Strumenti Di Misura Mecc

8/15/2019 Strumenti Di Misura Mecc

http://slidepdf.com/reader/full/strumenti-di-misura-mecc 1/22

LE MISURE ELETTRICHE

Teoria degli errori, propagazione degli errori, cifre significativeed arrotondamenti

TIPI ERRORI P!R!METRI "O#$!ME#T!LI

a) errori sistematici es. autoconsumo degli strumenti

b) errori accidentali,

%alore pi& pro'a'ile della grandezza in misura è la media aritmetica dei risultati su n prove:

scarto della misura i-esima rispetto al valore medio la differenza zi ( )i *m con:

scarto +adratico medio:



errore assolto

errore relativo

incertezza (imprecisione) .



PROP!-!.IO#E $E-LI ERRORI

Spesso è necessario ricavare il valore di una grandezza sviluppando operazioni di calcolo sui valori misurati dialtre grandezze.

a) somma aritmetica delle grandezze: Nel caso di somma di più termini, se uno di essi è molto piccolo rispettoagli altri, l'importanza dell'errore che ad esso compete è piccola anche se tale errore è relativamente elevato.noltre l'errore relativo della somma è sempre più piccolo dell'errore relativo massimo commesso nelle misuredelle singole grandezze.

!) differenza aritmetica delle grandezze: l risultato della differenza è affetto da un errore relativo sempremaggiore degli errori relativi delle singole grandezze sulle "uali si è operato. #ale errore relativo è tanto piùgrande "uanto più le grandezze misurate sono tra di loro vicine. $uindi !isogna evitare metodi di misura cheprevedano calcoli di differenza tra due grandezze.

c) prodotto delle grandezze: %'errore relativo del prodotto pari alla somma degli errori relativi delle singolegrandezze misurate, "ueste devono essere tutte misurate con la stessa cura.

d) potenza e radice (sottocasi del prodotto): &algono le stesse considerazioni fatte sul prodotto.

Cifre significative ed arrotondamenti

Nell'esprimere il risultato di una misura per mezzo del corrispondente valore numerico occorre tenere presenteche, a causa della imprecisione della misura, tale valore numerico potre!!e contenere una o più cifre prive disignificato.



STRUME#TI $I MISUR!

li strumenti di midura ossono essere classificati a seconda del modo con cui è misurata la grandezza elettrica,si hanno: a) strumenti indicatori che visualizzano istantaneamente il valore della "uantit misurata senzamemorizzarla !) strumenti registratori che forniscono l'andamento temporale della grandezza da misurare c)strumenti integratori che forniscono in uscita l'integrale nel tempo della grandezza in oggetto, sono anche detticontatori.

Si possono avere strumenti indicatori analogici e strumenti indicatori digitali.

Si possono distinguere gli strumenti in "uelli di la!oratorio, di elevate caratteristiche e "uelli industriali, dove sivaluta un compromesso accetta!ile tra la validit delle caratteristiche e il costo in senso lato dello strumento.

Strmenti indicatori analogici

n tali strumenti il risultato della misura è fornito dalla lettura della deviazione di un indice materiale oluminoso che si muove su una scala graduata, la deviazione dell'indice è una funzione continua della grandezzamisurata. Si hanno strumenti analogici elettromeccanici e strumenti analogici elettronici.

li strmenti analogici elettromeccanici sfruttano fenomeni per i "uali l'interazione di grandezze elettriche omagnetiche d luogo ad una forza o ad una coppia meccanica. Sono costituiti da un e"uipaggio mo!ile, aventeuna posizione iniziale di riposo, sul "uale agisce una coppia motrice CM* funzione continua della grandezzaelettrica -* che si intende misurare. *lla coppia motrice viene opposta una coppia antagonista, normalmente ditipo elastico e realizzata tramite una molla, che tende a ricondurre l'e"uipaggio mo!ile nella posizione inizialeal cessare dell'azione prodotta dalla coppia motrice stessa. +all'e"uili!rio delle due coppie, trascurando gliattriti, si ottiene una deviazione angolare proporzionale alla grandezza elettrica misurata. *ll'e"uipaggio mo!ileviene fissato un indice che ruota in corrispondenza di una scala graduata in divisioni che permette la lettura

dello strumento sotto forma di numero di divisioni. %o schema a !locchi di un tale strumento pu essere ilseguente:



* seconda del principio di funzionamento alla !ase del convertitore elettromeccanico si possono avere diversitipi di strumenti.

