Misura di impedenze - Corsi di Laurea a Distanza
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Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Misura di impedenze Misura di impedenze Tecniche volt-amperometriche in DC Tecniche volt-amperometriche in AC Tecniche di zero: ponte in DC Tecniche di zero: ponte in AC Tecniche di risonanza: Il Q-metro 2 © 2006 Politecnico di Torino 1 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Tecniche volt-amperometriche in DC Obiettivi della lezione Metodologici dal modello di sistema di misura con strumentazione ideale a quello reale effetti di carico della strumentazione di misura analisi delle sorgenti di incertezza Procedurali analisi in dettaglio di alcuni casi di studio correzione errori sistematici stima delle incertezze di misura 4 © 2006 Politecnico di Torino 2 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Prerequisiti per la lezione Concetti base dell’elettrotecnica: resistenza in DC Fondamenti di misure elettroniche: incertezze di misura e loro stima voltmetri e amperometri in DC 5 Bibliografia per la lezione “Misure Elettriche-Metodi e strumenti” G.Zingales Utet Libreria-Torino, 1992 “Misure Elettroniche” U.Pisani Ed. Politeko,Torino, 2000 capitolo 3 6 © 2006 Politecnico di Torino 3 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Contenuti della lezione Tecniche volt-amperometriche in DC Misura indiretta della resistenza Misura con strumenti reali Incertezze nella definizione del misurando Misura di piccole resistenze Misura di resistenze elevate 7 Tecniche volt-amperometriche in DC © 2006 Politecnico di Torino 4 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Definizione del misurando La resistenza è definita secondo la legge di Ohm R= V I Il suo valore è ottenuto mediante misura indiretta (si misurano direttamente tensione e corrente) I V R 9 Misura di V e I con strumenti ideali A R V L’amperometro ha una resistenza interna RA nulla Il voltmetro ha una resistenza interna RV infinita 10 © 2006 Politecnico di Torino 5 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Caso ideale: stima incertezze Misurazione indiretta: si sommano le incertezze relative degli strumenti R= V ⇒ εR = ε V + ε I I Esempio: strumenti elettromeccanici in classe 1 V = 80 V ε V = 1.25% ⎧ VFS = 100 V δV = 1V ⇒ ⎨ ε I = 2.5% I = 4A ⎩ IFS = 10 A δI = 0.1A V R = = 20Ω; εR = 3.75% I 11 Caso reale Prestazioni metrologiche definite da: caratteristiche metrologiche degli strumenti, grandezze di influenza (temperatura, umidità, ecc…) incertezza intrinseca del misurando (limiti del modello, autoriscaldamento, ecc...) tipo di circuito impiegato per la misurazione: voltmetro “a monte” oppure voltmetro “a valle” (problema del carico strumentale o “consumo”) 12 © 2006 Politecnico di Torino 6 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Tecniche volt-amperometriche in DC Misura di V e I con strumenti reali Gli strumenti non sono “ideali”: due possibilità l’amperometro ha una resistenza interna RA non nulla il voltmetro ha una resistenza interna RV non infinita 14 © 2006 Politecnico di Torino 7 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Effetto di carico (consumo) Voltmetro a monte: si misura R+RA RA RV Voltmetro a valle: si misura R//RV V A R RA RV R 15 Correzione errore di consumo 1/2 Il “consumo” può essere uno scostamento perché: può essere descritto da un modello e quindi può essere corretto la correzione però non può essere totale, perché i valori di carico RA e RV sono affetti da incertezza e quindi conviene tra le due utilizzare la soluzione in cui l’effetto del carico strumentale è minore 16 © 2006 Politecnico di Torino 8 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Correzione errore di consumo 2/2 Es.: voltmetro a monte si intende misurare R= Vi/Im RA in realtà si misura Rm=Vm/Im = RA+R Im A Vm Vi R nota RA si ottiene R=Rm-RA 17 Tecniche volt-amperometriche in DC © 2006 Politecnico di Torino 9 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Incertezza intrinseca del misurando 1/3 Temperatura (autoriscaldamento del