7/31/2019 cap 4 doc

1/16

4. COMPENSATOARE IPUNI DE MSURARE

Compensatoarele electrice servesc, n principal, la msurareatensiunii electrice, dar prin intermediul acestei marimi se poate msuraoricare alt mrime convertit n prealabil n tensiune.

La baza concepiei i functionrii acestor aparate st principiul

comparrii i echilibrrii unei tensiuni necunoscute cu o tensiunecunoscut i reglabil furnizat de o surs adecvat. La echilibru, cndcele dou tensiuni sunt egale, tensiunea necunoscut se determin duptensiunea cunoscut.

Elementele eseniale ale unui compensator sunt urmtoarele:- sursa de tensiune pentru alimentare;- divizorul de tensiune;- indicatorul de echilibru sau dispozitivul de echilibrare automat;- eventual o surs de tensiune etalon, pentru calibrare.Aceste aparate acoper un domeniu foarte larg de tensiuni i

precizii, erorile relative ale acestora putnd fi coborte pn la 0,001% ncazul msurrii tensiunii continue i pn la 0,01% - n cazul tensiuniialternative.

4.1. COMPENSATOARE ANALOGICE DETENSIUNE CONTINU

4.1.1. Scheme de principiuScheme Paggendorff. Compensarea i echilibrarea tensiunilor se

poate face n mai multe feluri. n figura 4.1,a se arat schemacompensatorului Paggendorf. El este alctuit dintr-un divizor de tensiunerezistiv (reostat) cu contact mobil, alimentat de la sursa de tensiune U idintr-un indicator de echilibru IE, care poate fi un galvanometru de zero.

Tensiunea prelevat de pe divizor este:

UkrR

UrIUc === . (4.1)

i se determin dup poziia cursorului fa de rezistoulR i fa de scalaS, kfiind factorul de divizare subunitarr / R.

51

7/31/2019 cap 4 doc

2/16

Fig.4.1. Scheme de principiu ale compensatorului Paggendorff:a) pentru Ux < U; b) pentru Ux > U.

Pentru o anumit poziie a cursorului, tensiunea necunoscut (demsurat) Ux devine practic egal cu tensiunea cunoscut Uc , egalitateafiind sesizat de IE prin absena curentului. n aceast situaie de echilibru:

= UkUUU xcx , (4.2)unde este limita (pragul) de insensibilitate a indicatorului de echilibru.Dac 0, UxkU. De remarcat c la echilibru curentul din circuitul carefurnizeaz tensiunea Ux este nul, de unde rezult c n acest mod semsoar tensiunea de mers n gol.

Echilibrarea celor dou tensiuni se poate face de ctre un operatoruman sau de ctre un dispozitiv de echilibrare automat.

Cu schema din figura 4.1,a se pot msura tensiuni Ux < U. Cuschema din figura 4.1,b se pot msura tensiuni Ux > U. n acest din urmcaz, n momentul echilibrrii celor dou tensiuni, n circuitul carefurnizeaz tensiunea Ux exist un curent care poate introduce erori de

msurare determinate de cderea de tensiune pe rezistena intern a surseitensiunii Ux. Pentru a limita aceste erori este necesar ca valoarearezisteneiR s fie mare.

4.1.2. Scheme tehnice evoluateVarianta cu substituie este prezentat n figura 4.2,a. n afar de

elementele din figura 4.1, n varianta cu substituie mai exist i o surs detensiune etalon necesar etalonrii curentului din circuitul de comparaie iun comutator K.

Fig.4.2. Compensator Paggendorff cu etalonare prin substituie:a) etalonare cu orice curent; b) etalonare cu un curent constant cunoscut.

Msurarea n acest caz se face n dou etape: etapa de etalonare i

etapa de msurare propriu-zis. n etapa de etalonare, comutatorul K se52

7/31/2019 cap 4 doc

3/16

pune pe poziia E. n aceast etap tensiunea etalon este pus n opoziiecu tensiunea culeas de pe reostatul R. Modificnd corespunztor poziiacursorului pe reostatul R se ajunge la o echilibrare a tensiunilor cnd:

ee rIU = . (4.3)n etapa de msurare, comutatorul K se trece pe poziia M i se face

echilibrarea tensiunii Ux cu o tensiune culeas de pe reostatul R.Echilibrarea se face la o alt valoare a rezistenei i anume la valoarea rxpentru care:

xx rIU = . (4.4)Curentul fiind acelai n ambele etape rezult c:

e

xexr

rUU = . (4.5)

Precizia msurrii este determinat de precizia cu care se cunoscmrimile Ue, rei rx, neexistnd restricii privind curentulIdin circuit.

