4.9.Выпрямительные приборы

Для измерения тока и в цепях повышенной частоты широко применяют выпрямительные приборы, состоящие из выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрического микро- или миллиамперметра (рис.3.16, а). В качестве выпрямительных элементов используются полупроводниковые (германиевые или кремниевые) диоды, выпрямляющее действие которых определяется коэффициентом выпрямления

где I_пр и I_об – прямой и обратный токи; R_пр и R_об – прямое и обратное сопротивление диода.

Коэффициент выпрямления зависит от частоты и значения преобразуемой электрической величины и от температуры окружающей среды. С повышением частоты часть тока ответвляется через внутреннюю емкость диода и коэффициент выпрямления уменьшается.

В ыпрямительные приборы работают по схемам одно- или двухполупериодного выпрямления (рис.14, б) ток в течение положительного полупериода проходит по измерительной ветви (открыт диод Д₁ и витки катушки миллиамперметра), в течении отрицательного полупериода – по защитной ветки (диод Д₂ и резистор R). Обе ветви идентичны, сопротивление резистора R равно сопротивлению катушки миллиамперметра R_a . Через диод Д₁ проходит пульсирующий ток i (рис.3.16, в), а показания миллиамперметра пропорционально постоянной составляющей тока или среднему значению I_ср. Если измеряемый ток синусоидальной формы, то

В схеме с двухполупериодного выпрямления (рис.3.16, г) измеряемый ток в течение положительного полупериода проходит по цепи Д₁ – миллиамперметр – Д₃ , а в течение отрицательного – Д₂ – миллиамперметр – Д₄. Показания миллиамперметра пропорционально средневыпрямленному значению переменного тока. Для синусоидального тока (рис.14, д)

Шкалу выпрямительного прибора всегда градуируют в среднеквадратических значениях тока синусоидальной формы. Значит, все оцифрованные деления шкалы умножают на коэффициент формы : . Главными источниками погрешностей выпрямительных приборов являются: погрешность градуировки миллиамперметра; емкость диодов; изменение температуры окружающей среды; выход частоты за пределы рабочего диапазона; отклонение формы кривой измеряемого тока от синусоидальной.

Д ля измерения больших токов применяют приборы со схемой, представленной на рис. 3.17, а. Здесь резисторы R являются шунтами для каждого полупериода тока. В многопредельных амперметрах набор таких шунтов помещают внутри корпуса и переключают наружным ручным переключателем. Выпрямительный вольтметр состоит из миллиамперметра и добавочного резистора R_д (рис.3.17, а). Добавочные резисторы располагаются внутри корпуса многопредельного вольтметра и переключают их при изменении предела измерения.

Выпрямительные приборы получили широкое распространение в качестве комбинированных измерителей постоянного и переменного тока и напряжения. Снабженные источником постоянного напряжения, они могут использоваться для измерения электрического сопротивления.

4.10. Аналоговые электронные вольтметры

В отличие от вольтметров электромеханической группы электронные вольтметры постоянного тока имеют высокие входное сопротивление, чувствительность и малое потребление тока от измерительной цепи.

Вольтметры постоянного тока непосредственной оценки выполняются по структурной схеме, приведенной на рис. 3.10. Основными элементами структурной схемы являются входное устройство, усилитель постоянного тока (УПТ) и измерительный прибор магнитоэлектрической системы. Входное устройство содержит входные зажимы, делитель напряжения, предварительный усилитель. Высокоомный делитель на резисторах служит для расширения пределов измерения. Усилитель постоянного тока служит для повышения чувствительности вольтметра и является усилителем мощности измеряемого напряжения до значения, необходимого для создания достаточного вращающего момента у измерительного прибора.

К усилителям постоянного напряжения предъявляются такие требования, как высокая линейность амплитудной характеристики, постоянство коэффициента усиления

Рис. 3.4. Структурная схема электронного вольтметра постоянного тока

и малый температурный и временной дрейфы нуля

Высокая линейность амплитудной характеристики обычно достигается правильным выбором режимов работы электронных приборов усилителя, а также применением отрицательной обратной связи, которая повышает стабильность коэффициента усиления. Стабилизации коэффициента усиления усилителя способствует также стабилизация питающего напряжения.

Из различных схем усилителей постоянного тока наиболее удачно разрешаются указанные проблемы в мостовых балансных схемах. Применение балансной схемы позволяет снизить требования к стабильности питающих напряжений, так как при изменении этих напряжений сопротивления плеч моста изменяются примерно одинаково и баланс моста не нарушается. Нестабильность нулевого отсчета в балансных схемах сохраняется, но она оказывается значительно ниже, чем у обычного УПТ.