Compesatoare Pentru Tensiuni Continue

AUTOMATIZĂRI INDUSTRIALE – Îndrumar de laborator

LUCRAREA 2

COMPENSATOARE PENTRU TENSIUNI

CONTINUE

1. OBIECTIVELE LUCRĂRII

- consolidarea cunoştinţelor studenţilor asupra principiului de

funcţionare a diverselor tipuri de compensatoare de tensiune continuă;

- însuşirea deprinderilor practice de folosire a compensatoarelor în

efectuarea de măsurări şi verificări cu compensatoare cu echilibrare manuală şi

cu echilibrare automată.

2. NOŢIUNI RECAPITULATIVE DE BAZĂ

PRINCIPIUL METODEI. Compensatoarele de tensiune continuă sunt

aparate pentru măsurarea, cu orice fel de precizie a tensiunii continue sau a

oricărei alte mărimi, convertită în prealabil în tensiune continuă, folosind în

acest scop metode de comparare şi compensare.

Metoda compensării continue constă în compararea tensiunii de

măsurat Ux cu o tensiune continuă reglabilă prelevată de pe un rezistor R. La

echilibru, când cele două tensiuni sunt egale, tensiunea necunoscută se

determină după tensiunea cunoscută. Egalitatea dintre cele două tensiuni este

pusă în evidenţă de către un indicator de echilibru IE care poate fi un

galvanometru de zero.

SCHEME DE PRINCIPIU

COMPENSATORUL PAGGENDORFF SIMPLU

În figura 1 este prezentată schema de principiu a compensatorului

Paggendorff.

Tensiunea U a unei surse produce în circuitul de măsurare un curent

Compensatoare pentru tensiune continuă12


constant I = U/R. Cu ajutorul contactului mobil de pe rezistorul de precizie R

se culege o diferenţă de potenţial egală cu produsul dintre curentul I şi

rezistenţa r, cuprinsă între punctul A şi punctul în care se află cursorul. Această

diferenţă de potenţial se află în opoziţie cu tensiunea necunoscută Ux.

Echilibrarea celor două mărimi se face prin deplasarea cursorului astfel ca

indicatorul de echilibru să indice curent nul.

Fig.1. Schema de principiu a compensatorului Paggendorff:

a) pentru Ux < U; b) pentru Ux > U.

Întrucât în momentul echilibrului curentul prin sursa de tensiune

necunoscută este nul rezultă că în acest mod se poate măsura tensiunea de mers

în gol. Echilibrarea celor două tensiuni se poate realiza de către utilizator sau

de către un dispozitiv de echilibrare automată. În momentul echilibrului

tensiunea necunoscută este:

U I rU

Rrx

şi se determină după poziţia contactului mobil pe rezistorul R, pusă în legătură

cu dispozitivul de afişare / înregistrare al compensatorului.

Cu schema din figura 1,a) se pot măsura tensiuni Ux mai mici decât

tensiunea U. Schimbând între ele sursa de tensiune Ux cu sursa de tensiune U se

obţine o schemă cu care se pot măsura tensiuni mai mari decât U şi anume :

U UR

rx .

Măsurarea tensiunii cu ajutorul acestui montaj (figura 1b) are un

inconvenient: curentul I produs de sursa de tensiune necunoscută determină o

cădere de tensiune pe rezistenţa internă a acesteia ceea ce are ca efect apariţia

unei erori de măsurare. Pentru limitarea acestei erori este necesar ca rezistenţa

R să fie mult mai mare decât rezistenţa internă a sursei tensiunii necunoscute.



COMPENSATORUL PAGGENDORFF CU SUBSTITUŢIE

Principala deficienţă a compensatorului Paggendorff simplu constă în

faptul că necesită o sursă de tensiune care să furnizeze o tensiune U riguros

constantă în orice moment de timp. Pentru a elimina acest neajuns se recurge la

o schemă de compensare mixtă: simultană şi succesivă. O astfel de schemă este

prezentată în figura 2, unde în afară de elementele din figura 1 s-au adăugat

sursa de tensiune Ue şi comutatorul K.

Fig.2. Compensator Poggendorff cu substituţie.

Măsurarea tensiunii cu o astfel de schemă se face în două etape şi

necesită două echilibrări.