Varianta cu substituie i tarare. Dei compensatorul poate

funciona cu orice curentI, n practic se prefer ca acest curent s fiestabilizat la o valoare optim i comod pentru calcule i anumeI= 10-2,10-3 sau 10-4 A. Fixarea i stabilizarea curentului la una din aceste valori senumeste tarare i se realizeaz ntr-o schem ca cea din figura 4.2,b, nfelul urmtor:

Pentru I = 10-3 A, spre exemplu, se fixeaz cursorul n poziiapentru care re = 103 Ue (I = Ue / re = 10-3 A). Se pune comutatorul K pepoziia E i se acioneaz asupra reostatuluiRa astfel nct indicatorul deechilibru s indice zero. n aceast situaie:

AU

U

r

U

I e

e

e

e 3

3 1010

=== . (4.6)Pentru msurare, comutatorul K se pune pe pozitia M i se caut o

nou poziie a cursorului reostatului R, pentru care IE s indice zero. naceast situaie:

rrIUx3

10== . (4.7)

Tararea sau retararea se face la intervale de timp destul de mari pecnd msurarea se face n mod continuu sau foarte des.

Pentru uurarea echilibrrii celor dou tensiuni i pentru mrirea

fineei acesteia, n loc de un singur reostatRase folosesc dou sau chiartrei reostate nseriate: unul pentru reglaj grosier, unul pentru reglaj fin ieventual, unul pentru reglaj mediu.

4.1.3. Compensatoare cu echilibrare automatCaracteristic pentru aceste compensatoare este faptul c

echilibrarea tensiunii de msurat Ux cu tensiunea etalon Uc se realizeazautomat, cu ajutorul unui dispozitiv de echilibrare automat, DEA. Acestaeste ncadrat ntr-un sistem de reglare nchis, cu aciune dup abatere, ncare tensiunea etalon, prelevat de pe rezistorul R, este astfel modificat

nct s fie ct mai apropiat de Ux.53

7/31/2019 cap 4 doc

4/16

Compensatoarele cu echilibrare automat asigur performanesuperioare n ceea ce privete viteza de msurare, datorit echilibrrii mairapide a celor dou tensiuni, precum i n ceea ce privetereproductibilitatea. Ele pot asigura, de asemenea, sensibilitate i preciziedup dorin.

Dup modul n care face echilibrarea deosebim:- compensatoare cu DEA de tip proporional;- compensatoare cu DEA de tip integrator.n primul caz aciunea de compensare este proporional i de

acelai semn cu tensiunea de dezechilibruUdintre tensiunile Ux i Uc, pecnd n al doilea caz aciunea este proporional cu integrala n timp atensiunii de dezechilibru.

Compensatoarele de tip proporional acioneaz mai rapid ns nuasigur echilibrarea total a celor dou tensiuni, pe cnd cele de tipintegrator acioneaz mai lent ns pot realiza o echilibrare total a celor

dou tensiuni.Compensatoare de tip proporional. n figura 4.3 este prezentat uncompensator automat de tip proporional, alctuit din rezistena etalonRei din amplificatorul A avnd rezistena de intrare R1 foarte mare iadmitan Y.

Fig. 4.3. Schema unui compensator automat de tip proporional.

n cadrul acestui compensator, tensiunea de msurat Ux estecomparat cu cderea de tensiune Uc pe rezistorul etalon, Re, dat decurentul de ieireIal amplificatorului. Diferena dintre aceste tensiuniU= Ux - Uceste aplicat la intrarea amplificatorului care produce curentul deieireI = YUi astfel bucla se nchide. Rezult c:

UYRUUUU excx == . (4.8)

Un astfel de compensator nu poate asigura echilibrarea total acelor dou tensiuni Ux i Uc. Din relaia (4.8) rezult c valoarea difereneide tensiune remanent este dat de relaia:

01

+

=e

x

YR

UU , (4.9)

prin urmare U reprezint eroarea static a acestui tip de compensator.Aceast eroare poate fi micorat prin mrirea admitanei Y i/sau arezisteneiRe.

