Masurarea curentilor
Ampermetre analogice
Īn general pentru masurarea curentului electric este necesara īntreruperea circuitului si introducerea unui ampermetru A, de rezistenta rA, īn circuitul parcurs de curentul de masurat. Īnainte de introducerea ampermetrului īn circuit, curentul electric are valoarea I si se numeste valoarea adevarata a curentului de masurat:
unde UAB este tensiunea la bornele AB iar RC este rezistenta circuitului parcurs de curentul I.
UAB
figura 1. Influenta consumului ampermetrului
īn circuitul de masurare
Ca urmare a introducerii ampermetrului īn circuit, curentul masurat Im, mai mic decāt I, va avea valoarea:
,
unde rA este rezistenta interna a ampermetrului.
Eroarea relativa ce apare ca urmare a introducerii ampermetrului īn circuit este:
Pentru ca aceasta eroare sa fie cāt mai mica trebuie ca rezistenta ampermetrului sa fie cāt mai mica fata de rezistenta circuitului.
Ampermetre magnetoelectrice
Ampermetre magnetoelectrice sunt alcatuite dintr-un miliampermetru conectat la bornele unui sunt.
Ampermetre magnetoelectrice se construiesc cu sunturi interioare pentru domenii cuprinse īntre 0,1 si 100 A si cu sunturi exterioare pentru curenti de pāna la 10 kA.
unde I este curentul de
masurat, I0 este curentul prin ampermetru, r0 este rezistenta
interna a ampermetrului iar RS este rezistenta
suntului.
Daca ampermetrul trebuie sa masoare un curent I, de n ori mai mare ca domeniul de masura al acestuia I0, (I = nI0), rezistenta suntului se calculeaza cu relatia:
Schema electrica a unui sunt multiplu este prezentata in figura 2.
Figura 2. Schema electrica a unui sunt multiplu
Īn cazul īn care gama de masurare este setata pe domeniul k, curentul Ik functie de rezistentele sunturilor va fi:
rezulta ca:
Rezistenta RT este realizata īn general din manganina si serveste la compensarea erorilor de temperatura. Astfel rezistenta totala Ra + RT variaza mai putin cu temperatura (RT = 1 ... 5 Ra, manganina).
Ampermetre feroelectrice
Ampermetrele feromagnetice sunt aparate de masura analogice folosite pentru masurarea curentului alternativ de frecventa industriala
Dispozitivul feroelectric este format dintr-o bobina fixa parcursa de curentul de masurat de forma cilindrica īn interiorul careia se afla doua piese confectionate din material feromagnetic, dintre care una este fixata īn interiorul carcasei bobinei iar cealalta este mobila fiind prinsa pe axul dispozitivului indicator. Cuplul activ este creat de fortele de respingere ce apar intre cele doua piese feromagnetice polarizate īn acelasi sens.
Expresia energiei magnetice care actioneaza asupra sistemului este:
unde Wmag este energia instantanee a cāmpului magnetic al bobinei, i curentul ce trece prin bobina iar L este inductanta bobinei. Cuplul activ mediu ce actioneaza asupra sistemului va fi data de derivata energiei magnetice functie de unghiul de deviatie:
unde I este valoarea efectiva a curentului alternativ, L depinde de pozitia pieselor feromagnetice īn interiorul bobinei, deci de unghiul de deviatie.
Cuplul rezistiv este proportional cu unghiul de deviatie:
Astfel ca deviatia acului indicator este data de relatia:
Deoarece inductanta bobinelor este proportionala cu patratul numarului de spire N, L = L0N2, deci deviatia poate fi exprimata sub forma:
Deviatia maxima αmax depinde de amperspirele nominale (NI)nom
Ampermetrele feromagnetice se realizeaza prin dimensionarea corespunzatoare a bobinei parcurse de curentul de masurat. La ampermetrele cu un singur domeniu de masurare, odata cu crestere curentului nominal se micsoreaza numarul de spire al bobinei, ajungāndu-se pentru curenti de 200 ÷ 500 A ca bobina sa fie realizata dintr-o singura spira.
Pentru masurarea unor curenti de ordinul mA numarul de spire necesar este de ordinul sutelor (300).
La ampermetrele cu domenii multiple, bobina este realizata din mai multe sectiuni, schimbarea domeniului de masurare realizāndu-se fie prin schimbarea conexiunii serie sau īn paralel a sectiunilor fie prin schimbarea bornei de utilizare (figura 3, īn care este reprezentata schema extinderii domeniului de masurare).
Figura 3 Extinderea domeniul de masura
Domeniul de frecventa al ampermetrelor feromagnetice de laborator este de 15 ÷ 500 Hz.
Ampermetre termoelectrice
Sunt singurele aparate clasice care masoara curenti de frecventa foarte mare, zeci si sute de MHz. Ampermetrele cu termocuplu se utilizeaza cu precadere la masurarea valorii efective a curentilor de radiofrecventa, masurānd valoarea efectiva a acestora, indiferent de forma de unda si de frecventa si sunt constituite dintru milivoltmetru magnetoelectric conectat la capetele reci ale unui termocuplu.
Functionarea acestora se bazeaza pe efectul Seebeck care consta īn aparitia unei tensiuni continue (tensiune termoelectrica) la capetele ,,reci'' ale unui cuplu format din doi electrozi, atunci cānd capetele ,,calde'' (sudate) ale acestuia sunt īncalzite la o anumita temperatura de catre curentul de masurat I, figura 4.
Figura 5. Miliampermetru termoelectric
Astfel, daca T este temperatura capetelor sudate, tensiunea termoelectromotoare ET este data de o relatie de forma:
unde T
este proportional cu I2 si R: 
Curentul ce va trece prin ampermetrul magnetoelectric It va fi dat de relatia:
Deviatia acului indicator a ampermetrului magnetoelectric va fi:
si va fi proportionala cu patratul curentului continuu sau cu patratul valorii efective al curentului alternativ.
Ampermetru electronic de curent continuu
Schema de principiu este alcatuita dintr-un amplificator operational ce are conectat īn reactie un ampermetru magnetoelectric, figura 5.
Rezulta ecuatia:
Deoarece U
R
n ≈ Up rezulta
si se obtine:
dar Un - U1 = U = RI rezulta ca
Deci curentul masurat de catre ampermetrul magnetoelectric este o masura a curentului de masurat.
Daca raportul R/R1 este foarte mare (R>>R1) atunci aparatul poate masura curenti foarte mici (nA)
|