Prima echilibrare, care se face din când în când, se face cu comutatorul

pe poziţia E şi se deplasează cursorul astfel încât indicatorul de echilibru IE să

indice zero. Prin aceasta se face de fapt o determinare indirectă a curentului

prin punerea în opoziţie a tensiunii etalon Ue cu căderea de tensiune pe

rezistorul R. La echilibru:

.

A doua echilibrare se face la fiecare măsurare cu comutatorul K pe

poziţia M. Curentul I rămânând acelaşi, rezultă că:

.

Făcând raportul relaţiilor precedente se obţine:

.

COMPENSATORUL PAGGENDORFF CU TARARE

Deşi compensatoarele pot funcţiona cu orice curent I, în practică se

preferă ca acest curent să fie stabilizat la o valoare comodă pentru calcul şi



anume : I = 10-2, 10-3 sau 10-4 A. Fixarea şi stabilizarea la una din aceste

valori se numeşte tarare şi se execută înainte de măsurare sau la anumite

intervale de timp.

O schemă care poate face posibilă tararea este prezentată în figura 3.

Fig.3. Compensator Paggendorff cu tarare.

Şi în acest caz măsurarea se face în două etape şi anume :

- cu comutatorul K pe poziţia E se efectuează tararea adică stabilirea

curentului de lucru la 10 mA, 1 mA sau 0,1 A. În acest scop se

fixează cursorul la o valoare a rezistenţei re = 10-2, 10-3 sau 10-4 apoi

se modifică rezistenţa Ra până se obţine echilibrarea. În starea de

echilibru:

re I = Ue iar I = 10-n A ( i = 2, 3, 4 );

- trecând comutatorul K pe poziţia M se realizează măsurarea, adică

echilibrarea tensiunii Ux cu căderea de tensiune între punctul A şi punctul de

contact al reostatului R, care este proporţională cu rezistenţa rx cuprinsă între

cele două puncte. La echilibru

Ux = rx I = rx10-n V .

Miliampermetrul mA prezent în circuit serveşte numai la măsurarea /

verificarea curentului din circuitul de măsurare, rolul său fiind acela de a

semnala necesitatea retarării.

COMPENSATOARE CU ECHILIBRARE AUTOMATĂ

Caracteristic pentru aceste aparate este faptul că echilibrarea tensiunii

necunoscute Ux cu tensiunea U se efectuează cu ajutorul unui dispozitiv de

echilibrare automată, DEA, care deplasează cursorul potenţiometrului de



măsură în poziţia corespunzătoare echilibrului. Totodată acest dispozitiv

poziţionează indicatorul în faţa scalei şi inscriptorul pe hârtia de înregistrare.

Un compensator cu echilibrare automată este în fond un sistem de

reglare (urmărire) închis, cu acţiune după abatere, la care mărimea de referinţă

este tocmai mărimea de măsurat, Ux. Semnalul abaterii, reprezentând diferenţa

dintre Ux şi Ue este amplificat şi prelucrat după o anumită lege de reglare

(integratoare sau proporţională) apoi este folosit pentru echilibrare, adică

pentru modificarea lui Ue astfel încât să devină egal cu Ux.

După modul cum se face echilibrarea deosebim :

- compensatoare automate de tip integrator;

- compensatoare automate de tip proporţional .

Dispozitivele de echilibrare automată dispun de puterea necesară

învingerii tuturor frecărilor şi altor fenomene ce produc erori de măsurare şi

astfel asigură performanţe înalte în ce priveşte precizia, reproductibilitatea,

rejecţia efectelor factorilor perturbatori, lărgimea scalei şi mai ales timpul de

echilibrare care este mai redus decât cel necesar la compensatoare fără

echilibrare automată.

In figura 4 este prezentată schema simplificată a unui compensator de

tip integrator cu o singură mărime indicată şi înregistrată în mod continuu.

Fig.4. Schema simplificată a unui compensator automat.



