VERIFICAREA METROLOGICA A VOLTMETRELOR ELECTRONICE

VERIFICAREA METROLOGICA A VOLTMETRELOR ELECTRONICE

1. Domeniu de aplicare

Prezenta norma tehnica de metrologie se refera la verificarea voltmetrelor electronice analogice , de banda larga sau selective , destinate pentru masurari de tensiuni alternative sinusoidale cu frecventa cuprinsa intre 20 Hz si 1000 MHz.

Norma tehnica de metrologie se aplica de asemenea la milivoltmetre si microvoltmetre electronice.

Norma tehnica de metrologie nu se aplica la :

voltmetre digitale ;

voltmetre inregistratoare ;

voltmetre diferentiale ;

voltmetre compensatoare ;

nepermetre ;

alte tipuri speciale de voltmetre.

2. Clasificare si descriere

Voltmetrele electronice pot fi clasificate in modul urmator:

Dupa raspunsul in frecventa:

voltmetre de banda larga ( neselective);

voltmetre selective;

Dupa valoarea masurata a tensiunii:

voltmetre de varf;

voltmetre de valoare medie;

voltmetre de valoare eficace.

Dupa sensibilitate:

voltmetre electronice;

milivoltmetre electronice;

microvoltmetre electronice;

Dupa dispozitivele electronice utilizate:

voltmetre cu tuburi electronice;

voltmetre cu semiconductoare;

voltmetre hibride (cu tuburi electronice si semiconductoare ).

Dupa sursa de alimentare:

voltmetre cu alimentare de la retea;

voltmetre cu alimentare automata (cu baterii);

voltmetre cu alimentare mixta (retea sau baterii).

Voltmetrele electronice se compun in general dintr-un detector (precedat uneori de un amplificator de curent alternativ), un amplificator de curent continuu si un instrument indicator de tip magnetoelectronic.

Detectorul produce o tensiune continua proportionala de obicei cu     valoarea de varf a tensiunii alternative de masurat.

La intrarea voltmetrelor electronice sau intre etajele acestora exista, de obicei, divizoare de tensiune, in general rezistive, pentru extinderea limitei superioare de masurare.

Voltmetrele electronice selective pot fi de doua tipuri:

cu amplificare directa;

cu schimbare de frecventa (superheterodina).

Voltmetrele selective cu amplificare directa se compun dintr-un amplificator selectiv cu unul sau mai multe etaje, un detector si un instrument indicator de curent continuu. Ele pot lucra pe o frecventa fixa, pe mai multe frecvente fixe comutabile, sau intr-un interval de frecventa avand frecventa de lucru variabila continuu.

Voltmetrele electronice selective de tip superheterodina sunt formate dintr-un circuit de intrare (eventual precedat de un amplificator), schimbator de frecventa cu oscilator local, amplificator de frecventa intermediara, detector si instrument indicator de curent continuu.

Circuitul de intrare asigura intrarea nesimetrica sau simetrica printr-un transformator.

Schimbatorul de frecventa produce la iesirea sa un semnal de frecventa constanta (frecventa intermediara a aparatului) independent de frecventa tensiunii de masurat. Semnalul de frecventa intermediara este amplificat (selectiv), detectat si masurat ca in cazul voltmetrelor electronice obisnuite.

Frecventa de lucru este variabila continuu prin modificarea frecventei oscilatorului local.

Extinderea limitei superioare de masurare se face cu ajutorul unor divizoare de tensiune aflate fie in circuitul de intrare, fie in amplificatorul de frecventa intermediara.

Unele voltmetre electronice sunt prevazute cu dispozitive de calibrare in tensiune: in acest scop ele folosesc stabilizatoare de tensiune alternative cu un divizor de tensiune corespunzator.

Unele voltmetre electronice masoara si tensiuni continue folosind amplificatorul de curent continuu si aparatul magnetoelectric. Trecerea de la masurarea in curent alternativ in curent continuu se face cu un comutator sau prin schimbarea conexiunilor la borne.

3. Conditii tehnice

3.1 Conditii de constructie

Voltmetrele electronice nu trebuie sa prezinte defectiuni mecanice vizibile care pot influenta indicatiile (deteriorarea acului indicator,a cadranului, a comutatorului pentru schimbarea intervalelor de masurare, a bornelor, a capului de proba).

Cadranul instrumentelor indicatoare sau panoul frontal al aparatului, in afara reperelor si cifrelor scarilor gradate,mai trebuie sa poarte si urmatoarele inscriptii:

unitatea de masura ( V, mV );

numele sau emblema fabricii producatoare;

numarul de fabricatie;

pozitia normala de functionare (daca este cazul ).

