Lucrări de laborator

Măsurarea directă a tensiunii şi a intensităţii curentului electric într-un circuit de curent continuu

1. Scopul lucrării

Măsurarea directă a tensiunii electrice U şi intensităţii curentului electric de conducţie I într-un circuit de curent continuu.

Punerea în evidenţă a erorilor datorate impreciziei aparatelor de măsurat şi a alegerii corecte sau incorecte a domeniului de măsurare.

2. Baze teoretice

Măsurarea unei mărimi fizice este operaţia de alocare a unui număr real A, valorii respectivei mărimi M, care arată de câte ori mărimea respectivă este mai mare decât valoarea etalon U, numită unitate de măsură:

M = A•U .

Din punctul de vedere al măsurării, mărimile fizice se împart în mărimi măsurabile (care acceptă o astfel de corespondenţă biunivocă între valorile mărimii şi mulţimea numerelor reale) şi mărimi nemăsurabile (care nu acceptă o astfel de corespondenţă). Electrotehnica lucrează numai cu mărimi măsurabile.

Mărimile fizice pentru care există un instrument de măsurare care să indice direct valoarea mărimii măsurate (în sensul indicat mai sus) se numesc mărimi măsurabile direct; celelalte mărimi, a căror valoare se determină prin efectuarea unor operaţiuni aritmetice asupra altor mărimi se numesc mărimi măsurabile indirect.

În circuitele electrice, mărimile măsurabile direct sunt tensiunea electrică (sau diferenţa de potenţial electric) şi intensitatea curentului electric de conducţie.

Măsurarea directă a tensiunii electrice şi a intensităţii curentului se face cu ajutorul instrumentelor de măsurare specializate: voltmetrul, respectiv ampermetrul.

Voltmetru măsoară diferenţa de potenţial electric (tensiunea electrică), în volţi V, între două puncte ale unei reţele electrice şi se conectează în paralel. Legarea în paralel a voltmetrului este sugerată de faptul că diferenţa dintre potenţialele celor două puncte între care se măsoară tensiunea, deci între cele două sonde ale voltmetrului care vor „palpa” cele două puncte, este independentă de restul circuitului electric existent între cele două puncte.

Ampermetrul măsoară intensitatea curentului electric de conducţie printr-o latură a unui circuit electric, în amperi A, şi se conectează în serie. Legarea în serie a ampermetrului ne este sugerată de faptul că intensitatea curentului electric este, prin definiţie, o măsură a fluxului purtătorilor de sarcină electrică printr-un conductor sau element de circuit şi, pentru a măsura un flux, aparatul de măsură trebuie interpus pe calea acestui flux.

Aparatele de măsurare, în majoritatea cazurilor, sunt multimetre, capabile să măsoare atât tensiuni, cât şi curenţi electrici, pe diferite domenii, de la cele mai mici, până la cele semnificativ de mari. Selecţia naturii aparatului (voltmetru/ampermetru), precum şi al domeniului de măsurare se face printr-o cheie multipoziţională. Aparatele de măsurare pot fi analogice sau digitale (numerice). Cele digitale afişează direct, pe un ecran cu cristale lichide, valoarea mărimii fizice în cifre. Pentru cele analogice, cadranul fiind gradat în diviziuni, care pentru fiecare domeniu de măsură ales reprezintă alte valori ale mărimii fizice măsurate, se defineşte constanta aparatului de măsură k, pe domeniul ales, prin raportul dintre capătul de scală al domeniului şi numărul total de diviziuni de pe cadranul de citire. Pentru a determina valoarea mărimii fizice se va înmulţi numărul de diviziuni în dreptul căruia se opreşte acul de citire cu această constantă. În laborator cele mai utilizate vor fi aparatele analogice.

Măsurarea directă a oricărei mărimi fizice este afectată de erori accidentale sau aleatoare, datorate impreciziei aparatelor de măsurare.

Rezultatul Vm obţinut în urma unei măsurări a unei mărimi fizice diferă întotdeauna de valoarea adevărată V a respectivei mărimi. Orice măsurare este afectată de o eroare.

Eroarea absolută V este diferenţa între valoarea măsurată şi valoarea exactă a mărimii fizice:

V = ׀Vm – V׀ (1.1)

şi are aceeaşi unitate de măsură ca şi mărimea măsurată.

Eroarea relativă  este o mărime care exprimă în procente, %, precizia unei măsurări.

Teoretic: (1.2)

şi practic: . (1.3)

Erorile introduse de aparatele de măsurare pot fi evaluate prin clasa de precizie c a aparatului. Clasa de precizie este indicată printr-un număr pe cadranul aparatului, de exemplu c = 0,5.