4.16. Фотоэлектрические измерительные преобразователи тока
Фотоэлектрический метод измерения силы тока ВЧ путем использования метода замещения постоянным током в силу малой инерционности фотоламп и нечувствительности к воздействию внешних электромагнитных полей нашел применение в нашей стране в рабочих и эталонных СИ СПТ. По эксплуатационным качествам фотолампы сравнимы с термопреобразователями.
Принцип действия ФЭП основан на фотоэлектрическом преобразовании переменного тока, подлежащего измерению, в постоянный.
Датчиком света служит лампочка накаливания, на которую подается ток ВЧ. Световой поток поступает в волоконный световод и регистрируется фотодиодом на выходе световода. Фотодиод подключается к входу регистрирующего устройства. Для исключения влияния нестабильности световой отдачи фотолампы, а также нестабильности других элементов ФЭП применяют компарирование тока ВЧ с постоянным током. Зависимость между показаниями индикатора регистрирующего устройства и током Iф в фотолампе выражается формулой:
(6)
ФЭП имеют высокую чувствительность, что создаст предпосылки для разработки на их основе амперметров достаточно высокой точности. Преимуществом ФЭП является то, что связь между преобразующим элементом и системой индикации осуществляется на значительном расстоянии оптическим путем и тем самым исключается их взаимное влияние. Это уменьшает частотную зависимость при измерениях тока ВЧ фотоэлектрическим методом и дает возможность производить измерения в цепи со значительным потенциалом относительно земли, что невозможно при термоэлектрическом методе измерения тока.
Во ВНИИФТРИ еще в 80-х годах был разработан и внедрен в метрологическую практику комплект фотоламп ФЛ1...ФЛ6 с основными техническими характеристиками, указанными в таблице 2. ФЭП с этими лампами используют при частотах до 1 ГТц.
Таблица 3.2 Основные технические характеристики фотоламп
ТипФЛ |
ФЛ1 |
ФЛ2 |
ФЛЗ |
ФЛ4 |
ФЛ5 |
ФЛ6 |
Пределы измерений, I, мА
|
40...85 |
80...155 |
145...286 |
270...500 |
450... 750 |
675... 1000 |
Диаметр нити накала, мкм |
14 |
22 |
33 |
45 |
60 |
80 |
4.17. Электродинамические приборы
Точное измерение тока на высоких частотах осуществляется бесконтактным методом с помощью электродинамического амперметра (ЭДА). Его диапазон измерений 1…20 А в диапазоне частот 0,1…300МГц. В соответствии с уравнением измерений имеет вид:
(7)
Где, I- измеряемый ток высокой частоты;
C- постоянная времени ЭДА, зависящая от механических и геометрических параметров электродинамической системы; Т, Т0- периоды колебаний подвижной системы ЭДА, соответственно, при протекании тока и без него.
В выражение (7) входит постоянная времени ЭДА, значение которой можно определить расчётным путём или экспериментально.
Рассмотрим электродинамический измеритель тока с короткозамкнутым витком, висящем на тонком упругом подвесе во внутренней полости коаксиальной линии. Для снижения нижнего частотного предела ЭДА в качестве чувствительных элементов используются кольца из проводника трубчатого сечения.
Действующий на кольцо вращающий момент
(8)
где: I - ток в линии;
L12 - взаимоиндукция между кольцом и линией;
L - самоиндукция кольца;
R - активное сопротивление кольца;
- угол отклонения кольца от плоскости поперечного сечения линии;
-
угловая частота измеряемого тока.
Обычно используется начальный квазилинейный участок зависимости вращающего момента М от угла . В этом случае период свободных колебаний подвижной системы
(9)
где J - момент инерции подвижной системы.
При индикации по периоду колебаний, измеряемый ток
(10)
Где, То - период собственных колебаний, т.е. тока;
С - постоянная прибора, равная
(11)
или с некоторым приближением
(11а)