MISURE DI GRANDEZZE ELETTRICHE
La tecnologia oggi permette di effettuare misure di grandezze elettriche molto
accurate: precisioni dell’ordine dello 0,1 – 0,2% sono piuttosto facilmente
raggiungibili.
corrente: amperometri
tensione: voltmetri
potenza attiva: wattmetri
potenza in sistema trifase: inserzione Aron
In generale, per la misura delle grandezze elettriche è possibile sfruttare utilizzare
strumenti basati su diversi principi di funzionamento:
strumenti magnetoelettrici (correnti continue)
strumenti elettromagnetici (correnti continue ed alternate)
strumenti elettrodinamici (correnti continue ed alternate)
strumenti termici (correnti continue ed alternate)
strumenti elettrostatici (correnti continue ed alternate)
strumenti elettronici (correnti continue ed alternate)
strumenti ad induzione (correnti alternate)
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AMPEROMETRO
Amperometro magnetoelettrico
Sfrutta le forze elettromagnetiche generate dal passaggio di corrente elettrica in
una bobina rigida di filo conduttore.
La bobina è racchiusa tra i poli di un magnete e immersa in un campo
magnetico di forma opportuna, e subisce una rotazione per effetto della coppia
generata dalle forze elettromagnetiche.
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Pinza amperometrica
Si tratta di strumenti portatili che misurano il campo magnetico
indotto dal passaggio della corrente in un cavo conduttore.
Le pinze sono realizzate in materiale ferromagnetico e
costituiscono un circuito magnetico che concentra il flusso
magnetico. All'interno del dispositivo una bobina avvolta sul
circuito magnetico genera ai suoi capi una tensione che può
essere misurata da uno strumento integrato. In pratica il
sistema costituisce un trasformatore di corrente, e per questo
può misurare solamente una corrente alternata.
Apparecchi più sofisticati in grado di misurare anche la
corrente continua si basano su un sensore ad effetto Hall, il
quale permette di effettuare misure con elevata precisione
dell'intensità di un flusso di corrente, in un range di frequenza
che spazia dalla corrente continua fino a 100 MHz.
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VOLTMETRO
Voltmetri per tensioni continue
Sono costituiti da un amperometro molto sensibile collegato in serie ad una
resistenza di valore elevato (per limitare l’assorbimento di corrente dal circuito
sotto misura), posti in parallelo al circuito di misura.
La tensione rilevata è determinata dal prodotto della corrente misurata e della
resistenza, variando il cui valore è possibile modificare la scala dello strumento.
Voltmetri per tensioni alternate
Misurano il valore efficace della tensione e possono essere di tipo:
elettrodinamico (il cui principio di funzionamento dei voltmetri elettrodinamici
è il medesimo dei wattmetri elettrodinamici illustrato più avanti)
termico
a raddrizzatore
I voltmetri termici sfruttano l’effetto Joule: sono costituiti da una resistenza in cui il
calore dissipato, proporzionale al quadrato della tensione, genera una variazione
di temperatura rilevata da una termocoppia.
I voltmetri a raddrizzatore utilizzano un componente (appunto il raddrizzatore) che
rende la corrente alternata unidirezionale, e ne misurano il valor medio , che è
proporzionale alla tensione, mediante un amperometro per corrente continua.
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WATTMETRO
Wattmetro elettrodinamico
Il wattmetro elettrodinamico è costituito da:
una bobina fissa (bobina amperometrica), posta in serie al carico da misurare
una piccola bobina mobile (bobina voltmetrica), che viene collegata in
parallelo, mediante una grossa resistenza, ai capi del carico, in modo da
condividere la medesima differenza di potenziale ed essere percorsa da una
debole corrente a essa proporzionale.
La coppia motrice agente sulla bobina mobile dipende dalle correnti circolanti
nei due circuiti e dallo sfasamento:
Cm = K Im If cosφ
Se il circuito della bobina mobile è puramente resistivo, Im è proporzionale alla
differenza di tensione sul carico, mentre If coincide con la corrente sul carico.
Dunque, mediante opportuna taratura, la coppia motrice risulta correlata alla
potenza media sul carico:
Cm = K V I cosφ
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INSERZIONE ARON
E’ un metodo di misura della potenza elettrica di un sistema trifase tramite
l'ausilio di due soli wattmetri.
Sebbene in un sistema trifase le potenze da misurare siano tre, una per ogni
fase, con l'ausilio dell'inserzione Aron si riesce a misurare la potenza del
sistema con due soli wattmetri, collegando le amperometriche sulle fasi 1 e 3 e
le voltmetriche tra le fasi 1-3 e 2-3.
La somma delle letture dei due wattmetri è la potenza attiva assorbita dal
sistema trifase.
P = E1I1 + E2I2 + E3I3
In un sistema trifase simmetrico ed equilibrato vale la relazione:
I1 + I2 + I3 = 0
P = E1I1 + E2(-I1-I3) + E3I3 = V12I1 + V32I3
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