Compensatoare de tip integrator. Schema unui astfel decompensator este prezentat n figura 4.4. Aici diferena U dintretensiunile Ux i Uc este amplificat n amplificatorul sensibil la faz ASF i

54

7/31/2019 cap 4 doc

5/16

folosit pentru acionarea unui servomotor reversibil SMR, care prinintermediul unui mecanism cu angrenaje i prghii MAP efectueazdeplasarea cursorului pe divizorul de tensiune n poziia pentru care Udevine nul. Totodat, acelai mecanism realizeaz i poziionareacorespunztoare a indicatorului sau inscriptorului fa de scala aparatului.

Fig. 4.4. Compensator automat de tip integrator:a) schema electric simplificat; b) schema bloc a sistemului nchis.

Ca i n cazul precedent este vorba de un sistem nchis de urmrirecu aciune dup abatere, dar aici elementul de execuie este de tipintegrator.

n figura 4.5 se prezint schema electric simplificat a unuicompensator automat de tip integrator cu o singur mrime indicat inregistrat.

Fig.4.5. Schema unui compensator cu echilibrare automat.

Elementele componente eseniale ale acestui tip de aparat sunturmtoarele:

55

Rf

7/31/2019 cap 4 doc

6/16

- circuitul de msurare, CM, alctuit din reostatul R, dinrezistoarele R1, R2 i R3 i din reostatele Rs i Rp pentru ajustareasensibilitii acestui circuit;

- circuitul de comparare, CC, alctuit din filtrul RfCf prin care seintroduce tensiunea de msurat Ux, pe de o parte i circuitul de msurarede pe care se preia tensiunea continu Uc pe de alt parte. Acest circuitgenereaz ca semnal de ieire tensiunea de dezechilibru U care dupamplificare servete la echilibrarea celor dou tensiuni Ux i Uc;

- transformatorul de reea, Tr, cu dou secundare: unul pentrualimentarea circuitului de msurare iar celalalt pentru alimentareaamplificatoarelor de tensiune i putere;

- redresorul, R i stabilizatorul de tensiune, ST, care asigurtensiunea constant pentru circuitul de msurare, nemaifiind necesarsursa de tensiune pentru tarare;

- amplificatorul de tensiune sensibil la semn, ATSS, care amplific

tensiunea de dezechilibru U;- amplificatorul de putere sensibil la semn, APSS, alctuit dintranzistoarele T1 i T2 din diodele D1 i D2, care amplific n puteresemnalul dat de ATSS. Semnalul de ieire al acestui amplificator esteaplicat pe nfurarea de comand a motorului reversibil MR;

- motorul reversibil, MR, i lanul cinematic, LC, alctuit dinangrenaje i articulaii care asigur deplasarea contactului mobil alreostatului R n poziia necesar echilibrrii tensiunilorUxi Uc. AcelaiLC asigur i deplasarea n poziie corespunztoare a acului indicator i ainscriptorului dispozitivului de nregistrare;

- dispozitivul de nregistrare, DI, alctuit din motorul electric deantrenare, M, din reductorul de turaie RT i din rulourile de derulare abenzii de hrtie pentru nregistrare.

4.2. PUNI DE MSURARE ELECTRICE

4.2.1. Caracterizare generalPunile de msurare electrice sunt aparate cu care se pot msura

mrimi electrice ca: rezistena, capacitatea, inductana i n general

impedana sau oricare alt mrime convertit n prealabil n una din acestemrimi electrice.

n principiu o punte electric obinuit (Wheatstone) este alctuitdin patru brae i dou diagonale; pe brae se conecteaz cte una sau maimulte componente pasive: rezistene, capaciti sau inductane. Pe una dindiagonale, diagonala de alimentare, se conecteaz o surs de alimentare iar

pe cealalt diagonal, diagonala de msur, se conecteaz un aparat demsurare a diferenei de tensiune, eventual montat n paralel cu orezisten de sensibilizare Rs. n figura 4.6 este prezentat punteaWheatstone.

56

7/31/2019 cap 4 doc

7/16

Fig. 4.6. Puntea electric Wheatstone.

Clasificare. Diversele tipuri de puni de msurare se pot clasificadup mai multe criterii. Astfel:

Dup natura mrimii msurate deosebim:- puni pentru msurat rezistene;- puni pentru msurat capaciti;- puni pentru msurat inductane;- puni pentru msurat impedane.

Dup natura sursei de alimentare distingem:- puni alimentate cu tensiune continu;- puni alimentate cu tensiune alternativ.

