Măsurări electrice și electronice

LUCRAREA NR. 1

MASURARI DE REZISTENTE CU PUNTEA WHEATSTONE

Principiul lucrarii:

Puntea Wheatstone este un montaj electric care permite masurarea cu precizie a rezistentelor prin metode de comparatie cu rezistente etalon.

O punte Wheatstone consta, în esenta, dintr-o retea electrica completa, pur rezistivâ, alcatiuta din patru laturi si patru noduri, alimentata în curent continuu. Plasând rezistenta de masurat într-una din laturi, iar în celelalte trei/ezistente de comparatie cunoscute, tensiunea între doua noduri neadiacente unei aceleiasi kîuri depinde de rezistentele retelei si poate fi utilizata pentru determinarea rezistentei necunoscute.

Fig. 1 - Schema de principiu a puntii Wheatstone

Schema de principiu a puntii Wheatstone este prezentata în Fig. 1, în care:

a, b - rezistente de precizie ridicata care pot fi modificate în trepte zecimale; la uncie punti montate (asamblate) se modifica direct (in trepte zecimale) raponul a/b;

R - rezistenta de precizie ridicata din care se asigura echilibrarea puntii, alcatuita din înscrierea mai multor rezistente deeadice variabile, cu treapta minima de variatie 0,010-1 Q;

X - rezistenta de masurat;

DN - detector de nul(galvanomctru);

E - sursa de alimentare cu tensiune continua;

Rh - reostat dereglaj.

Se pot pune în evidenta, pe structura din Fig 1, doua diagonale cu roluri functionale diferite:

AB - diagonala de alimentare, în care este plasata sursa de tensiune continua;

CD - diagonala de masurare, in care se afla conectat aparatul de masurat (galvanometrul), care indica tensiunea UCD, între nodurile C si D (respectiv curentul Ig generat de aceasta).

Pentru protectia galvanometralui, în serie cu acesta se prevede rezistenta Rp, care poate fi scoasa din circuit prin apasarea butonului cu revenire BR.

Puntea Wheatstone poate lucra In regim echilibrat sau dezechilibrat; echilibrarea se poate realiza manual (de catre operator) sau automat - prin reactie -pe baza informatiei furnizate de valoarea tensiunii de dezechilibru UCD în cadrul lucrarii se va studia puntea Wheatstone lucrând în regim echilibrat, cu echilibrare manuala:

1.1. Functionarea puntii Wheatstone în regim echilibrat

Pentru anumite valori ale rezistentelor din laturile (bratele) puntii, tensiunea UCD, si respectiv, curentul Ig se anuleaza. Aceasta situatie corespunde regimului echilibrat al puntii si prezinta avantajul ca permite determinarea valorii rezistentei de masurat X numai în functie de valorile rezistentelor a, b si R din celelalte laturi, fara a depinde de elementele digonalei de alimentare si diagonalei de masurare. Într-adevar, pentru Ig=0, trbuie îndeplinite conditiile:

aI1 = bl (1)

XI1=RI2 (2)

de unde rezulta:

X=a/b*R (3)

Masurarea rezistentelor cu puntea Wheatstone îh regim echilibrat consta deci,, în modificarea valorilor rezistentelor de comparatie a, b, R pâna ce se obtine indicatia Ig = 0 la aparatul de masurat. Asadar masurarea se face printr-o metoda de zero, deci aparatul de masurat trebuie sa fie un detector de nul (aparat demare sensibilitate care nu necesita o scara gradata extinsa, el fiind utilizat numai pentru a sesiza anularea curentului prin diagonala de masurare).

Datorita simplitatii relatiei (2) de determinare a rezistentei X, cat si a preciziei ridicate de masurare (dependenta fn exclusivitate de precizia rezistentelor de comparatie), puntea Wheatstone în regim echilibrat reprezinta unul din cele mai utilizate mijloace de masurare a rezistentelor.

În cazurile în care rezistentele din laturile puntii nu satisfac relatia (2), deci tensiunea UCD`0, puntea Wheatstone se afla în regim dezechilibrat. Curentul prin diagonala de masurare Ig este dat de relatia (3), dedusa prin aplicarea legilor Kirchhoff:

în care:

Rs - rezistenta diagonalei de alimentare;

Rb - rezistenta diagonalei de masurare.

Se poate constata ca în regim dezechilibrat rezistentele a, b, R, RD, Rs, precum si tensiunea E fiind fixate, lg depinde numai de rezistenta X si printr-o adecvata a scarii aparatului de masurat (care numai este detector de nul), se poate citi direct valoarea rezistentei de masurat

Este evident ca la efectuarea masurarilor în regim dezechilibrat, precizia este mai redusa, intervenind in plus erorile introduse de aparatul de masurat, de rezistentele celor doua diagonale si de variatiile tensiunii sursei de alimentare.

Relatia (3) permite efectuarea unei analize pe baza careia sa se poata deduce atât modalitatile de echilibrare sistematica a puntii, cât si de exprimare a indicatorilordc calitate ai masurarilor cu puntea Wheatstone.

Se remarca usor câ punând în relatia (3) conditia Ig=0 se obtine imediat relatia (2).

Domeniul de masurare; conform relatiei (2), limitele superioara si inferioara ale rezistentelor ce pot fi masurate cu puntile Wheatstone uzuale se pot determina, teoretic cu relatiile:

Domeniul practic de masurare cu aceste punti este însa mai restrâns, îndeosebi în ceea ce priveste limita inferioara care nu poate fi mai mica de 1© (întrucât rezistentele de contact si cele ale firelor de legatura devin comparabile cu rezistenta de masurat); pentru X>106© sensibilitatea puntii scade considerabil. Rezulta câ, pentru asigurarea calitatii masurarii, domeniul practic de utilizare a puntii Wheatstone este 1©dXd105© .

11. Chestiuni de studiat;

2.1.Se vor masura rezistentele etalon de 10©, 100©, 1000© si 10000© pe diverse rapoarte a/b, stabi!indu-sc raportul cel mai convenabil pentru fiecare din valorile mentionate.

2.2.Se vor efectua masurari asupra unui set de 5 rezistente industriale de valoare necunoscuta.

2.3.Pentru un lot de 5 rezistente industriale de valoare cunoscuta se va verifica incadrarca în clasele de tolerante standardizate.

2.4.Se vor masura rezistentele interne ale unui muitimetru (pozitionat pe V c.c.) pe toate scarile acestuia si se vor compara cu valorile înscrise pe scala.

III. Schemele de montaj si modul de lucru:

NOTA: În continuare se descriu schemele de montaj si modul de lucru bazate pe utilizarea puntii Wheatstone tip RWh 2.1a (INMB); pentru alte tipuri de punti montajele si operatiile de efectuat sunt similare, deosebirile fiind sesizate la performantele acestora si amplasarea diferita a elementelor de reglaj.

Pentru toate punctele prevazute la chestiuni de studiat se executa montajul din Fig.2.

în care:

SA- sursa de c.c. externa de alimentare a puntii Wheatstone fixata initial, înainte de conectarea la bornele B, pe baza indicatiei volumului V sau a elementelor sale de reglaj, la valoarea de 6 V;

DN - detector de nul (galvanometru) cu sensibilitatea de curent S1e106 pentru asigurarea unui