a) strumenti magnetoelettrici (detti a !o!ina mo!ile), usati in corrente continua e che possono essere impiegaticome amperometro, galvanometro, voltmetro, hmetro. ssi utilizzano l/azione su una !o!ina mo!ile percorsada corrente di un campo creato da un magnete permanente. Sim!olo sul "uadrante:



!) strumenti elettromagnetici (detti a ferro mo!ile), in cui si utilizza l/azione di un campo magnetico creato dacorrenti elettriche di una !o!ina fissa ed un elemento ferromagnetico mo!ile essi sono usati sia in correntecontinua che alternata e che possono essere impiegati come amperometro, voltmetro, fre"uenzimetro. 0ortanoil seguente sim!olo sul "uadrante.

c) strumenti elettrodinamici, usati sia in corrente continua che alternata e che possono essere impiegati comeamperometro, voltmetro, fre"uenzimetro, 1attmetro, contatore.



d) strumenti ad induzione, usati in corrente alternata e che possono essere impiegati come 1attmetro,contatore. 2tilizzano l/azione di elettromagneti fissi su materiali conduttori mo!ili. 0ortano il sim!olo disegnatosotto impresso sul "uadrante.

e) strumenti a filo caldof) strumenti ferrodinamicig) strumenti a termocoppiah) strumenti a raddrizzatorii) strumenti ad effetto 3all



li strumenti analogici elettronici sono impiegati per misure sia in continua che in alternata e contengonoapparati elettronici ("uali filtri, oscillatori, raddrizzatori, amplificatori, ...) che manipolano la grandezzaelettrica da misurarsi -* trasformandola in corrente continua I-* ad essa proporzionale misurata infine da unostrumento magnetoelettrico. %a presenza di un amplificatore permette di realizzare strumenti ad altasensi!ilit. 2lteriore caratteristica di "uesti strumenti è "uella di avere una altissima impedenza d'ingresso con

conseguente !assissimo consumo.Necessit di alimentazione.

%o schema a !locchi di uno strumento analogico elettronico pu essere il seguente:



Specific/e degli strmenti analogici

%e specifiche più importanti che caratterizzano uno strumento analogico sono:

a) sensi!ilit: rappresenta il rapporto tra una variazione della grandezza misurata e la corrispondente variazionedella deviazione dello strumento.

!) risoluzione: esprime la minima variazione della grandezza misurata rileva!ile con sicurezza attraverso unospostamento dell'indice.

c) portata: indica il valore massimo della grandezza incognita misura!ile con lo strumento.

d) sovraccarico: indica la possi!ilit di effettuare misure di grandezze superiori alla portata

e) prontezza: è il tempo impiegato dallo strumento per indicare il valore della grandezza misurata entro i suoilimiti di accuratezza.

f) gamma di fre"uenza: è l'intervallo di fre"uenza entro il "uale lo strumento assicura l'accuratezza nominale.

g) impedenza d'ingresso: è l'impedenza offerta dallo strumento al segnale da misurare.

h) indice della classe di precisione: definisce l'accuratezza dello strumento ed è il limite superiore dell'errore

assoluto rapportato alla portata P- e moltiplicato per 011, ovvero: arrotondato alvalore normalizzato immediatamente superiore. li indici che definiscono le classi di precisione per glistrumenti elettrici industriali sono i seguenti:

1,12 3 1,0 3 1,4 3 1,5 3 1,2 3 0 3 0,2 3 4 3 4,2 3 5 3 2

vviamente gli indici più piccoli sono riferiti agli strumenti destinati ai la!oratori, i più alti agli strumenti da"uadro.

i) divisioni di fondo scala: è il numero"S delle divisioni che compongono la scala dello strumento.

l) costante della scala: è il rapporto tra la portata e le divisioni di fondo scala .