Cu punile alimentate n tensiune continu se pot msura numairezistene pe cnd cu puni alimentate n tensiune alternativ se pot msurarezistene, capaciti, inductante i n general - impedane. n primul caz,

pe braele punii se amplaseaz numai rezistoare pe cnd n celalalt caz pebrae se amplaseaz, dup caz, rezistoare i cel puin un condensator sau obobin.

Dup destinaia i caracterul msurrii distingem:- puni pentru msurri discontinui;- puni pentru msurri continui.

n primul caz este vorba de punile folosite ndeosebi n laboratoarei ateliere pentru msurri succesive a mai multor mrimi, pe cnd n aldoilea caz este vorba de msurarea continu a aceleiai mrimi.

Dup domeniul de valori ale rezistenei msurate deosebim:- puni pentru msurat rezistene de valori medii (punte

Wheatstone), la care obiectul msurat este un dipol;- puni pentru msurat rezistene de valori foarte mici (punti

Thomson) la care obiectul msurat este un cuadripol;- puni pentru msurat rezistene de valori foarte mari la careobiectul msurat este un tripol.

Punile de msurare acoper un domeniu de msurare extrem delarg. Astfel, cu diferite tipuri de puni se pot msura rezistene de lafraciuni de ohm pn la rezistene de ordinul gigaohmilor, cu erori de la0,01% la 1 - 2%, n funcie de clasa de precizie a punii.

4.2.2.Puni de rezistene alimentate cu tensiune continu57

7/31/2019 cap 4 doc

8/16

Puni neechilibrate. n figura 4.6 este prezentat o punteWheastone neechilibrat pentru msurat rezistena. Presupunnd crezistena intern a sursei este nul, Ris = 0, iar rezistena de intrare aaparatului de msurat este infinit,Ria= i aplicnd legile lui Kirchhoffasupra circuitelor acestei puni, obinem o relaie ntre diferena de

potenial de pe diagonala de msurUBD pe de o parte i valoarea tensiuniide alimentare Ui rezistentele braelor, pe de alt parte, sub forma:

( )( ) ( ) ( ).

2143

4221

4321

4231

RRRs

RRRR

Rs

RRRRRR

RRRRUUBD

++++++

=

(4.10)

Dac rezistena de sensibilizare Rs, adic dac rezistorul desensibilizare nu exist sau nu este conectat, relaia devine mai simpl:

( )( ).43214231

RRRR

RRRRUUBD ++

= (4.11)

Dac se cunoate U i trei din rezistenele braelor, se poatedetermina rezistena celui de al patrulea bra, de obicei braul cu R3 sau R4.Sub aceast form puntea se numete neechilibrat i are o utilizare

relativ redus, deoarece rezultatul msurrii este determinat i de tensiuneaU, care este greu de meninut riguros constant sau ar mri costulaparatului prin folosirea unei surse stabilizate. n plus, precizia msurriidepinde de precizia aparatului cu care se msoar tensiuneaUBD.

Puni echilibrate manual. Condiia de echilibru. Dac prinmodificarea rezistenei cunoscute a unuia sau a dou brae se reuete cadiferena de potenial UBD de pe diagonala de msur s fie nul, se spune

c puntea este echilibrat. n acest caz, cnd UBD = 0, se obine condiia deechilibru sub forma:

4231 RRRR = . (4.12)Se observ c n acest caz, n relaia de echilibru nu mai intervine

tensiunea de alimentare U, rezistena intern a sursei de alimentare i aindicatorului de echilibru i c, dac se cunosc rezistenele de pe trei laturise poate determina rezistena celui de al patrulea.

Dac rezistenele a dou brae, de exemplu braele 1 i 4, se meninconstante iar rezistena altui bra, de exemplu braul 2, se modific pentrua echilibra puntea, se obine o punte echilibrat la care:

kRRR

RRRx 22

1

43 === . (4.13)

n acest caz valoarea rezistenei R3 se determin conform relaiei4.13, scala aparatului fiind pus n corelaie direct cu contactul mobil alreostatului R2, aa cum se vede n figura 4.7,a. Pentru constatareaechilibrului punii se folosete un indicator de echilibru IE, care poate fi ungalvanometru de zero, montat pe diagonala de msur iar pentru realizareacondiiei de echilibru se acioneaz asupra reostatului R2 astfel nct IE s

indice zero.58

7/31/2019 cap 4 doc

9/16

Fig.4.7. Puni de msur cu echilibrare manual:a) prin variaia unui bra; b) prin variaia a dou brae.

