Магнитоэлектрические приборы с преобразователями переменного тока в постоянный.
Описанные выше приборы не решают многих проблем, возникающих при измерении на переменном токе: электромагнитный и электродинамический — низкочастотны, электростатический обладает низкой чувствительностью. Применение магнитоэлектрического механизма в сочетании с преобразователем позволяет существенно расширить возможности измерений на переменном токе. По типу преобразователя данные приборы делятся на выпрямительные и термоэлектрические. Описание свойств схем представлено в табл. 5.3.
Таблица 5.3. Магнитоэлектрическая система с преобразователями
Наименование системы, функциональная схема | Уравнение шкалы, применение | Частотный диапазон, класс точности, потребление мощности |
Выпрямительная система | где Переносные многопредельные амперметры-вольтметры на постоянный и переменный ток | F=0...100кГц Класс точности 2,5...4 на переменном токе, 1,5 на постоянном токе. Рсо6=10-4...10-3Вт |
Термоэлектрическая система: 1 - нагреватель; 2 -термопара | где A - коэффициент, учитывающий параметры нагревателя термопары и прибора. Амперметры на повышенную частоту. | F=0... 10МГц Класс точности 1,5. ..4,0 Рсо6=0,01...1Вт |
Выпрямительные приборы состоят из полупроводникового преобразователя переменного тока в постоянный и магнитоэлектрического прибора. Основным узлом электрической схемы выпрямительного прибора является преобразователь. Для его построения широко используются полупроводниковые диоды. Применение полупроводниковых диодов основано на явлении нелинейной зависимости между приложенным напряжением и протекающим через них током. Вследствие нелинейности характеристики диода спектр протекающего через него тока содержит составляющие частот, кратных частоте измеряемого напряжения, а также постоянную составляющую, отражающую информацию о значении измеряемой величины.
Технически удобнее выделить постоянную составляющую выходного тока (или напряжения), значение которой связано определенной функциональной зависимостью с измеряемым напряжением, и которая может служить сигналом измерительной информации. В этом случае основные операции, выполняемые электрической схемой вольтметра — преобразование измеряемого напряжения с помощью нелинейного устройства, выделение постоянной составляющей и ее измерение показывающим измерительным прибором.
Схема преобразователя может строиться разными способами, но в результате через измерительный механизм протекает однополярный пульсирующий ток (двухполупериодный или однополупериодный).
В табл. 5.3 показан простейший двухполупериодный (двухтактный) диодный выпрямитель. В силу того, что магнитоэлектрическая измерительная система реагирует на постоянный (средневыпрямленный) ток, показания прибора будут пропорциональны средневыпрямленному значению переменного тока или напряжения. Данное обстоятельство является очень существенным, так как приборы проградуированы в средних квадратических значениях синусоидального тока. Это значит, что на шкале прибора представлено не то значение, на которое реагирует прибор (т.е. средневыпрямленное), а величина, умноженная на коэффициент формы синусоиды Kф = 1,11.
При измерении параметров переменного негармонического сигнала, практически всегда возникает методическая погрешность. Например, при градуировке измерительного прибора на синусоидальном токе точке шкалы в 100 В соответствовало с редневыпрямленное значение напряжения 90 В. Если на этот измерительный прибор подать напряжение, имеющее форму меандра с параметрами, изображенными на рисунке (напомним, что у такого сигнала Ка = Кф = 1, т.е. Um = U = Ucpв ≈ 90 В), его показания также будут около 100 В (1,11 С/срв) и абсолютная погрешность измерения напряжения составит: ∆ = 100-90 = 10 В.
Выпрямительные приборы применяются как комбинированные измерители постоянного и переменного тока и напряжения с пределами измерения тока от 1 мА до 600 А, напряжения от 0,1 до 600 В.
Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется применяемыми диодами. Так, использование точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений на частотах 50... 105 Гц. Основными источниками погрешностей приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружающей температуры, а также отклонение формы кривой измеряемого тока или напряжения от той, при которой произведена градуировка прибора. Выпрямительные приборы выполняются в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных измерительных приборов. К этому типу измерительных приборов относится так называемый - тестер.
Термоэлектрическая система — приборы состоят из термоэлектрического преобразователя и магнитоэлектрического микроамперметра. Термопреобразователь включает нагреватель, по которому протекает измеряемый ток, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС. В цепь термопары включен микроамперметр, измеряющий термоток. Рабочий спай термопары находится в тепловом контакте с нагревателем. Нагреватель представляет собой тонкую проволоку из металлического сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин). Еще более тонкие проволочки из термоэлектродных материалов применяют для изготовления термопары. При прохождении измеряемого тока через нагреватель, место его контакта с термопарой нагревается до температуры нагрева, а холодный спай остается при температуре окружающей среды. Функционирование прибора основано на тепловом действии тока, и поэтому магнитоэлектрический прибор с термоэлектрическим преобразователем измеряет среднее квадратическое значение переменного тока любой формы.
Термоэлектрические приборы применяют в основном для измерения токов. В качестве вольтметров они практически не используются, так как их входное сопротивление чрезвычайно мало. Достоинством термоэлектрических приборов является широкий частотный диапазон (до 10 МГц). Недостатки: невысокая чувствительность, низкий класс точности (1,5...4,0), большое потребление энергии из измерительной цепи.
Значения этих коэффициентов для наиболее употребляемых в радиотехнических цепях и средствах измерения видов сигналов и соотношения между ними даны в табл. 5.1, где все величины напряжений обозначены буквой и.
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 3643;