Strmenti indicatori digitali

li strumenti con presentazione in forma digitale o numerica diretta offrono molteplici vantaggi rispetto aicorrispondenti tipi analogici, ed in particolare: facilit di lettura essendo a!olita l'operazione di interpolazionetra due divisioni contigue e il calcolo della costante della scala, maggiore accuratezza e risoluzione, !asso livellodi rumore, elevata velocit di misura, possi!ilit di inserimento in un complesso di misura automatico

controllato da un ela!oratore elettronico. $uale aspetto negativo si ha la necessit di alimentarli (solitamentealla tensione alternata di 441 4&5, 21 43z5) perch6 possano funzionare gli apparati elettronici che licompongono. %a figura seguente mostra lo schema a !locchi di uno strumento digitale:

Si osserva che la grandezza da misurare -* viene convertita in un segnale continuo di tensione %* che, a suavolta, viene convertito in un segnale digitale !inario (successione di !it) inviato infine alla sezione di decodificae visualizzazione che avviene sotto forma numerica. l tutto è gestito da un controllore, di solito costituito da unmicroprocessore. li strumenti digitali offrono inoltre la possi!ilit di effettuare la memorizzazione ed ilsuccessivo richiamo dei valori misurati, nonch6 la loro ela!orazione e controllo remoti potendo tali strumentiessere interfacciati con sistemi a microprocessore fino ad ottenere strutture automatiche di misura (S*7).



%e specifiche più importanti che caratterizzano uno strumento digitale sono:

a) accuratezza (precisione): definisce l'errore strumentale e pu essere espressa come:

8) errore relativo percentuale sul fondo scala, del tutto analogo alla classe di precisione degli strumentianalogici:

dove P- è il fondo scala (portata) dello strumento, -m e -v il valore misurato e "uello vero.

9) errore relativo percentuale sul valore misurato:

) numero di digit, ovvero numero di unit della cifra meno significativa del visualizzatore.

!) tempo di misura: è il tempo impiegato dallo strumento per effettuare un ciclo di misura. *nzich6 il tempo,pu essere indicata la fre"uenza, ovvero il numero di cicli di misura effettua!ili in un secondo.

c) risoluzione: è il peso dell'ultima cifra del visualizzatore nella portata più !assa. *d esempio per un voltmetrodi portata minima 1,0 4&5 con displa; a 6 cifre, l'ultima cifra a destra indica i centesimi di 4millivolt5, "uindi larisoluzione di tale strumento è di 1,10 4m&5. * volte la risoluzione è indicata in parti per milione, nell'esempiofatto si hanno 011 p.p.m..

d) sovraportata: lo strumento digitale è in grado di misurare grandezze superiori al fondo scala (portata). Sidefinisce sovraportata la percentuale rispetto al fondo scala del campo di misura ricoperto dallo strumento oltre

la portata. 0er permettere misure in sovraportata lo strumento dispone di una "uarta indicazione sul displa; (adesempio una !arra verticale) che si illumina "uando lo strumento va in sovraportata. #ale indicazione vienechiamata mezza cifra e si dice che lo strumento dell'esempio è a 57 cifre.

e) punti di misura: è il numero di indicazioni distinte che lo strumento pu dare, compresa l'eventualesovraportata. *d esempio uno strumento a 5 cifre dispone di 0111 punti di misura (da 111 a 888).

f) impedenza d'ingresso: è l'impedenza all'ingresso dello strumento.



g) rumore: rappresenta la fluttuazione casuale, dovuta a cause fisiche intrinseche allo strumento, che sisovrappone al segnale utile da misurare. Si manifesta con fluttuazioni della cifra meno significativa.

h) reiezione di modo normale (N7<): indica l'attitudine dello strumento di distinguere il segnale da misurare dairumori nell'ingresso di misura, si esprime in deci!el.

i) reiezione di modo comune (=7<): indica l'attitudine dello strumento di distinguere il segnale da misurare dairumori presenti fra ingresso di misura e massa, si esprime in deci!el.



Misra dell9intensit: della corrente elettrica ;misre di corrente<

• 8 #ipi di amperometri

o 8.8 *mperometro ideale

o

8.9 *mperometro magnetoelettricoo 8. *mperometro elettromagnetico

o 8.> *mperometro elettrodinamico

o 8.? *mperometri termici

o 8.?.8 Strumenti di misura a termocoppia

o 8.@ *mperometri elettrostatici

o 8.A *mperometri ad induzione

o 8.B *mperometri digitalio 8.C 0inza amperometrica

=aratteristica generale di "uesta categoria di strumenti è l'inserzione in serie nel circuito da misurare, da ciconsegue che la loro resistenza interna deve essere piccola e "uindi trascura!ile rispetto a "uella del circuito sul"uale sono inseriti (in tal modo si ha un autoconsumo molto ridotto e non si alterano le condizioni difunzionamento del circuito).