Acul indicator trebuie sa se deplaseze lin, fara frecari si salturi, atunci cand nivelul semnalului aplicat la bornele de intrare variaza continuu si incet in limitele de masurare.

Toate reglajele voltmetrului (zero mecanic, zero electric, calibrare, etc) trebuie sa functioneze corect si sa permita reglarea usoara pe toate scarile de masurare, pe reperul considerat.

3.2 Conditii tehnice de functionare

Eroarea maxima a voltmetrului, exprimata in procente, in conditii de referinta si la orice indicatie a acestuia, raportata la valoarea limita maxima a tensiunii pe scara respectiva de masurare (eroarea de baza a voltmetrului ) nu trebuie sa depaseasca indicele de clasa de precizie al voltmetrului.

Frecventa de referinta este de 1000 Hz pentru toate voltmetrele la care aceasta frecventa este cuprinsa in intervalui frecventelor de lucru. Daca intervalul frecventelor de lucru nu cuprinde frecventa de 1000 Hz, se ia ca frecventa de referinta cea mai mica dintre frecventele 10 kHz, 100 kHz,1 MHz, 10 MHz etc cuprinsa in intervalul frecventelor de lucru.

OBSERVATII

Daca in cartea tehnica a voltmetrului se indica o alta valoare a frecventei de referinta , eroarea de baza va fi considerata la aceasta frecventa.

Daca in cartea tehnica a voltmetrului nu se indica clasa de precizie a acestuia ci eroarea maxim admisibila, raportata la extremitatea scarii, clasa de precizie va fi considerata egala cu aceasta eroare exprimata in procente.

Variatia indicatiei voltmetrului, exprimata in procente din tensiunea maxima a scarii, la variatia frecventei in intregul interval al frecventelor de lucru, la orice indicatie aparatului, nu trebuie sa depaseasca clasa de precizie a acestuia.

Aceasta inseamna ca pe langa eroarea de baza se admite o eroare suplimentara la variatia frecventei, egala cu eroare de baza.

OBSERVATIE. Se pot admite si erori suplimentare mai mari decat cele indicate mai sus la variatia frecventei, daca ele sunt specificate astfel in cartea tehnica a voltmetrului.

Rezistenta de intrare a voltmetrului nu trebuie se difere cu mai mult de 20% de valoare indicata in cartea tehnica a voltmetrului.

Capacitatea de intrare a voltmetrului nu trebuie sa fie mai mare decat cea indicata in cartea tehnica a aparatului, in oricare portiune a intervalului frecventelor de lucru.

Eroarea de indicatie a frecventei la voltmetrele selective nu trebuie sa depaseasca limita indicata in cartea tehnica a aparatului.

4. Verificare

Verificarea voltmetrelor electronice se face in urmatoarele conditii:

temperatura ambianta 205C;

umiditate relativa 6515%;

tensiunea de alimentare egala cu tensiunea nominala 10%;

frecventa tensiunii de alimetare 500,5Hz.

Inainte de verificare, voltmetrul trebuie lasat in stare de functioanre pe durata indicata in cartea tehnica a aparatului, dar cel putin 30 de minute, la tensiunea nominala de alimetare.

Verificarea voltmetrelor electronice consta din:

verificarea aspectului exterior;

verificarea functionarii aparatului indicator;

verificarea dispozitivelor de reglaj;

verificarea indicatiilor la frecventa de referinta;

verificarea raspunsului cu frecventa;

verificarea impedantei de intrare;

verificarea atenuarii pe octava (numai la voltmetrele selective);

verificarea voltmetrului de curent continuu (numai la voltmetrele electronice prevazute si cu scari de masurare in curent continuu);

Verificarea aspectului exterior se face vizual controland corespondenta cu conditiile tehnice.

Verificarea functionarii aparatului indicator se face prin cresterea si apoi prin micsorarea tensiunii aplicate la bornele de masurare (pentru o frecventa oarecare de lucru si pe o scara de masurare aleasa arbitrar), astfel incat acul indicator sa se deplaseze pe intreaga scara gradata. Se verifica deplasarea fara salturi fara frecari ale acului indicator.

Verificarea dispozitivelor de reglaj consta in verificarea dispozitivelor de reglare a zeroului electric si verificarea dispozitivului de calibrare (daca voltmetrul este prevazut cu un asemenea dispozitiv).

