Магнитоэлектрические приборы с преобразователями

Из анализа характеристик рассмотренных электромеханических приборов следует, что  приборы магнитоэлектрической системы по сравнению с другими приборами обладают рядом существенных достоинств,  однако для применения их  в цепях переменного тока необходимо преобразование переменного тока в постоянный.

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный могут использоваться:

1 - термопреобразователи, такие приборы называются термоэлектрическими;

2 - полупроводниковые диоды, такие приборы называются выпрямительными.

Термоэлектрические вольтметры

Термоэлектрические вольтметры представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с одной или несколькими термопарами. Термопреобразователь включает в себя нагреватель, по которому протекает измеряемый сигнал, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС.   В цепь термопары включен микроамперметр, измеряющий термоток. Под действием измеряемого тока i(t) в нагревателе выделяется тепловая энергия Q, величина которой пропорциональна квадрату измеряемого тока. Выделяемое тепло  обеспечивает нагревание термопары, приводящее к возникновению термоЭДС и соответственно термотока iT(t), протекающего через микроамперметр iпр(t). Поскольку переменный ток преобразуется  в постоянный путем превращения электрической  энергии в тепловую, прибор будет откликаться на среднеквадратическое значение измеряемого напряжения и градуироваться также в этих значениях, т.е. с = 1.

Рисунок 7.3   4.1

i(t) → Q = k·i(t) → ET → iT(t) = iпр(t)

Vотк = Vск                                                                              (7.10)

Vград = Vск                                                                             (7.11)

с = 1

                                                                              (7.12)

Достоинства:

1)      С=1 означает, что показания такого прибора не зависят от формы измеряемых напряжений;

2)      можно производить градуировку на постоянном токе;

3)      широкий диапазон рабочих частот (до 10 МГц).

Недостатки:

1)      малый срок службы термопары даже при нормальных условиях эксплуатации;

2)      чувствительность термопары к электромагнитным, механическим и другим воздействиям;

3)      необходимость применения измерительного механизма повышенной чувствительности.

Чаще всего на основе термоэлектрической системы конструируют высокочастотные амперметры, измеряющие токи  в достаточно широком диапазоне частот.

Выпрямительные приборы

Выпрямительные приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с одним или несколькими полупроводниковыми преобразователями. Основные операции, выполняемые схемой такого прибора следующие: преобразование измеряемого напряжения с помощью полупроводникового диода, выделение постоянной составляющей и ее измерение с помощью магнитоэлектрического прибора.

В зависимости от схемного решения различают выпрямительные приборы:

а) с однополупериодным выпрямлением;

б) c двухполупериодным  выпрямлением.

Магнитоэлектрический прибор реагирует на постоянный (средневыпрямленный) ток, т. е.

Выпрямительный прибор будет откликаться на средневыпрямленное значение, а градуироваться в среднеквадратических значениях синусоидального сигнала. Эти величины в соответствии с (4.6) связаны между собой коэффициентом усреднения, который в данных приборах будет являться коэффициентом градуировки. Это значит, что коэффициент градуировки будет отличаться от 1 (в схеме с однополупериодным выпрямлением с=2,22, с двухполупериодным выпрямлением с=1,11) и показание такого прибора будут содержать методическую погрешность, зависящую от формы измеряемого напряжения.

Упрощенные схемы выпрямительных приборов с однополупериодным (рис.7.4) и двухполупериодным (рис.7.6) выпрямлением, а также  форма токов в измерительном приборе показана на рисунках 7.5 и  7.7 соответственно.

Рисунок 7.4. 

Рисунок 7.5 

с=2.22

Рисунок 7.6.  

Рисунок 7.7 

Основные характеристики выпрямительных приборов:

Достоинства:

1)      простота конструкции;

2)      высокая чувствительность;

3)      широкий диапазон рабочих частот (50…105 Гц)

Недостатки:

1)      погрешность, обусловленная зависимостью показаний приборов от температуры;

2)      дополнительная погрешность от частоты измеряемого сигнала из-за наличия емкости

обратного перехода  полупроводникового диода.

Для уменьшения этих недостатков вводят схемы частотной и температурной компенсации.

Рисунок 7.8.

 R1 – из металла

R2 – из сплава – манганин (металл, не зависящий от температуры)

При увеличении температуры t величины сопротивлений изменяются: R1 – увеличивается, сопротивление моста Rм - уменьшается, сопротивление R2 остается постоянным, а результирующее сопротивление схемы практически не изменяется. Для компенсации частотной погрешности ставится конденсатор С.

Выпрямительные приборы выполняются в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных приборов, называемых  тестерами.