2.3. Применение магнитоэлектрических измерительных приборов с
дополнительными входными измерительными преобразователями
Особенностью
применения магнитоэлектрических
измерительных приборов на переменном
токе является необходимость использования
дополнительного входного измерительного
преобразователя, который изменяет
измеряемую физическую величину
качественно.
Это приводит к изменению названия
прибора. Поскольку в качестве таких
приборов чаще всего используются
выпрямительные измерительные
преобразователи, то такие магнитоэлектрические
измерительные приборы называются
выпрямительными
.
Рис.6
Выпрямительные преобразователи, применяемые с магнитоэлектрическими измерительными приборами, бывают: однополупериодные, двухполупериодные. Это означает, что если мы имеем измеряемый переменный ток, то на выходе однополупериодного измерительного преобразователя ток имеет вид (рис.6,б), а на выходе двухполупериодного преобразователя – вид (рис.6,в). Токи (рис.6,б) и (рис.6,в) выпрямленные, т.е. в них имеется постоянная составляющая. Они также называются пульсирующими.
Среднее значение тока за период определяется по формуле:
Электрическая схема однополупериодного выпрямительного ИПр имеет вид:
Рис. 7
Диод VD2 защищает диод VD1 от пробоя. Резистор R’ выбирают примерно равным внутреннему сопротивлению ИП, которое определяется внутренним сопротивлением рамки с током, чтобы выровнять токи в соответствующих ветвях.
Электрическая схема двухполупериодного выпрямительного ИПр имеет вид:
Рис. 8
Правило безошибочной расстановки диодов в измерительном мосту (рис. 8): первый диод – произвольно. К узлам 1 и 3 приложено переменное напряжение, а к узлам 2 и 4 – выпрямленное.
Во время положительного
полупериода измеряемого напряжения
,
ток течёт через диод VD2,
VD3
– закрыт, через нагрузочное сопротивление
R’,
ИП, VD4
и к выводу «-» измеряемого напряжения.
В отрицательный
полупериод полярность
меняется, ток течёт от «+» через VD3,
VD2
– закрыт, R’,
ИП, VD1
и к выводу «-» измеряемого напряжения.
В течение каждого полупериода работают 2 диода в противоположных ветвях моста и соединяются параллельно.
Свойства выпрямительных ИП в значительной мере определяются свойствами полупроводниковых диодов, на которых построены выпрямительные ИПр.
Вольтамперная характеристика (ВАХ) диода имеет вид:
Рис. 9. ВАХ диода
Поскольку ВАХ диода нелинейная, то шкала выпрямительного ИП – неравномерная (сжатая на начальном участке). Нелинейность шкалы приводит к большой погрешности при измерении токов и напряжений малых уровней.
Внутреннее сопротивление существенно зависит от температуры и частоты. Если не принимать дополнительных мер, то эти приборы характеризуются большой температурной и частотной составляющими погрешности. С увеличением температуры внутреннее сопротивление диода уменьшается, а с увеличением частоты внутреннее сопротивление диода растёт.
Необходимо принимать меры по стабилизации тока. С этой целью схему выпрямительного ИПр преобразовывают:
Рис. 10
- резистор,
предназначенный для компенсации
температурной погрешности, проволочный,
выполнен из медной проволоки с
.
Тогда с увеличением температуры
сопротивление
растёт, компенсируя уменьшение внутреннего
сопротивления диода. А второй резистор
,
частично шунтируя импеданс, выполнен
из манганина с высокостабильным
сопротивлением. С ростом частоты
проявляется действие паразитной
межвитковой ёмкости, которая шунтирует
часть этого сопротивления. Ток возрастает,
компенсируя уменьшение тока из-за
увеличения внутреннего сопротивления
диода с ростом частоты.
Свойства выпрямительных измерительных приборов
1. Свойства таких ИП определяются свойствами полупроводниковых диодов, на которых строятся выпрямительные ИПр.
2. Шкала выпрямительных
ИПр, как правило, неравномерная: в начале
она сжата, начиная с
шкала равномерная. Из-за этого напряжения
малых уровней измеряются с существенной
погрешностью. Класс точности таких ИП
1,0 и выше.
3. Выпрямительные ИП работают в широком частотном диапазоне (от нескольких десятков герц до десятков мегагерц).
4. Результаты
измерений зависят от формы измеряемого
напряжения. Это является существенным
недостатком. Для напряжения сложной
формы среднеквадратическое значение
напряжения рассчитывается следующим
образом:
,
где
- отсчёт по шкале ИП,
- коэффициент формы для исследуемого
напряжения,
.
5. Невысокая точность обусловлена свойствами полупроводниковых диодов, зависимостью их внутреннего сопротивления от температуры, частоты и приложенного напряжения.