evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Гьз. МАГНИТОЭПЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ С ПРЕОБРАЗОВАТЕПЕМ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ Сочетание магнитозлектрического механизма с преобразователем переменного тока в постоянный позволяет использовать достоин- ' ства этого механизма при измеренннх в цепях перемегл1ого тока. В зависимости от вида преобразователя различают выпрямительные, тер. мозлектрические и электронные приборы. Выпрямительные приборы. Выпрямительные приборы состоя~ из полупроводникового диода н мапппоэлектрического измерительного механизма.
Диод выпрямляет измеряемый переменный ток, а магннтозлектрнческнй механизм служит индикатором, стрелка которого отклоняется под действием выпрямленного тока. Наиболее употребительны точечные кремниевые диоды, которые имеют малую собственную емкость (несколько пикофарад) н могут работать в диапазоне от низких (Π— 50 Гц) до высоких (104 — 10' Гц) частот.
Способность диода выпрямлять ток характеризуется коэффициентом выпрямлении й, представляющим собой отношение сопротивлений диода в обратном и прямом направлениях: (2.3б) а об~l пр ' Коэффициент выпрямления зависит от приложенного напряжения, частоты и температуры.
Он невелик при малых значениях напряжения (меньше десятых допей вольта), но резко возрастает при повышении напряжения. В рабочей области напряжений, частот и температур коэффициент выпрямленна диодов равен 10а — 104, В выпрямительных приборах используются однополупериодные и двухполупериодные выпрямительные цепи. Некоторые из ннх приведены 45 'г'р2 Рис. 2.10 на рис. 2.10 и 2.11 соответственно. На этих схемах показано также включение измерительного механизма амперметра А.
При однополупериодном выпрямлении (рис. 2.10) через рамку измерительного механизма, включенную последовательно с диодом УР1, ток проходит только в течение своего положительного полупериода. Во время отрицательного полупериода он проходит по параллельной цепочке через резистор В и диод И)2. Параллельная цепочка обеспечивает защиту диода РР1 от перенапряжения во время отрицательного нолупериода.
На рис. 2.10 направление прохохотения прямой волны обозначено сплошной, а обратной волны — пунктирной стрелкой, Показано также, какую форму имеют токи, протекающие в различных участках цепи. При двухполупериодном выпрямлении (рис. 2.11, а) ток проходит через рамку измерительного механизма в течение обоих полупериодов: в положительный полупериод по пути И)1 — А — И)4, в отрицательный— по пути РР2 — А — гРЗ, Двухполупериодная схема обеспечивает в 2 раза большее значение тока в рамке Уа, что повьплает чувствительность вььпрямительного прибора. Однако напряжение в этом случае делится между двумя диодами, что препятствует измерению малых напряжений из-за падения коэффициента выпрямления диодов.
Кроме того, большое количество диодов приводит к необходимости их тщательного подбора и росту температурных погрешностей. Схема на рис. 2.11, б, в которой вместо двух диодов включены резисторы Я1 и 212, несколько уменьшает влияние температуры и ослабляет требования к идентичности диодов. Однако она облацает меньшей чувствительностью и повышенным по сравнению с предыдущей схемой потреблением энергии. уравнение преобразования выпрямительного прибора можно получить исходя из следующих соображений.
Вследствие инерционности подвижной части магнитоэлектрического измерительного механизма прн частотах много больших собственной частоты механизма положение указателя зависит не от мгновенного значения вращающего момента М (г), а от его среднего значения за период М „которьй, в вр р, ср" свою очередь, пропорционален среднему значению тока., протекаяяцего через рамку 1 У' 1 я(, = ГМ (Г)ВГ = Г ВгсЯ(Г)г7Г = Вист х р р рс ер т х — 1 1(г) сй = Вша О (2.37) и = М „ /И' = (ВюЯ/1Р)1 = Я 1 (2.38) где Я вЂ” чувствительность магнитозлектрического механизма к току 1 [см.
уравнение (2.10) 1. На практике обычна важно знать не среднее, а действующее значение тока, поэтому выпрямительные приборы градуируют, как правило, в действующих значениях. При этом используют соотношение с ~Ф' связывающее среднее значение тока 1 „с его действующим значением 1. ср При такой градуировке уравнение преобразования приобретает вид и ( В 1 1 с Ф ) 1 Чаще всего измеряются токи синусаидальной формы, поэтому шкала обычно градуируется в действующих значениях для синусоидальной фор. мы кривой.
