu puntiile RLC; în acest sens determinarile se vor compara d.p.d.v. al calitani masurarilor si usurintei de obtinere a rezultatului cu alte modalitati de masurare a marimilor respective.