Măsurări Electrice

1.1. IMPORTANŢA MĂSURĂRILOR PENTRU ŞTIINŢĂ ŞI TEHNICĂ

Baza oricărei inginerii este proiectarea, iar proiectarea se sprijină pe date concrete obţinute prin operaţii de măsurare. În majoritatea activităţilor desfăşurate la bordul navelor, informaţiile necesare bunei desfăşurări a unui voiaj sunt obţinute, în principal, prin măsurări. Recent introdusă ca disciplină aparte, de sine stătătoare, Metrologia („metron” - măsură, „logos” - ştiinţă), ştiinţa măsurărilor, are ca obiect determinarea valorică a mărimilor fizice.

În acest sens, la finele secolului al XIX-lea, W.Thomson arăta că: „.....istoria fizicii este, în esenţă, istoria evoluţiei mijloacelor de măsură, deoarece un fenomen fizic nu poate fi înţeles şi utilizat în practică până când nu este măsurat”, „.....fizica este ştiinţa care măsoară realitatea”.

În prezent, trăim într-o lume a măsurărilor şi în niciun domeniu al activităţilor umane (ştiinţă, cercetare, producţie) nu se poate progresa fără operaţii de măsurare. Dintre ştiinţele tehnice, electrotehnica şi electronica sunt cele mai dependente de tehnica măsurărilor. În acelaşi timp, evoluţia remarcabilă a aparatelor de măsură electronice se datorează progreselor realizate în domeniul dispozitivelor şi circuitelor electronice, a tehnicilor numerice de condiţionare şi prelucrare a semnalelor. Aparatele de măsură electronice s-au răspândit atât de mult în toate sferele de activitate (inclusiv activitatea desfăşurată la bordul navelor) încât azi nu este posibil ca cineva să pretindă că are o cultură tehnică generală fără a cunoaşte, cât de cât, instrumentaţia electrică şi electronică de bază. În acest context, afirmaţia lui G. Keinath (specialistul care a dominat scena metrologică electrică în prima jumătate a secolului XX) „măsurăm mai mult, ştim mai mult” pledează convingător în această direcţie.

Referitor la domeniul naval, metrologia se aplică la întregul ansamblu de fenomene, care constituie obiectul activităţii la bordul navelor, cu observaţia că punctul de vedere din care le cercetează îi este propriu: măsurarea şi compararea de mărimi (efective şi prescrise). Istoria evoluţiei tehnicii la bordul navelor demonstrează că fiecare nivel nou de precizie atins în măsurări şi fiecare metodă nouă de măsurare deschid noi şi imediate posibilităţi şi perspective orientate în scopuri practice.

1.2. ELABORAREA UNEI MĂSURĂRI

Noţiunii de „măsurare” i se pot atribui mai multe definiţii:

- Măsurarea este operaţia experimentală prin care se determină, cu ajutorul unor mijloace de măsurat, valoarea numerică a unei mărimi în raport cu o unitate de măsură dată;

- Măsurarea este operaţia prin care se stabileşte, pe cale experimentală, raportul numeric între mărimea de măsurat şi o mărime de aceeaşi natură, cu o valoare oarecare, aleasă sau calculată convenţional ca unitate de măsură.

O definiţie des citată are următorul enunţ: „proces de cunoaştere care constă în compararea mărimii de măsurat cu o valoare a ei adoptată ca unitate de măsură, prin intermediul unei experienţe fizice”.

Destinatarul procesului de măsurare efectuat la bordul navei, cel care recepţionează informaţia referitoare la valoarea mărimii măsurate, este fie operatorul metrologic uman (ofiţerul de cart), care poate lua decizii privind modul de intervenţie asupra fenomenului implicat şi poate executa anumite manevre în acest sens, fie operatorul metrologic automat (regulatorul în sistem de reglare sau calculatorul într-un sistem complex de automatizare), care interpretează valorile măsurate, prin comparaţie cu valorile impuse după anumite convenţii, şi comandă diverse elemente de execuţie în sensul modificării fenomenului supervizat.

În cazul operatorului metrologic uman, cel mai solicitat simţ al acestuia este văzul (în activităţile curente de la bordul navei, peste 90% din totalul informaţiilor referitoare la funcţionarea tuturor instalaţiilor de bord, sunt recepţionate de ofiţerul de cart pe cale vizuală, din care 70% sunt informaţii obţinute prin măsurători).

Mesajul senzorial, cel mai adecvat pentru operatorul metrologic uman, îl reprezintă deplasarea acului indicator al unui aparat de măsură în faţa unei scări gradate sau afişarea numerică a rezultatului măsurării pe un panou (display).

- Există un prag minim de sensibilitate sub care două stări vecine nu mai pot fi deosebite una de alta, prag care defineşte „rezoluţia” operatorului.

-Acuitatea vizuală se îmbunătăţeşte prin antrenament şi scade rapid la creşterea gradului de oboseală.

Folosind drept criterii de clasificare principiile care stau la baza diverselor metode, se pot stabili următoarele categorii de operaţii de măsurare:

1. după forma sub care se prezintă rezultatul măsurării deosebim:

- măsurări analogice;

- măsurări numerice.

2. după modul în care se efectuează operaţia de comparaţie şi se obţine valoarea mărimii măsurate se disting:

- măsurări directe;

- măsurări indirecte.

3. după regimul de variaţie al mărimii de măsurat deosebim:

- măsurări statice;

- măsurări dinamice;

- măsurări statistice.

4. după precizie şi domeniul în care se efectuează, se împart în:

- măsurări de laborator;

- măsurări industriale: - măsurări de încercare (teste);

- măsurări de întreţinere (mentenanţă).

În cele ce urmează se va face o succintă prezentare a principiilor pe care se bazează operaţiile de măsurare enumerate mai sus.

1.2.1 Măsurările analogice au fost primele operaţii de măsurare efectuate de către om şi continuă să deţină o pondere importantă în activitatea sa şi în prezent. Ele se caracterizează prin aceea că relaţia de dependenţă între mărimea fizică X, aplicată la intrarea aparatului de măsurat sau a traductorului considerat, şi mărimea obţinută la ieşire Y (mărimea perceptibilă sau semnalul unificat) se poate exprima printr-o lege Y = f(X), unde funcţia este continuă liniară sau neliniară. Reprezentarea grafică a unei relaţii de dependenţă specifică măsurărilor analogice este dată în figura 1.1.

Fig. 1.1. - Reprezentarea grafică a unei relaţii de dependenţă Y = f(X)

specifică măsurărilor analogice