Verificarea dispozitivului de reglare a zeroului mecanic se face cu voltmetrul deconectat de la sursa de alimentare ( retea, baterie). Se roteste butonul de reglaj al zeroului mecanic al aparatului indicator si se verifica posibilitatea de a deplasa acul indicator in jurul reperului zero, la stanga si la dreapta acestuia, in mod continuu si fara dificultati.

Verificarea dispozitivului de reglaj al zeroului electric se face dupa o functionare de cel putin 30 minute a voltmetrului. Pe pozitia de verificare a zeroului electric (conform indicatorilor din cartea tehnica a aparatului) de obicei cu bornele de masurare scurtcircuitate, se roteste butonul de reglaj al zeroului electric si se verifica posibilitatea de a deplasa acul indicator al aparatului in jurul reperului zero la stanga si la dreapta acestuia, in mod continuu si fara dificultati. Aceasta proba se face pe toate scarile de masurare si pe toate modurile de lucru ale voltmetrului ( tensiune continua, tensiune alternativa selectiv etc).

Verificarea dispozitivului de calibrare se face dupa o functionare de cel putin 30 de minute a voltmetrului. Se procedeaza in conformitate cu indicatiile din cartea tehnica a aparatului cu privire la calibrare si se roteste butonul de calibrare, verificandu-se posibilitatea de a deplasa acul indicator in jurul reperului de calibrare, la stanga si la dreapta acestuia, in mod continuu si fara dificultati.

Verificarea indicatiilor la frecventa de referinta se face fie cu ajutorul unei surse etalon de tensiune alternativa sinusoidala, fie prin comparatia indicatiilor voltmetrului de verificat cu indicatiile unui voltmetru etalon sau ale unui dipozitiv etalon de masurare a tensiunii alternative.

Voltmetrul de verificat va fi pus in functiune conform indicatiilor din cartea tehnica a aparatului. Operatiile de aducere la zero si de calibrare - daca sunt prevazute - se vor face atat de des cat vor fi necesar, astfel incat in orice moment voltmetrul sa fie corect reglat si calibrat.

Voltmetrele selective vor fi acordate, inainte de masurare, pe frecventa tensiunii aplicate, cautandu-se maximul indicatiei ( chiar daca frecventa indicata pe scara de frecventa a voltmetrului nu coincide exact cu frecventa tensiunii aplicate).

In mod obisnuit, voltmetrele electronice au intrare nesimetrica. Daca voltmetrul de verificat    are si intrare nesimetrica si intrare simetrica, toate verificarile se vor face pe intrarea nesimetrica; in plus se va face o verificare pe intrarea simetrica, la un singur reper al unei singure scari. Daca voltmetrul de verificat are numai intrare simetrica, toate verificarile trebuie facute in montaj simetric fata de masa.

La frecvente inalte, conexiunile se vor face cu cabluri coaxiale corespunzatoare ,folosind conectoarea in T, daca este necesar.

Sursa de tensiune etalon, voltmetrul etalon sau dispozitivul de tensiune etalon trebuie sa aiba erori de cel mult 1/3 din erorile tolerate de voltmetrul de verificat. Intervalul de masurare trebuie sa fie suficient de larg pentru a acoperi intervalul de masurare al voltmetrului de verificat.

Coeficientul de distorsiuni neliniare al tensiunii alternative masurate trebuie sa fie de maximum 0,5%: in cazul in care aceasta conditie nu este indeplinita, trebuie intercalat un filtru trece-jos sau trece-banda intre sursa de tensiune si voltmetrul de verificat pentru a reduce armonicile de ordin superior.

Amplitudinea tensiunii de masurat trebuie sa fie reglabila fin, iar instabilitatea ei in timp de 3 minute nu trebuie sa fie mai mare de 1/10 din valoarea erorii tolerate a voltmetrului de verificat.

Verificarea indicatiilor cu ajutorul unei surse etalon de tensiune alternativa sinusoidala se face conform schemei bloc din fig.13, in care:

Verificarea se executa prin reglarea tensiunii data de sursa etalon pana cand acul indicator al voltmetruului de verificat este adus pe reperul dorit.

Eroarea se calculeaza cu relatia:

unde

- tensiunea indicata de voltmetrul de verificat ;

- tensiunea indicata de sursa de tensiune etalon ;

- tensiunea corespunzatoare extremitatii scarii voltmetrului de verificat.

Verificarea indicatiilor se face la toate reperele numerotate ale scarii, pe una din scarile de masurare (de preferinta o scara mijlocie, corespunzatoare unei tensiuni de 1 V) si la cel putin cate 3 repere pe fiecare din celelalte scari de masurare (de preferinta la 1/3 , 2/3 din indicatia maxima si la extremitatea scarii).

