Măsurări Electrice și Electronice

Cap 1. CONSIDERAŢII GENERALE. OBIECTUL CURSULUI

Atât schimburile de energie cât şi schimburile de informaţie se fac cel mai frecvent pe suportul mărimilor electromagnetice, a căror măsurare precisă condiţionează desfăşurarea normală a proceselor implicate.

-Se poate afirma, fără exagerare, că amploarea măsurărilor electrice şi electronice este astăzi comparabilă cu aceea a măsurării tuturor celorlalte mărimi fizice la un loc. Odată cu extinderea măsurărilor electrice a crescut şi precizia acestor, ajungându-se la o precizie de 10-6, performanţe care mai demult aparţineau numai etaloanelor.

-O altă tendinţă a progresului măsurărilor electrice este lărgirea intervalului de măsurare, în special către valori mici şi foarte mici ale tensiunii şi curentului.

-Măsurările electrice în ştiinţa şi tehnologia contemporană sunt caracterizate prin precizie, sensibilitate, necesitatea de a se efectua măsurători rapide, repetate în puncte multiple şi în general măsurări în care factorul timp intervine tot timpul. Măsurările electrice reprezintă domeniul în care precizia, pragul de sensibilitate şi viteza de măsurare ajung cel mai aproape de limitele teoretice.

-Măsurările pot fi clasificate după mai multe criterii. Actualmente este predominantă clasificarea după natura mărimii măsurate. În acest sens prin măsurări electrice se înţelege măsurarea mărimilor electromagnetice, prin orice mijloace: electromecanice, electrotermice, electrooptice etc. Desigur, separarea mărimilor electromagnetice în mărimi electrice şi în mărimi magnetice este în bună parte arbitrară. O împărţire mult mai avantajoasă pentru măsurări ar fi aceea în mărimi de circuit, mărimi de câmp şi mărimi de material.

Unii autori clasifică mărimile din punct de vedere al măsurărilor în:

- mărimi de gradul zero (rezistenţă, inductanţă, impedanţă etc.);

- mărimi de gradul unu (tensiune, curent);

- Mărimi de gradul doi (putere, energie etc.).

-O altă observaţie esenţială este aceea că în cadrul măsurărilor electrice, măsurarea mărimilor de circuit este esenţială. Măsurarea mărimilor de câmp şi a mărimilor de material prezintă numeroase particularităţi şi acestea dependent de domeniile de aplicaţie concrete. Se evită prezentarea în cadrul cursului a unor măsurări particulare, care fac obiectul de activitate al unor discipline specifice; descărcări în gaze, tehnica tensiunilor înalte etc.

Ca şi în alte domenii şi în cel al măsurătorilor electrice se distinge alternanţa: metodă – aparat (de măsurare) sau cum se foloseşte azi în unanimitate soft – hard. În aceste condiţii se poate afirma că:

• Soft → reprezintă ansamblul metodelor, tehnicilor şi procedeelor de măsurare, corecta alegere şi utilizare a aparaturii, evaluarea erorilor de măsurare etc.;

• Hard → reprezintă ansamblul mijloacelor de măsurare, a aparatelor şi circuitelor componente, tehnologia şi construcţia aparaturii de măsurat etc.

Dezvoltarea lor este în general paralelă. În ultimul timp însă, odată cu creşterea performanţelor şi complexităţii aparatelor, se acordă o atenţie sporită softului.

Ce înseamnă de fapt a măsura, adică a efectua o măsurătoare? A măsura corect înseamnă în principal a realiza judicios sinteza şi analiza procesului de măsurare, adică a alege aparatele corespunzătoare şi a fixa condiţiile elaborând cea mai potrivită metodă.

Esenţial într-o măsurătoare, în conceperea acesteia este mărimea ce urmează să fie măsurată, de la aceasta se porneşte şi apoi urmează metoda de măsurare şi în fine se aleg aparatele de măsurare.

-Un aspect urmărit în procesul de măsurare, aspect care condiţionează de fapt corectitudinea operaţiei este reducerea erorilor de măsurare.

Evident aceste erori pot proveni nu numai de la aparatul de măsurat ci şi de la obiectul supus măsurării, de la interacţiunea aparat – obiect sau ca urmare a unor factori de influenţă exteriori.

