Grandezze fisiche e loro misurazione PDF

Questa voce o sezione sull’argomento strumenti di misura non cita le fonti necessarie o quelle presenti grandezze fisiche e loro misurazione PDF insufficienti. Gli strumenti di misura delle grandezze elettriche si possono suddividere in base al principio di funzionamento e in base al tipo di corrente presente nel circuito da misurare.


Författare: Michele Giugliano.

Metrologia, calcolo numerico, calcolo combinatorio e delle probabilità.

Gli strumenti indicatori analogici possiedono un equipaggio mobile che, quando è attraversato dalla corrente elettrica è sollecitato da una coppia motrice che dipende dal valore dalla corrente medesima e da una coppia antagonista, che si oppone alla coppia motrice, e che cresce in funzione dall’angolo di deviazione. In azzurro sono evidenziate le molle antagoniste. Se si inverte il verso della corrente che attraversa la bobina, si inverte anche il verso della coppia motrice. Se questo strumento viene attraversato da una corrente alternata l’equipaggio mobile oscillerà leggermente nella posizione di assenza di corrente visto che la coppia motrice, anch’essa alternata, sarà di valore medio nullo. Per questo motivo gli strumenti magnetoelettrici non sono utilizzabili per correnti alternate, e per funzionare correttamente con le correnti continue necessitano della segnatura di entrata dello strumento. Questo strumento è quasi insensibile alle perturbazione di campi elettrici e magnetici esterni, visto che il magnete permanente possiede un campo di intensità decisamente elevata. Gli strumenti elettromagnetici sono basati sulle forze che si esercitano tra una bobina, attraversata da una corrente elettrica, ed un piccolo pezzo di ferro dolce sagomato.

In pratica, all’interno dello strumento, esiste una bobina fissa e l’equipaggio mobile è costituito da un piccolo pezzo di ferro magnetico rigidamente fissato all’asse dello strumento. La coppia motrice dello strumento dipende dal prodotto di due grandezze, la prima grandezza è la corrente che circola nella bobina, la seconda grandezza è il campo magnetico generato dal pezzo metallico presente. Cioè nella media dei valori istantanei della corrente. La coppia antagonista di questi strumenti può essere generata da una coppia di molle, ma può essere utilizzata anche la gravità terrestre applicata al pezzo di ferro mobile fissato eccentricamente all’asse dello strumento.

Questi strumenti sono usati soprattutto negli indicatori da pannello visto la non grande precisione. Per questo motivo questi strumenti non sono molto precisi e vanno utilizzati solamente nella posizione prevista dal costruttore. Gli strumenti elettromagnetici a repulsione sono costituiti da una bobina cilindrica dove al suo interno è meccanicamente fissato un pezzo di ferro aderente alla bobina medesima. Gli strumenti elettrodinamici si basano sul principio delle interazioni esistenti tra due circuiti percorsi da correnti elettriche. Questo tipo di strumento è costituito da due bobine: una fissa ed una mobile. La bobina fissa è un po’ più grande rispetto alla bobina mobile in modo che la bobina mobile si possa muovere all’interno di quella fissa. In realtà la bobina fissa si compone di due bobine fisse, identiche tra loro, e leggermente separate tra loro.

Al centro, nello spazio tra le due bobine, è presente l’asse dell’equipaggio mobile sul quale si trova l’ago dello strumento. Questa dipendenza tra la coppia motrice ed il prodotto delle correnti non è perfettamente proporzionale perché dipende anche dall’angolo con cui il campo magnetico, generato dalla bobina fissa, incontra i fili che compongono la bobina mobile. Il principio di funzionamento rimane identico anche se le correnti circolanti sono correnti alternate. Se facciamo circolare due correnti elettriche alternate avremo una coppia motrice alternata, di frequenza doppia rispetto alle correnti che l’hanno generata, e data dal prodotto istantaneo delle due correnti. La coppia antagonista è data da due molle o, nel caso di strumenti molto sensibili, dalla torsione del filo di sospensione della bobina mobile. Per poter ridurre queste influenze, l’utilizzatore dovrà avere molta cura nel montaggio del circuito elettrico e deve avere anche molta esperienza.

Questi sono degli strumenti di grande pregio perché la coppia motrice, nonostante sia molto piccola, è praticamente proporzionale al prodotto delle due correnti e dal coseno dell’angolo di sfasamento. Questi strumenti sono ideali per misurare correnti elettriche alternate e possono essere utilizzati anche per misurare correnti elettriche continue, sebbene per queste ultime occorra sempre preferire gli strumenti magnetoelettrici. Per creare una coppia molto più grande e uno strumento molto più robusto sotto il profilo meccanico ed anche insensibile ai campi esterni le bobine possono essere avvolte intorno a dei nuclei di ferro speciale: gli strumenti così costruiti vengono comunemente chiamati strumenti ferrodinamici. Questo artificio provoca un errore, dovuto a fenomeni di isteresi nel ferro, che non garantisce più la perfetta proporzionalità tra corrente elettrica e campo magnetico da essa generato. Gli strumenti termici si suddividono in due grandi famiglie.

Joule grazie ad una corrente che lo percorre. Uno strumento così congegnato è molto sensibile alle variazioni termiche ambientali. Per renderlo insensibile alle variazioni termiche ambientali si installa, sull’asse dello strumento, una nuova spirale bimetallica, identica alla precedente, e avvolta in senso contrario. In questo modo abbiamo, sull’asse dello strumento, due spirali bimetalliche, la prima riscaldata dal resistore, la seconda è invece tenuta alla temperatura ambiente. Gli strumenti a dilatazione termica possiedono, in genere, una coppia motrice abbastanza grande, Questo fatto viene sfruttato per poter collegare all’indicatore dello strumento un indicatore di massima. Gli strumenti a termocoppia si possono suddividere in due grandi famiglie.

Strumenti a termocoppia a riscaldamento diretto. Strumenti a termocoppia a riscaldamento indiretto. La coppia termoelettrica è saldata sul conduttore medesimo. Gli strumenti a termocoppia a riscaldamento indiretto sono concettualmente identici agli strumenti a termocoppia a riscaldamento diretto, differendosi da questi per il fatto che la termocoppia non è saldata sul filo che si scalda. La termocoppia è riscaldata per conduzione termica o per irraggiamento termico. Nel caso si debba misurare una corrente ad alta frequenza è, però, molto meglio utilizzare gli amperometri a termocoppia a riscaldamento indiretto perché la capacità parassita dello strumento è inferiore. Tutti gli strumenti a termocoppia non possono sopportare nessun sovraccarico, visto la già grande temperatura della termocoppia.

Gli strumenti elettrostatici si basano sul principio delle forze elettrostatiche che si manifestano tra le armature metalliche sottoposte a una differenza di potenziale. Vediamo, in linea di principio, come si possono costruire. Sono essenzialmente costituiti da una coppia di armature metalliche, di forma e dimensioni opportune, affacciate tra di loro. Un’armatura è fissa e costituisce l’equipaggio fisso, l’altra è libera di muoversi, rispetto alla precedente, ed è l’equipaggio mobile. Su quest’ultima è, in varie modalità, fissato l’indice dello strumento.