resistore per effetto Joule) Rθ =R0(1+α∆θ) Effetto delle resistenze di contatto (misura piccole resistenze) Effetto delle resistenze di dispersione (misura resistenze elevate: umidità, superfici non pulite, ecc...) 19 Incertezza intrinseca del misurando 2/3 Temperatura (autoriscaldamento del resistore per effetto Joule) Rθ =R0(1+α∆θ) RIMEDIO Occorre minimizzare la corrente di test che percorre il resistore Eventuale alimentazione con corrente impulsiva 20 © 2006 Politecnico di Torino 10 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Incertezza intrinseca del misurando 3/3 Effetto delle resistenze di contatto RIMEDIO Realizzazione di morsetti voltmetrici e morsetti amperometrici Misura di resistenza a 4 fili RA RV Itest Rx RV Morsetti voltmetrici Morsetti amperometrici RA 21 Misurazione di resistenze 2 Wire Vn HI Rn Vx Rx DMM Rx = Vx V = Rn x Itar Vn Itar LO 22 © 2006 Politecnico di Torino 11 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Tecniche volt-amperometriche in DC Problema nella misura Tecnica volt-amperometrica Se Rx piccole, problema delle resistenze di collegamento Si misura Rx+2Rp Rp Rx HI Itar Rp Itar V LO DMM 24 © 2006 Politecnico di Torino 12 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Tecnica a 4 fili (4-wire) Si utilizzano 4 morsetti due adducono la corrente due prelevano la tensione Rs Rp Iv≅0 + SENSE HI Itar Rx Rp Itar LO V Rs − SENSE DMM 25 Morsetti di misura resistenza 4W Rs Rx Iv≅0 + HI SENSE Rp HI Rp LO Itar Itar Rs − LO SENSE 26 © 2006 Politecnico di Torino 13 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Tecniche volt-amperometriche in DC Tipologia delle misure Misura di resistori dell’ordine del megaohm Misure di resistività di materiali per isolatori e resistenza di isolamento di schede per circuiti stampati Si utilizzano essenzialmente 2 metodi: basati su un generatore di tensione costante basati su un generatore di corrente costante Si utilizzano anelli di guardia che convogliano flussi di corrente che non si vuole misurare 28 © 2006 Politecnico di Torino 14 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Provino di test Si utilizzano particolari provini (Sample) del materiale in misura G G Guardia B A A Elettrodo centrale B Elettrodo posteriore 29 Misura di resistenze di isolamento 1/2 Misura di resistività di volume La corrente di superficie e quella fuori dal provino (Sample) non viene misurata Volume Resistivity I misurata I non misurata Sample Voltage Source ts HI HI LO LO Picoammeter 30 © 2006 Politecnico di Torino 15 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Misura di resistenze di isolamento 2/2 Misura di resistività superficiale La guardia drena corrente di volume che non viene misurata Surface Surface Resistivity Resistivity I misurata I non misurata Sample Voltage Source HI HI LO LO Picoammeter 31 Tecniche volt-amperometriche in DC © 2006 Politecnico di Torino 16 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Approfondimenti 1/2 I seguenti concetti devono essere meditati e risultare chiari dallo studio della lezione: la misura volt-amperometrica in DC richiede analisi del circuito per individuare la migliore connessione gli errori di consumo degli strumenti si possono correggere la correzione non elimina l’incertezza residua delle operazioni di correzione 33 Approfondimenti 2/2 nella misura di piccole resistenze giocano un ruolo importante le resistenze parassite dei contatti e fili di collegamento nella misura di resistenze molto elevate occorre individuare i flussi delle correnti che non contribuiscono alla definizione del misurando tali flussi vanno deviati con opportuni schermi di guardia in modo da non essere misurati dall’amperometro 34 © 2006 Politecnico di Torino 17 Misure Elettroniche II Tecniche volt-amperometriche in DC Sommario della lezione Tecniche volt-amperometriche in DC Misura indiretta della resistenza Misura con strumenti reali Incertezze nella definizione del misurando Misura di piccole resistenze Misura di resistenze elevate Domande di riepilogo 35 © 2006 Politecnico di Torino 18