În cadrul prezentului curs, centrul de greutate va fi pus de partea de soft , adică pe aceea a descrierii metodelor de măsurare. Aparatul va fi privit numai ca un mijloc necesar realizării procesului de măsurare.

Această orientare a fost determinată şi de faptul că metoda de măsurare reprezintă în esenţă elementul cel mai stabil, în comparaţie cu aparatul de măsurat, care este supus unor schimbări mult mai rapide.

-Referitor la aparatele de măsurare, trebuie menţionat că instalaţiile şi sistemele de măsurare sunt foarte variate şi ele sunt adaptate unor scopuri particulare , astfel că prezentarea lor depăşeşte cadrul cursului.

Pentru descrierea unui aparat de măsurat, acesta este prezentat ca un ansamblu funcţional de circuite. Unele circuite sunt presupuse cunoscute, ca de exemplu: amplificatoarele, detectoare, divizoare rezistive sau capacitive şi altele. Toate acestea apar în schema funcţională a aparatului ca simple dreptunghiuri, triunghiuri sau cercuri cu indicarea funcţiunii respective. Altele însă, specifice, sunt descompuse până la nivelul de componente, pentru ca funcţionarea lor să fie explicată.

Cap 2. MĂSURĂRI ELECTRICE. METODE ŞI MIJLOACE DE MĂSURARE

2.1. Măsurări. În electrotehnică şi electronică intervin numeroase mărimi fizice: tensiuni, curenţi, puteri, energii, rezistenţe etc., care se caracterizează prin dimensiuni fizice şi anumite raporturi între ele. Aprecierea cantitativă a proprietăţilor acestor mărimi se realizează prin măsurare.

A măsura o mărime înseamnă a o compara cu o altă mărime, de aceeaşi natură, luată convenţional ca unitate de comparaţie şi denumită unitate de măsură. Raportul dintre mărimea de măsurat A şi unitatea de măsură a reprezintă valoarea numerică a mărimii α, adică:

, (2.1)

sau

. (2.2)

Deci mărimea este egală cu produsul dintre unitatea de măsură şi valoarea sa.

Mărimea şi unitatea sunt noţiuni fizice pe când valoarea, fiind un raport dintre două mărimi de acelaşi fel, este un simplu număr fără dimensiuni. Dacă între unităţile de măsură există relaţia R, atunci între mărimile exprimate în unităţi de măsură există relaţia R-1.

Exemplu: un curent de 5A poate fi exprimat şi în mA, adică 5000mA, . Valoarea curentului exprimată în amperi este de 10-3 mai mică decât valoarea exprimată în mA adică .

Pentru a măsura o mărime trebuie să fie stabilită unitatea de măsură a acelei mărimi şi sa existe mijloace de măsurare, care să prezinte compararea mărimii cu unitatea ei, prin anumite metode de măsurare.

2.2. Unitatea de măsură. Unitatea de măsură trebuie să fie de aceeaşi natură cu mărimea de măsurat şi să poate fi reprodusă fizic, pentru a se putea compara cu ea mărimile de măsurat. Dimensiunea unităţii poate fi aleasă oarecare dar, odată acceptată ea trebuie să rămână neschimbată.

Totalitatea unităţilor de măsură folosite într-un domeniu oarecare de măsurare se numeşte sistem de unităţi. Unităţile de măsură se stabilesc în fiecare ţară prin legi speciale, iar generalizarea lor pe scară mondială se asigură prin acorduri internaţionale.

Sistemul de unităţi de măsură legal şi obligatoriu în România este Sistemul Interanţional (SI), adoptat în anul 1960 la cea de-a XI-a Conferinţă Generală de Măsură şi Greutăţi de la Paris. Unităţile fundamentale ale acestui sistem sunt: metrul (m) pentru lungime, kilogramul (kg) pentru masă, secunda (s) pentru timp şi amperul (A) pentru intensitatea curentului electric. De aceea, SI se mai notează şi cu MKSA. Mărimile considerate sunt fundamentale. Din unităţile fundamentale rezultă unităţi derivate.