Determinarea caracteristicilor metrologice ale unui votmetru analogic

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR METROLOGICE ALE UNUI VOTMETRU ANALOGIC

I. PARTEA TEORETICA:

Caracteristicile metrologice descriu comportarea aparatului in raport cu marimea de masurat, cu mediul ambiant si cu operatorul uman, fara a da informatii asupra constructiei sau principiului de functionare al aparatului.

Schema functionala restransa a unui aparat de masurat este prezentata in Fig.1.

x x x_n - perturbatii externe

n n n_r - perturbatii interne

c₁, c₂, c_q - comenzi

Y = f(X) - reprezinta caracteristica statica ideala

- reprezinta caracteristica statica reala

Marimi perturbatoare externe: temperatura, presiunea, umiditatea, intensitatea campurilor electrice sau magnetice, etc.

Marimi perturbatoare interne: zgomote generate de rezistoare, semiconductoare, transformatoare, frecarile in lagare, etc.

Comenzi: alegerea domeniului de masura, calibrarea interna, reglarea zeroului etc.

Experimental pot fi determinate urmatoarele caracteristici metrologice ale voltmetrelor analogice:

1. Domeniul (intervalul) de masurare: este intervalul cuprins intre U_min si U_max. La majoritatea voltmetrelor valorile minime de la intrare U_min si de la iesire a_min sunt zero, unde U este marimea de intrare (de masurat) iar a este marimea de iesire (deviatia unghiulara pe scara gradata in diviziuni). Exista si voltmetre cu zero la mijloc, la care valoarea minima este egala si de semn contrar valorii maxime, U_min = -U si U_max = +U. Valorile maxime U_max si a_max sunt stabilite prin insasi constructia aparatelor, depasirea valorii maxime la intrare neputand fi sesizata la iesire, periclitandu-se securitatea aparatului respectiv.

2.Sensibilitatea S: reprezinta raportul intre variatia marimii de iesire si variatia corespunzatoare a marimii de intrare. Pentru o caracteristica statica liniara:

(1)

(2)

In figura alaturata este prezentatam caracteristica statica liniara a unui voltmetru analogic.

Fig.1

3.Constanta C: este inversul sensibilitatii

(3)

Pentru o caracteristica statica liniara :

(4)

4.Consumul propriu: reprezinta puterea consumata de aparat la limita maxima a domeniului de masurare. In cazul voltmetrelor de curent continuu consumul propriu se exprima in W, iar in cazul celor de curent alternativ se exprima de obicei in VA (putere aparenta).

Deseori, consumul propriu in cazul voltmetrelor se exprima prin inversul curentului absorbit de aparat la limita maxima a domeniului de masura, marime denumita "numarul de Ω/V".

(5)

Consumul propriu al voltmetrului este cu atat mai mic, cu cat curentul absorbit din circuitul de masura este mai mic, deci cu cat numarul de Ω/V este mai mare.

5. Timpul de raspuns (timpul tranzitoriu): este intervalul de timp din momentul aplicarii la bornele voltmetrului a unei tensiuni de valoare constanta, pana in momentul cand acul indicator ocupa o pozitie stabila pe scara gradata.

6. Precizia: este caracterizata prin indicatorul denumit "clasa de precizie" deinita ca, raportul dintre eroarea maxim admisibila ΔU_max si valoarea maxima U_max, care se poate masura cu voltmetrul respectiv, multiplicat cu 100.

(6)

II. PARTEA EXPERIMENTALA:

Se vor detrmina principalele caracteristici metrologice ale unui voltmetru industrial de c.a., de tip feromagnetic.

1. Domeniul de masurare: Se vor stabili limitele superioare (U_max) si inferioare (U_min) ce se pot masura cu voltmetrul respectiv.

2. Sensibilitatea: Se determina sensibilitatile pe fiecare domeniu de masurare cu ajutorul relatiilor 1 si 2.

3. Constanta: Se determina constantele pentru fiecare domeniu de masurare utilizand relatia 3.

4. Consumul propriu: se realizeaza montajul din figura de mai jos.

-se pune voltmetru pe domeniul de 30V si se regleaza tensiunea sursei pana cand voltmetru indica maxim. Se citeste indicatia mili-ampermetrului;

-se repeta pasii pentru domeniul de 75V. Fig.2

5. Timpul de raspuns:

-in montajul prezentat anterior, se aduce indicatia voltmetrului la aproximativ jumatatea scarii gradate;

-se decupleaza sursa de tensiune si se cronometreaza timpul pana la oprirea oscilatiilor acului indicator;

-se cupleaza sursa de tensiune si se cronometreaza timpul pana la oprirea oscilatiilor acului indicator;

-se fac 5 astfel de masuratori.

6. Precizia : se realizeaza montajul din figura alaturata.

V-este voltmetrul verificat; V₀-este un voltmetru numeric etalon

Se vor compara indicatiile voltmetrului la toate diviziunile importante, cu indicatiile voltmetrului etalon. Fig.3

Rezultatele vor fi trecute in tabelul de mai jos. Pentru a pune in evidenta erorile datorate histerezisului, se vor face cate doua masuratori: in sens crescator al tensiunii si in sens descrescator.

III. PRELUCRAREA REZULTATELOR:

1. Se calculeaza consumul propriu al voltmetrului (in VA) si numarul de Ω/V:

P_aparenta=I_vU_max (7)

(8)

2. Se evalueaza precizia voltmetrului, calculand erorile absolute ΔU_k=U-U_0k (k=1,2). Se calculeaza eroarea absoluta medie:

(9)

Se calculeaza eroarea relativa maxima, raportata la limita maxima a domeniului de masura:

(10)

unde | U_max| este valoarea maxima (in modul) al erorilor U.

Se incadreaza voltmetrul in una din clasele de precizie standardizate (pentru aparatele industriale clasele de precizie standardizate sunt: 0,5; 1; 1,5; 2,5; 5; 10).

(11)

3. Se reprezinta grafic dependenta erorii absolute de valoarea tensiunii indicate: ΔU=f(U)