Echilibrarea punii se poate realiza i prin modificarea simultan adou rezistene situate pe brae adiacente, aa cum se vede n figura 4.7,b.n acest caz condiia de echilibru are forma:

( )

rR

rRRRRx

11

2243 +

+== . (4.14)

Se observ c efectul deplasrii cursorului n acest caz este dublufa de cazul precedent deoarece n timp ce rezistena r2 de la numrtorcrete, rezistena r1 de la numitor scade cu aceeai valoare i invers.

Sensibilitatea punilor de msurare. Exista mai multe modalitide a defini sensibilitatea unei puni de msurare Wheastone. n aceastlucrare prin sensibilitatea punii vom ntelege raportul dintre tensiunea ceapare pe diagonala de msur UBD i tensiunea de alimentare U, atuncicnd una din rezistenele braelor variaz cu R fa de valoareacorespunztoare echilibrului, adic:

R

BD

U

US

= . (4.15)

Dac rezistena variabil este, de exemplu, R1, relaia precedentdevine:

1R

BD

U

US

= . (4.16)

Considernd c rezistena intern a sursei de alimentare esteneglijabil i c rezistena indicatorului de echilibru tinde ctre infinit,tensiunea UBD este dat de relaia:

( ) ( ).

4321

4231

43

4

21

1

4411

RRRR

RRRRU

RR

UR

RR

URRIRIUBD

++

=

+

+

== (4.17)

Sensibilitatea punii n raport cuR1 este:

S=( )

( )( )RRRRR

RRRRR

U

U

R

BD

43211

42311

1

++++=

. (4.18)

n general se accept c R1

7/31/2019 cap 4 doc

10/16

( ) F

A

A

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

S =+

+

++

+=

111

1

2

4

3

1

2

1

1

1

2

4

3

1

1

, (4.19)

undeF=A/(1 +A)2 se numete factorul punii.

Sensibilitatea maxim. Pentru o variaie R1 dat, sensibilitateamaxim a punii se obine atunci cnd factorul punii F are valoaremaxim. Aceast valoare se obine din anularea derivatei luiFn raport cu

A, adic:

4

1

4

110 ==== SFA

A

FMAXMAX . (4.20)

Prin urmare, sensibilitatea maxim a punii se obine n cazul ncare rezistenele de pe braele alturate diagonalei de msur sunt egaledou cte dou, adicR1 =R2 iR3 =R4. Altfel spus, sensibilitatea maximse obine n cazul n care indicatorul de echilibru este conectat la mijlocul

electric al celor dou brae alimentate la extremiti cu tensiuneaU.Puni cu mai multe domenii de msurare. Din analiza relaieiR3 =

R2R4/R1 = kR2 se observ c domeniul de msurare al punii este determinatn principal de factorul k = R4/R1. Modificnd n trepte acest factor,obinem tot attea domenii de msurare cte trepte de valori ale raportuluikse realizeaz. n figura 4.8 se prezint o punte cu 9 scri obinute princombinaiile de conexiuni ale rezistenelor de pe bratele 1 i 4.

n functie de modul n care se cupleaz rezistenele de pe braele li 4 rezult cele 9 domenii de msurare, caracterizate prin coeficientii kij,dup cum urmeaz:

.3,2,1;3,2,1;221

4 ==== jiRkRR

RR ji

i

j

x (4.21)

Prin alegerea corespunztoare a rezistenelor amplasate pe braele 1i 4 se pot realiza R4j/R1i cuprinse ntre 10-4 i 104 n 9 trepte care diferntre ele cu factorul 10. Astfel, dac Ro se adopt ca o rezisten dereferin iar celelalte rezistene de pe braele 1 i 4 au valorile:R11 = 10Ro,

R12 = 1Ro,R13 =Ro/10,R41 = 1000Ro,R42 =Ro iarR43 =Ro/1000 se obinurmtoarele valori ale lui kji: 10-4, 10-3, 10-2, 10-1, 10o, 101, 102, 103 i 104.

Dup echilibrare, rezistenaRx se determin dup rezistena braului

2 multiplicat cu factorul kjidependent de rezisteneleR1i iR4j conectate.O astfel de punte ofer posibilitatea alegerii unui domeniu de msurarepentru care sensibilitatea punii s fie maxim.