Verificarea indicatiilor folosind un voltmetru etalon sau un dispozitiv etalon de masurare a tensiunii alternative se face conform schemei bloc din fig.14 , in care:

Tensiunea generatorului se regleaza pana cand acul indicator al voltmetrului de verificat este adus pe reperul dorit, citindu-se si valaorea tensiunii indicate de voltmetrul etalon.

unde

- tensiunea indicata de voltmetrul de verificat ;

- tensiunea indicata de voltmetrul etalon sau de dispozitivul etalon de masurare a tensiunii alternative;

- tensiunea corespunzatoare extremitatii scarii voltmetrului de verificat.

Verificarea indicatiilor folosind un voltmetru etalon si un atenuator sau divizor de tensiune se face pe baza schemei bloc din fig.15 , unde:

G - generator de tensiune alternativa;

A - atenuator etalon sau divizor de tensiune etalon;

V - voltmetru de verificat;

V_e- voltmetru etalon.

Aceasta schema se poate folosi cand voltmetrul de verificat masoara tensiuni mai mici decat voltmetrul etalon.

Atenuatorul A trebuie sa aiba, la frecventa de lucru, erori suficient de mici astfel incat eroarea totala a voltmetrului etalon si a atenuatorului sa nu depaseasca 1/3 din eroarea totala a voltmetrului de verificat.

Atenuatorul trebuie inchis pe impedanta sa nominala, de valoare neglijabila in comparatie cu impedanta de intrare a voltmetrului de verificat     (eroarea relativa introdusa este aproximativ R_A/R_r, unde R_A este rezistenta de iesire a atenuatorului, iar R_r este rezistenta de intrare a voltmetrului de verificat).

La frecvente inalte trebuie sa se ia masuri pentru adaptarea dintre generator, atenuator si voltmetru.

In locul atenuatorului se poate folosi un divizor de tensiune rezistiv, de tipul celor utilizate la compensatoarele de curent continuu sau realizat din rezistoare in decade. Aceasta solutie este recomandabila numai la frecvente de 1000 Hz si cu conditia ca divizorul de tensiune respectiv rezistorul in decade sa aiba certificat de etalonare la aceasta frecventa.

Verificarea indicatilor se face in modul, cu deosebirea ca eroarea se calculeaza cu formula:

unde

-tensiunea indicata de voltmetrul de verificat;

-tensiunea indicata de voltmetrul etalon;

-tensiunea corespunzatoare extremitatii voltmetrului de verificat;

-raportul de divizare al atenuatorului.

Verificarea raspunsului cu frecventa se face:

la un singur reper al unei singure scari de masurare, in cazul voltmetrelor cu cap de proba ;

la cate un singur reper pe 3 scari de masurare diferite ( de preferinta scara minima, o scara intermediara si o scara maxima ) la toate celelalte voltmetre .

Reperul pentru care se face verificarea se alege in ultima treime a scarii

Pentru verificare se poate folosi schema din figura 2 sau schema din figura 3 in care V_e trebuie sa fie un voltmetru electronic sau un dispozitiv etalon de frecventa sau cu raspuns in frecventa cunoscut la toate frecventele de lucru ale voltmetrului de verificat . In cazul folosirii schemei din figura 3 atenuatorul A trebuie sa aiba o atenuare independenta de frecventa, la frecventele de lucru ale voltmetrului de verificat.

Verificarea se face in modul urmator:

la frecventa de referinta se regleaza tensiunea generatorului pana cand voltmetrul de verificat are o anumita indicatie, la un reper din ultima treime a scarii, si se noteaza tensiunea indicata de voltmetrul etalon. Se variaza frecventa in intervalul de lucru si de fiecare data se regleaza tensiunea generatorului, astfel incat indicatia voltmetrului de verificat sa ramana aceeasi: se noteaza la fiecare frecventa indicatia voltmetrului etalon. Se calculeaza eroarea suplimentara de frecventa cu formula:

in care :

- indicatia voltmetrului etalon la frecventa de referinta;

- indicatia voltmetrului etalon la frecventa f.

Verificarea se face la mai multe frecvente si in orice caz la frecventele extreme (minima si maxima) ale intervalului frecventelor de lucru ale voltmetrului de verificat.

OBSERVATIE Deoarece la aceasta proba, in vecinatatea frecventelor maxime de lucru, influenta unor factori perturbatori este importanta, trebuie luate precautii pentru utilizarea unor conductoare de conexiune scurte si ecranate ( capul de proba se conecteaza direct, fara conductoare suplimentare ), evitarea buclelor, etc.