Dintre elementele componente esenţiale ale acestui tip de aparat

remarcăm:

- circuitul de măsurare, CM, alcătuit din reostatul R cu contact mobil,

din rezistoarele fixe R1, R2 şi R3 şi din reostatele Rs şi Rp pentru ajustarea

sensibilităţii acestui circuit;

- circuitul de comparare, CC, alcătuit din circuitul de intrare cu filtrul

RfCf, prin care se introduce tensiunea necunoscută Ux, şi din circuitul de

măsurare de pe care se preia tensiunea continuă UC. Acest circuit generează ca

semnal de ieşire tensiunea de dezechilibru U care după amplificare serveşte la

echilibrarea celor două tensiuni Ux şi UC;

- transformatorul de reţea, Tr, cu două secundare: unul pentru tensiunea

de alimentare a circuitului de măsurare iar celălalt pentru alimentarea

amplificatorului de tensiune şi putere;

- redresorul, R, şi stabilizatorul de tensiune, ST, care asigură tensiunea

constantă în circuitul de măsurare ne mai făcând necesară sursa de tensiune de

referinţă pentru tarare;

- amplificatorul de tensiune sensibil şi la semn, ATSS, care amplifică

tensiunea de dezechilibru +/- U;

- amplificatorul de putere sensibil la semn, APSS, alcătuit din

tranzistoarele T1 şi T2 şi din diodele redresoare D1 şi D2, care amplifică în

putere (curent) tensiunea dată de ATSS. Semnalul de ieşire al acestui

amplificator alimentează înfăşurarea de comandă a motorului reversibil, MR;

- motorul reversibil, MR, şi lanţul cinematic, LC, alcătuit din articulaţii

şi angrenaje care asigură deplasarea contactului mobil al reostatului de

măsurare în poziţia necesară echilibrării tensiunilor Ux cu U. Acelaşi lant

cinematic asigură şi deplasarea în poziţii corespunzătoare a acului indicator şi a

inscriptorului dispozitivului de înregistrare;

- dispozitivul de înregistrare, DI, alcătuit din motorul electric de

antrenare a hârtiei, MA, din reductorul de turaţie, RT, rulourile de derulare a

benzii de hârtie pentru înregistrare şi un inscriptor.



3. CONŢINUTUL ŞI DESFĂŞURAREA

LUCRĂRII

Utilizarea şi verificarea compensatorului automat

Cu un asemenea aparat se măsoară direct tensiuni electrice sau curent

electric între limitele I = 2 - 10 mA sau 4 - 20 mA, pe baza convertirii acestuia

în tensiune conform legii lui Ohm :

U RI ,

unde R este o rezistenţă de precizie.

Pentru măsurări se foloseşte un generator de semnal unificat (I = 2 - 10

mA) de tip ELX130 care furnizează semnalul ce se aplică la intrarea

compensatorului. Scara compensatorului este gradată în procente: procentul

zero corespunde curentului I = 2 mA, iar 100 procente corespunde curentului I

= 10 mA.

» Cu ajutorul generatorului de semnal se vor genera succesiv 10 calori

ale curentului care vor fi afişate de acest generator şi consemnate într-un tabel

în care se trece şi efectul lor exprimat în % pe scala compensatorului;

» Se va ridica experimental caracteristica de transfer % = f (I) pe baza

celor zece măsurări şi se va compara cu caracteristica ideală.

» Se vor deduce erorile absolute şi relative considerând că sursa de

semnal are o clasa de precizie superioară clasei de precizie a compensatorului.

În acest scop se va întocmi un tabel de forma:

Pe baza

erorii normate

maxime se va

încadra

compensatorul

în clasa de precizie corespunzătoare.

ÎNTREBĂRI DE CONTROL

Compensatoare pentru tensiune continuă

Curent de referinţă Ii [mA] 2 … 10

Indicaţia Xi ideală [%] 0 10 20 30 40 50 … 100

Curent aplicat la intrare I [%] 0 10 20 30 40 50 … 100

Indicaţia X experimentală [%]

Eroarea absolută X=Xi-X

Eroarea relativă normată X/100

18


1. Ce principiu stă la baza funcţionării compensatoarelor?

2. Câte tipuri de compensatoare cunoaşteţi?

3. Care sunt principalele surse de erori ale compensatoarelor?

4. Care sunt principalele căi de diminuare a erorilor?

5. Cum se poate realiza echilibrarea automată a mărimii de măsurat cu

mărimea etalon?

6. Ce stiţi despre compensatoarele discrete (cu ploturi)?


Compesatoare Pentru Tensiuni Continue

Documents

Transcript of Compesatoare Pentru Tensiuni Continue