Voltmetru

1. Caractere generale ale voltmetrelor

Voltmetrele sunt aparate destinate masurarii tensiunii electrice.Tensiunea aplicata la bornele unui voltmetru va da nastere unui curent electric,current ce va strabate echipamentul mobil al dispozitivului de masurare(comform legii lui Ohm).Cum rezistenta bobinei aparatului de masurat(voltmetru)este constanta,putem concluziona ca intensitatea curentului care stranate voltmetrul depinde numai de tensiune: I=f(U).

Ca atare curentul electric care trece prin voltmetru provoaca deplasarea echipamentului mobil cu un unghi α.In concluzie,pentru fiecare valoare a tensiunii aplicata pe bornele voltmetrului avem o valoare bine definite a curentului,respective a unghiului de deviatie α. Rezistenta interioara a voltmetrului (Rv>>R) trebuie sa fie mai mare decat rezistenta receptorului,respective a generatorului de energie.

Voltmetrele pot fi utilizate fie ca microvoltmetru,fie ca milivoltmetru,fie ca voltmetru respective kilovoltmetru(fig.1.0).

Fig. 1.0

2. . Structura generală a unui voltmetru numeric

Afişarea numerică a tensiunii măsurate rezolvă problema erorilor de citire, dar implică o conversie analog-numerică. Deşi mărimea care se pretează cel mai bine conversiei analog-numerice este tensiunea continuă, prin conversia corespunzătoare la intrarea, aparatele digitale au devenit aproape universale putând măsura tensiuni şi curenţi în curent continuu, tensiuni şi curenţi în curent alternativ, frecvenţă şi impedanţe, etc.).

Un avantaj al aparatelor numerice este acela că pentru manevrarea lor nu este necesară o specializare a personalului, ele având un mod de utilizare simplu şi o capacitate de supraîncărcare de până la 100% din valoarea afişată. Schema generala a unui voltmetru digital este prezentată în figura 1.1

Blocul de intrare cuprinde amplificatoare şi divizoare de tensiune, eventual unbloc de selecţie automată a domeniului, filtre şi eventual convertoare intermediare de

de intrare, atunci când nu se măsoară în c.c. Gamele de măsurare sunt în general în raport 1/10/100/1000 etc.

Gama de bază a voltmetrului este de 0-1V sau 0-10V; pentru gama de bază amplificatorul din blocul de intrare are factorul de amplificare 1, iar impedanţa de intrare este cea mai mare (de ordinul G ) având precizia de funcţionare cea mai ridicată. Pentru domenii mai mici amplificarea este supraunitară, iar pentru domenii mai mari se utilizează divizoare de tensiune care determină scăderea impedanţei de intrare. Blocul de intrare furnizează la ieşire o tensiune continuă proporţională cu mărimea de măsurat.Clasificarea convertoarelor determină şi clasificarea voltmetrelor numerice. Cel mai general criteriu este: voltmetre integratoare şi voltmetre neintegratoare.

Voltmetrele neintegratoare eşantionează tensiunile de măsurat şi furnizează valoarea instantanee în momentul eşantionării, are viteza de lucru foarte mare, dar are nevoie de filtrare tensiunii măsurate ceea ce reduce de fapt viteza de măsurare (datorită constantei de timp a filtrului).

Voltmetrele integratoare, care măsoară valoarea medie pe un interval de timp a tensiunii de intrare, intervalul de timp fiind de 20ms sau multiplu de 20ms pentru rejecţia perturbaţiei pentru 50Hz. Timpul de măsurare creşte (se pot realiza maxim 10 măsurări pe secundă), dar prezintă avantajul rejecţiei perturbaţiilor de 50Hz fără a fi necesare filtre suplimentare.

Numărătorul numără impulsurile primite de la convertor. La ieşire este generată valoarea numerică a tensiunii măsurate realizându-se şi conversia de cod necesara.

Conversia analog-numerică a unei tensiuni (sau în caz general a oricărei mărimi) constă în determinarea unui număr D, care să reprezinte valoarea numerică a mărimii, număr obţinut printr-un procedeu de comparaţie, conform relaţiei:

Ux=DUr

unde D1, iar ur este mărimea de referinţă cunoscută cu mare precizie. Numărul D poate fi reprezentat în orice cod (zecimal, hexazecimal, binar), dar majoritatea convertoarelor folosesc codificarea binară, datorită utilizării elementelor binare şi a compatibilităţii cu calculatoarele numerice. În acest caz D va avea semnificaţia:

D=

unde ai poate lua valoarea 0 sau 1, iar valoarea maximă a lui D se obţine pentru ai=1 pentru orice i şi anume:

D=

şi deci valoarea maximă care poate fi măsurată (care determina domeniul de bază) este:

Umax=(1-2-n)Ur

Două valori consecutive ale lui Ux diferă prin:

q=2-nUr

q numindu-se cuanta procesului de discretizare şi reprezentând eroarea absolută cu care este valabilă relaţia ux=DUr.