60

7/31/2019 cap 4 doc

11/16

Fig. 4.8. Puni de msurare cu mai multe domenii.

Puni cu reostate cu ploturi. Dac n locul reostatelor cu cursorcontinuu se monteaz o cutie cu rezistene decadale cu ploturi, se obine o

punte de msurare la care rezultatul msurrii (dup echilibrare) se obinesub form numeric, dup poziia butoanelor cutiei cu rezistene. Astfel,

cu o cutie avnd 6 rezistene decadale (cu cte 10 ploturi fiecare), de ladecada zecimilor de ohm pn la decada zecilor de mii de ohm, se obine oscar de valori ale rezistenei de la 0 la 106 cu trepte de 0,1.

4.2.3. Puni pentru msurri industrialeLegarea la punte a rezistoarelor de msurat. Dac msurarea

rezistenei se face n laborator, rezistorul a crei rezisten se msoar seleag la puntea de msurare, la bornele de intrare ale acesteia. Dac nsrezistorul este de tip traductor rezistiv montat ntr-o instalaie tehnologic

aflat la distan de zeci sau sute de metri de punte, se pune problemalurii n consideraie a rezistenei conductorilor de legtur.Ceea ce deranjeaz cel mai mult n cazul folosirii conductorilor de

legatur nu este att faptul c acetia adaug la rezistena de msuratpropria lor rezisten, ci mai ales faptul c aceti conductori suferinfluena factorilor de mediu n care sunt amplasai, n special influenatemperaturii care modific rezistena acestora i n acest fel modificrezultatul msurrii. Prin urmare, se pune problema eliminrii influeneivariaiei rezistenei conductorilor de legtur.

Legarea la punte cu trei conductori. Cea mai eficace metod de a

elimina influena variaiei rezistenei conductorilor de legtur este aceeade a lega traductorul rezistiv la punte cu trei conductori, aa cum se aratn figura 4.9.

Unul din conductori este montat pe braul 2 al punii, altul estemontat pe braul adiacent iar cel de al treilea conductor constituie

prelungirea pn la rezistorul Rx a diagonalei de alimentare a punii. nacest fel rezistenele conductorilor de pe braele adiacente au efecte egalei opuse i n consecin acestea se anihileaz, iar mrimea sau variaiarezistenei diagonalei de alimentare la punile echilibrate este neglijabilnu are influen asupra msurrii.

61

7/31/2019 cap 4 doc

12/16

Fig. 4.9. Legarea la punte cu 3 conductori.

ntruct etalonarea scalei punii se face avnd la baz o anumitvaloare a rezistenei braelor 2 i 3 iar lungimea conductorilor de legaturdifer de la o aplicaie la alta, este recomandabil ca la rezistenaconductorilor de legtur s se adauge o rezisten adiionalRa aleas n

funcie de rezistena conductorilor astfel nct rezistena total luat nseam la etalonarea punii s fieRE =Rx + Rc + Ra.

Puni cu echilibrare automat. Pentru msurarea continu a unorvariabile tehnologice cu ajutorul traductoarelor rezistive se folosesc punicu echilibrare automat. Acestea sunt n fond sisteme de reglare (urmrire)cu aciune dup abatere la care semnalul abaterii este tocmai semnalul UBDde pe diagonala de msur a punii. n figura 4.10 este prezentat schemasimplificat a unei astfel de puni.

Fig. 4.10. Punte cu echilibrare automat.

Diferena de potenial UBD de pe diagonala de msur estetransformat ntr-o tensiune alternativ, avnd faza determinat desemnul lui UBD. Aceast operaie are loc ntr-un modulator sensibil la faz,MSF, cuplat cu un amplificator de tensiune i putere sensibil la faz ASF,care n final furnizeaz un semnal menit ca prin intermediul unuiservomotor SMR s deplaseze cursorul reostatului de echilibrare n poziiacorespunztoare echilibrului, pentru careUBD = 0.

Dac puntea ar fi alimentat cu tensiune alternativ, modulatorul nuar fi necesar deoarece puntea furnizeaz tensiune UBD alternativ.