Misra nei circiti in corrente contina

Si possono impiegare amperometri magnetoelettrici a !o!ina mo!ile, amperometri elettromagnetici a ferro mo!ile, amperometri

elettrodinamici con !o!ine in parallelo, amperometri termici a coppia termoelettrica, multimetri analogici o numerici commutatisulla misura di corrente continua.' fondamentale inserirli rispettando le polarit dello strumento: Nel caso in cui la portata dellostrumento superi la corrente da misurarsi si effettua l'inserzione diretta. Se IP 4*5 è la portata, "S sono le divisioni di fondo scala,Cl la classe di precisione, R ! 4D5 la resistenza interna (supposta nota con precisione assoluta), = le divisioni lette, la corrente Im 4*5

misurata e gli errori ad essa associati valgono:

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Tipi_di_amperometri

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_ideale

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_magnetoelettrico

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_elettromagnetico

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_elettrodinamico

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_termici

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Strumenti_di_misura_a_termocoppia_o_termoelettrici

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_elettrostatici

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_ad_induzione

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_digitali

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Pinza_amperometrica

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_ideale

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_magnetoelettrico

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_elettromagnetico

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometro_elettrodinamico

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_termici

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Strumenti_di_misura_a_termocoppia_o_termoelettrici

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_elettrostatici

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_ad_induzione

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Amperometri_digitali

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Pinza_amperometrica

http://it.wikipedia.org/wiki/Amperometro#Tipi_di_amperometri



la corrente nel circuito superi la portata dello strumento si deve ricorrere all'inserzione tramite uno shunt (partitore di corrente).



Misra dell9intensit: di corrente nei circiti in corrente alternata

Si possono impiegare amperometri elettromagnetici a ferro mo!ile, amperometri elettrodinamici con !o!ine inparallelo, amperometri termici a coppia termoelettrica, multimetri analogici o numerici commutati sulla misuradi corrente alternata.

Nel caso in cui la portata dello strumento sia inferiore alla corrente nel circuito, si dovr inserire l'amperometrotramite un trasformatore di misura amperometrico (#*). n corrente alternata non è lecito usare derivatori dicorrente in "uanto se cosE si facesse si produrre!!ero delle deformazioni nella forma d'onda sinusoidale dellegrandezze elettriche.



Misra di tensione

&engono impiegati i voltmetri. =aratteristica generale di "uesta categoria di strumenti è l'inserzione in parallelo(derivazione) nel circuito da misurare, da ci consegue che la loro resistenza interna deve essere grande rispettoa "uella del circuito sul "uale sono inseriti (in tal modo si ha un autoconsumo molto ridotto e non si alterano le

condizioni di funzionamento del circuito).Misra nei circiti in corrente contina

Si possono impiegare voltmetri amperometrici (si ottengono dagli amperometri gi visti collegando in serie unresistore addizionale), voltmetri elettrostatici, spinterometri (solo per tensioni elevatissime), multimetrianalogici o numerici commutati sulla misura di tensione continua. ' fondamentale inserirli rispettando lepolarit dello strumento.

Nel caso in cui la tensione nel circuito superi la portata dello strumento si deve ricorrere all'inserzione tramiteuno partitore di tensione.



Misra di tensione nei circiti in corrente alternata

Si possono impiegare gli stessi strumenti visti per le correnti continue (con l'eccezione dei voltmetri derivatidagli amperometri magnetoelettrici). Nel caso in cui la portata dello strumento sia inferiore alla tensione nelcircuito, si dovr inserire il voltmetro tramite un trasformatore di misura voltmetrico (#&). n corrente alternatanon è lecito usare partitori di tensione in "uanto se cosE si facesse si produrre!!ero delle deformazioni nella

forma d'onda sinusoidale delle grandezze elettriche.Nei circuiti in corrente alternata pu inoltre interessare la misura del valore medio in un semiperiodo dellatensione oppure la misura del valore massimo della tensione. 0er "uesto scopo si devono usare voltmetri appositiche possono essere di tipo elettronico (sia analogico che numerico) oppure di tipo elettromeccanico (in tal casosi tratta di strumenti magnetoelettrici alimentati attraverso dei circuiti raddrizzatori statici).



Misra di potenza reale, >attmetro

Nel caso di circuiti in corrente continua, la misura della potenza assor!ita da un utilizzatore è riconduci!ile aduna misura di tensione e di corrente essendo per la legge di Foule P ( %?I 4G5. $uindi !asta approntare unanormale inserzione voltamperometrica e tenere conto dell'autoconsumo dello strumento inserito a valle:

voltmetro a valle:

amperometro a valle:

dove %m 4&5, Im 4*5 sono i valori misurati di tensione e corrente, mentre R % 4 5, R ! 4 5 sono le resistenze interne

del voltmetro e dell'amperometro.