Verificarea impedantei de intrare se face numai la prima verificare dupa reparatie. Ea se face prin masurarea separata a rezistentei de intrare si a capacitatii de intrare, cu voltmetrul in functiune, la frecventa de referinta sau la o frecventa de cel mult 10 ori mai mare decat aceasta.

Se fixeaza pe rezistorul in decade o rezistenta zero si se regleaza tensiunea generatorului astfel incat indicatia voltmetrului sa fie in ultima treime a scarii. Se variaza apoi rezistenta mentinand constanta tensiunea generatorului, pana cand tensiunea indicata de voltmetru scade la jumatate. Rezistenta de intrare a voltmetrului este in acest caz egala cu rezistenta in decade. Practic aceasta metoda se poate folosi numai la frecventa de 1000 Hz. Capacitatea de intrare se masoara cu o punte de capacitati.

Verificarea atenuarii pe octava se face la voltmetrele selective, la frecventa de referinta, pe o singura scara de masurare si pentru un singur reper. Se foloseste montajul din figura 2 in care V_e poate fi un voltmetru electronic cu o clasa de precizie oarecare dar care trebuie sa functioneze la frecventa de referinta a voltmetrului de verificat si la dublul acestei frecvente

Se acordeaza voltmetrul selectiv. Se regleaza tensiunea generatorului pana cand se obtine o indicatie a voltmetrului de verificat in ultima treime a scarii. Se dubleaza apoi frecventa generatorului si, fara a modifica acordul voltmetrului de verificat, se mareste tensiunea generatorului pana cand voltmetrul de verificat are o indicatie egala cu cea precedenta. Atenuarea pe octava se calculeaza cu formula:

In care :

- tensiunea indicata de voltmetru la frecventa de referinta;

- tensiunea indicata de voltmetru la o frecventa egala cu dublul frecventei de referinta;

Verificarea scarii de frecventa , la voltmetrele selective, se face la toate reperele numerotate cu ajutorul montajului din fig.17 , in care:

G - generator de tensiune alternativa;

F - frecventmetru etalon;

V - voltmetru selectiv de verificat.

Generatorul G trebuie sa aiba frecventa variabila continuu in limitele frecventelor de lucru ale voltmetrului de verificat. Eroarea frecventmetrului etalon nu trebuie sa depaseasca 1/5 din eroarea tolerata a scarii de frecventa a voltmetrului de verificat. Daca aceasta conditie este indeplinita de generatorul G, se pot utiliza indicatiile acestuia fara a se mai introduce in montaj frecventmetrul.

Voltmetrul selectiv de verificat se regleaza pe o scara de masurare oarecare, cu indicatorul frecventei fixat pe reperul care urmeaza sa fie verificat. Se variaza frecventa generatorului pana cand se obtine maximul indicatiei voltmetrului selectiv (pentru a se putea observa precis acest maxim, este recomandabil ca tensiunea generatorului sa fie astfel aleasa, incat indicatiile voltmetrului sa fie situate in ultima treime a scarii). Eroarea de frecventa a voltmetrului selectiv, exprimata in procente, se calculeaza cu formula:

unde

- frecventa indicata de voltmetrul selectiv;

- frecventa indicata de frecventmetrul etalon.

Verificarea voltmetrului in curent continuu se face prin comparatie cu un voltmetru etalon cu clasa de precizie 0,1 sau 0,2 sau cu ajutorul unei surse etalon de tensiune continua.

Verificarea se face la toate reperele numerotate ale uneia din scari si la cate trei repere pe fiecare din celelalte scari.

5. Prelucrarea si prezentarea rezultatelor

Erorile voltmetrului electronic de verificat se determina cu ajutorul formulelor de mai sus.

Rezultatele verificarii se trec intr-un buletin de verificare sau certificat de etalonare in care se consemneaza datele de identificare ale aparatului supus verificarii si conditiile de lucru.

Voltmetrele electronice sunt admise la verificare daca se incadreaza in prevederile prezentei norme.

Voltmetrele electronice care nu indeplinesc vreuna din conditiile prezentei norme se resping la verificare.

La aparatele respinse, se vor specifica in buletinul de verificare motivele respingerii.

6. Marcarea

Voltmetrele electronice admise la verificare se marcheaza cu marca metrologica de verificare aplicata    la loc vizibil.

Voltmetrele electronice respinse la verificare nu se marcheaza, iar utilizarea lor este interzisa.