62

7/31/2019 cap 4 doc

13/16

Servomotorul reversibil, SMR, n cazul de fa, este alctuit dintr-un micromotor bifazat reversibil al crui sens de rotire este determinat defaza a semnalului amplificat i dintr-un lan cinematic de angrenaje ialte elemente necesare, LC, care efectueaz deplasarea cursorului, aindicatorului i a inscriptorului dispozitivului de nregistrare analogic amrimii msurate.

nfurarea de comand BC a SMR este alimentat de ASF iarcealalt nfurare Ba este alimentat de la reea prin intermediulcondensatorului C, care face ca fluxul electromagnetic creat de aceast

bobin s fie decalat cu 90o fa de fluxul creat de BC. ntruct cele doubobine ale statorului BC i Ba sunt decalate spaial cu 90o, n rotor ianatere un cmp magnetic nvrtitor, care dezvolt un cuplu ntr-un senssau altul n funcie de faza semnalului care alimenteaz bobina BC. DacUBD> 0 tensiunea de comand i tensiunea de alimentare sunt sinfazice iSMR se rotete ntr-un sens, iar dac UBD< 0, cele dou tensiuni sunt n

opoziie de faz i SMR se rotete n cellalt sens.Aparatul este prevzut i cu un dispozitiv de nregistrare automatconstnd din motorul de antrenare M, reductorul de turaie RT, rulourile

pentru nfurarea benzii de hrtie pe care se inscripioneaz evoluia ntimp a mrimii msurate i inscriptorul I.

4.2.4.Puni tensometriceTensometria este o metod de determinare experimental a

eforturilor la care este supus un corp solid pe baza msurrii deformaieielastice a acestuia, produse de fore externe, cunoscnd c ntre starea de

efort i deformaie exist o dependena exprimat de legea lui Hook.Deformaia este perceput / prelevat de unul sau mai muli senzori dedeformaie.

Cea mai uzual este tensometria rezistiv, cea care mijlocetedeterminarea deformaiei specifice pe baza msurrii variaiei rezisteneielectrice a unui traductor tensometric rezistiv, care se aplic pe corpulsupus unui efort care produce deformaia..

Traductoare tensometrice rezistive. Elementul primar caremijlocete transformarea deformaiei specifice 1/1 ntr-o variaie arezistenei relative R/R se numete senzor / traductor tensometric rezistiv.

Aceste traductoare sunt lipite cu ajutorul unor adezivi speciali pe suprafaapiesei de studiat astfel nct ele s sufere aceeai deformaie ca i piesa destudiat.

Pe baza msurrii variaiei rezistenei traductorului se poatedetermina deformaia suferit de acesta precum i efortul specific care a

produs deformaia respectiv, conform relaiilor:( ) ,;// ERRfll === (4.22)

unde = l/l este deformaia specific; este efortul specific; E estemodulul de elasticitate al corpului pe care se lipete senzorul / traductorul.

Cele mai uzuale sunt traductoarele tensometrice cu fire i cele cufolie metalic montate pe suport electroizolant. Ele se numesc mrci

63

7/31/2019 cap 4 doc

14/16

tensometrice, deoarece au dimensiuni relativ mici i se lipesc prin adezivispeciali pe suprafaa piesei de studiat. n figura 4.11 sunt prezentate ctevatipuri reprezentative de asemenea mrci.

Mrcile tensometrice se lipesc cu firele (foliile) n direcia efortuluii deformaiei de msurat. Dac aceast direcie nu este cunoscut serecurge la folosirea rozetelor tensometrice formate din trei mrci situate la45 sau 60o una fa de alta aa cum se vede n figura 4.11, c i d. Direciai deformaia specific se determin prin calcul pe baza variaieirezistenei celor trei mrci.

Cea mai important caracteristic a unui traductor tensometric estesensibilitatea acestuia, definit ca raportul dintre mrimea R/R imrimea 1/1 adic:

./

/

/

RR

ll

RRS

=

= (4.23)

Cunoscnd aceast mrime precum i mrimea R/R se deduce

deformaia specific din relaia:RR

S/

1= . (4.24)

Sensibilitatea mrcilor tensometrice se determin pe caleexperimental, iar pentru materiale uzuale precum manganina,constantanul, nichelul i cromul are valori cuprinse ntre 0,5 i 2,5.

Fig.4.11. Mrci i rozete tensometrice:a) i b) mrci tensometrice; c) i d) rozete tensometrice.

Montaje tensometrice. Determinarea deformaiilor i eforturilorprin metode tensometrice const n fond n determinarea rezisteneielectrice a unor traductoare tensometrice rezistive. Din nefericire, variaii

ale rezistenei electrice ale acestor traductoare pot fi provocate i devariaia temperaturii mediului ambiant. De aceea, pentru a elimina aceastinfluen asupra rezistenei traductorului, se recurge la msurarearezistenei cu puni electrice Wheastone.