$uindi, per misurare la potenza reale in corrente alternata sono necessari un voltmetro, un amperometro ed unfasometro (misura il f.d.p.) ed è poi necessario eseguire il prodotto delle tre grandezze misurate. Si verre!!ecosE a propagare un errore di misura pari alla somma degli errori relativi delle tre singole determinazioni.

0er "uesto motivo la potenza reale nei circuiti in corrente alternata non viene mai determinata attraverso lamisura dei singoli fattori, ma viene sempre misurata nel suo complesso mediante un unico strumento a letturadiretta denominato 1attmetro (che, se di tipo tradizionale elettromeccanico, è nelle forme più pregiate unostrumento elettrodinamico):



%a figura in alto a sinistra mostra l'inserzione di un 1attmetro in un sistema monofase. Si osserva la presenza di"uattro morsetti, due amperometrici (indicati con ma) e due voltmetrici (indicati con mv). *i morsettiamperometrici fa capo l'e"uipaggio amperometrico fisso, ai morsetti voltmetrici fa capo l'e"uipaggio voltmetricomo!ile, inoltre per ciascuna delle due coppie il morsetto d'ingresso è opportunamente contrassegnato. Si osservache nell'esempio l'e"uipaggio amperometrico è inserito a valle rispetto "uello voltmetrico (che, "uindi, si diceinserito a monte).



dati caratteristici più significativi dello strumento sono:

8) classe di precisione Cl che determina nella misura della potenza un errore strumentale pari a:

dove P@ 4G5 è la portata di fondo scala del 1attmetro.9) errore d'angolo

) massima fre"uenza di impiego.

>) portata in corrente dell'e"uipaggio amperometrico.

?) resistenza interna amperometrica R !@

@) portata in tensione dell'e"uipaggio voltmetrico.

A) resistenza interna voltmetrica R %@ ("ualche decina di migliaia di ohm

B) cosφ@ del 1attmetro per !asso cosφ. Normalmente cosφ@ (0, ma per i 1attmetri impiegati per la misura dipotenza in circuiti fortemente reattivi tale parametro pu assumere valori molto piccoli (tipicamente 1,0 o 1,4).

C) divisioni di fondo scala "S.

8H) costante strumentale .

l 1attmetro deve sempre essere inserito accompagnandolo con un voltmetro ed un amperometro, "uesto perassicurarsi di rispettare le portate dell'e"uipaggio voltmetrico e dell'e"uipaggio amperometrico.

Inserzione con le voltmetric/e a monte

%'inserzione è cosE chiamata perch6 il voltmetro e l'e"uipaggio voltmetrico del 1attmetro sono derivati a monte .%a potenza misurata dal 1attmetro vale :

+ove R !T ( R ! A R !@ è la resistenza serie totale degli e"uipaggi amperometrici. %a potenza P!! ( R !T?I4 4G5

rappresenta l'autoconsumo del sistema amperometrico di misura e deve essere detratta dalla potenza misurataper avere la potenza al carico :



Inserzione con le voltmetric/e a valle

%'inserzione è cosE chiamata perch6 il voltmetro e l'e"uipaggio voltmetrico del 1attmetro sono derivati a valle(con riferimento al verso della corrente nel circuito) sia della !o!ina amperometrica del 1attmetro chedell'amperometro. #ale inserzione è preferita essendo la resistenza interna degli e"uipaggi voltmetrici nota conpiù precisione di "uella degli e"uipaggi amperometrici. =on "uesta inserzione la tensione che agisce sui circuiti

voltmetrici è la stessa applicata al carico, mentre la corrente nei circuiti amperometrici differisce da "uella

del carico.

%a potenza reattiva pu essere misurata con misure dirette impiegando un varmetro, oppure con misureindirette impiegando un 1attmetro, un voltmetro ed un amperometro.

metodi di misura diretti mediante varmetri e fasometri vengono riservati alle installazioni fisse da "uadro,l'inserzione di "uesti strumenti è del tutto analoga a "uella dei 1attmetri.

Strumenti Di Misura Mecc

Documents

Transcript of Strumenti Di Misura Mecc