Se stie c dac pe dou brae adiacente ale unei puni au loc variaiiegale ale rezistenei provocate de variaia temperaturii, diferena de

potenial pe diagonala de msur rmne nemodificat. De aceea, pentrumsurri se folosesc cel puin dou traductoare tensometrice, ambelesuferind aceeai influen a temperaturii.

n figura 4.12 a, se prezint o punte care are pe un bra o marcactiv a crei rezistena este R + R + RT i pe braul adiacent are o

64

7/31/2019 cap 4 doc

15/16

marc inactiv, de compensare, a crei rezistena esteR + RT, undeR esterezistena mrcii nesolicitate, R este variaia rezistenei datorit solicitriiiar RT este variaia rezistenei datorit influenei temperaturii. Acestmontaj se numete montaj n sfert de punte.

Fig. 4.12. Montarea mrcilor tensometrice n punte:a) montaj n sfert de punte; b) montaj n semipunte; c) montaj n punte complet.

Un montaj n semipunte este montajul din figura 4.12,b, unde omarc are variaie pozitiv a rezistenei cu solicitarea mecanic +R iarcealalt marc are o variaie negativ -R, ambele avnd aceeai influendin partea temperaturii RT. Acest montaj, pe lng c realizeazcompensarea influenei temperaturii, dubleaz sensibilitatea punii demsurare a rezistenei. Un astfel de montaj se adopt la msurareadeformaiilor de nconvoiere: o marc fiind supus la intindere iar cealaltla compresiune.

Montajul din figura 4.12, c, este un montaj n punte complet i secaracterizeaz prin cea mai mare sensibilitate. El necesit ns utilizarea a

patru mrci tensometrice: dou supuse la intindere iar celelalte dou - lacompresiune.Pentru msurarea deformaiei specifice, pe baza msurrii

diferenei de potenial generate de puntea Wheatstone se folosesc aparatedenumite puni tensometrice. Este vorba de puni de msurare de naltsensibilitate dotate cu elemente de adaptare, cu elemente de amplificare imodificare a sensibilitii, cu elemente de etalonare i echilibrare rezistivi capacitiv, cu elemente de afiare proprii .a.

n majoritatea cazurilor punile tensometrice sunt astfel conceputei realizate nct s poat fi folosite att la msurri statice ct i la

msurri dinamice. n cazul msurrilor statice rezultatul msurrii poatefi vizualizat prin mijloacele proprii ale punii pe cnd n cazul msurrilordinamice puntea furnizeaz un semnal de ieire pe impedana mare pentrua fi nregistrat de ctre un nregistrator rapid, de obicei - un oscilografelectromecanic.

Punile tensometrice pot funciona ca puni neechilibrate i/sau capuni echilibrate, cele mai uzuale fiind ns cele echilibrate. Cu acestea sepot face att msurari statice ct i msurri dinamice.

SUBIECTE DE CONTROL

65

7/31/2019 cap 4 doc

16/16

Pe ce principiu funcioneaz compensatoarele?

Comentai schema Poggendorf cu etalonare prin substituie itarare.

Comentai schema unui compensator cu echilibrare automat detip integrator.

Precizai ce mrimi se pot msura cu ajutorul punilor.

Prezentai relaia dintre mrimile unei puni echilibrate.

Comentai schema unei puni Wheastone cu echilibrare automat.

Prezentai particularitile punilor pentru msurri tensometrice.

TEST DE AUTOEVALUARE

4.1. Prezentai i comentai schema compensatorului

Poggendorf.

4.2. Care este principiul de funcionare al compensatorului cu

echilibrare automat?

4.3. Pe ce principiu funcioneaz punile de msurare?

4.4. Prezentai schema unei puni Wheastone alimentat n c.c.

4.5. Indicai cum se leag traductoarele rezistive la puni de

msurare.

4.6. Care sunt mrimile de intrare i de ieire ale punii

automate?

4.7. Definii sensibilitatea punilor de msurare.

4.8. Ce lege st la baza msurrii eforturilor la care este supus uncorp solid?

4.9. Care este cea mai important caracteristic a unui traductor

tensometric?

4.10. Care sunt variantele de montare a mrcilor tensometrice n

puntea de msurare?

66