Если выпрямление однополупериодное, то 7сФ = й, = л/ь/2 = 2,22, если двухпалупериадное, то и = 1с = л/2ч/2 = 1,11. Ф Фз Когда форма кривой тока отличается от синусоидальной, то использование для измерений выпрямительного прибора, проградуированиаго в действующих значениях синусондалыюго тока, приведет к систематической погрешности. Выпрямительные приборы испольэуютси в качестве амперметров и вольтметров. Для расширения пределов измерения в выпрямительных амперметрах используются шунты РБ (рис. 2.12), а в вольтметрах добавочные резисторы (рис. 2.13, а) и делители напряжения (рис.
2.13, 6). Делители (2.40) где В, ю и Я вЂ” магнитная индукция, число витков и плошдпь рамки соответственно. Следовательно, уравнение преобразования имеет внд напряжения для выпрямительных вольтметров обычно выполняются на резисторах. Коэффициент деления, равный отношению выходного и входного напряжений, определяется выражением Уа/У, = Я1/(Я1+ Н2), которое справедливо, если сопротивление резисторов В2 много больше входного сопротивления выпрямителыюго прибора, подключенного к делителю. К достоинствам выпрямвтельных приборов относятся высокая чувствительность; компактность, большой частотный диапазон; к недостаткам — малая точность (класс точности 1,5; 2,5; 4,0), зависимость показаний от формы кривой тока, существенное влияние темню ратурьь Выпрямительные приборы применяются для измерений тока, напряжения, сопротивления и других параметров в цепях промышленной и повышенной (до десятков и сотен килогерц) частот.
Они часто выполняются в виде многопредельных комбинированных приборов, удобных в лабораторной практике. Термоэлектрические приборы. Термоэлектрические приборы состоят из термоэлектрического преобразователя, преобразующего измеряемый перемешпай ток высокой частоты в постоянное напряжение, и магнитоэлектрического измерительного механизма, проградунроваиного в значениях измеряемого тока (рис. 224) . Термопреобразователь включает в себя нагреватель 1, по которому проходит, выделяя тепло, измеряемый ток Д и термопару 2, находящуюся в тепловом контакте с нагревателем. Постоянное напряжение, вырабатываемое термопарой, воздействует на магнитоэлектрический микроамперметр.
48 Рис. 2.13 Рис. 2Л5 а 8~1 т ~ н (2.41) (2.42) где Ю вЂ” чувствительносп, к току микроамперметра;  — сопротивлег н ние его рамки. В свою очередь ЭДС термопары пропорциональна разности температур горячего спая термопары и ее холодных концов ЬТ (равной также разности температур нагревателя и окружающей среды): (2.43) 49 Различают контактные (рис. 2.14, а) н бесконтактные (рис.
2.14, б) термопреобразователи. В первом случае термопара имеет электрический контакт с нагревателем (ее спай приварен непосредственно к нагревателю), а во втором имеется только тепловой контакт нагревателя и тер мопары через изолнруннцни материал, обладающий хорошей теплопроводностью (стекло, керамика), Контактные термонреобразователи менее инерционны, чем бесконтактные, но они допускают болыпую утечку токов высокой частоты и применяются на частотах не выше 5 — 10 М1"ц. Весконтактные термопреобразователи не имеют этого недостатка и могут использоваться вплоть до частот, равных сотням мегагерц.
Кроме того, отсутствие гальванической связи дает возможность повысить чувствительность термопреобразователя благодаря применению батарей из нескольких последовательно включенных термопар (рис. 2.15) . Преобразователи, предназначенные для измерения малых токов (от 1 до 100 мА), заключают в вакуумированный корпус: вакуум уменьшает отвод тепла от нагревателя. Для вывода уравнения преобразования следует найти зависимость отклонения подвижной части измерительного механизма от измеряемого тока высокой частоты, т.е.
зависимость а = Щ . Однако непосредственно на мнкроамнерметр воздействует постоянный ток 1т от ЭДС термопары Е„ Задача, таким образом. сводится к определению зависимости ЬТ (1) . Ее можно определить из условия теплового баланса нагревателя при равновесии: количество тепла, выделяемого током высокой частоты прн прохождении через нагреватель, должно быть равно количеству тепла, рассеянного им вследствие теплоотдачи в окрумяюшую среду, т.е. )'Я„г = Р,Ь21, (2.44) где Яя — сопротивление нагревателя; г — время; х — коэффициент теплоотдачя. Из (2.44) следует, что 2ьТ = (1/я' )В„1э.
(2.45) Из уравнений (2.41) — (2.43) и (2.45) можно составить уравнение преобразования (Г н~ят) (2.46) ° где гл- постояннььй коэффициент. Таким образом, уравнение преобразования термоэлектрического при- бора является квадратичным. Погрешности термоэлектрических приборов связаны с влиянием тем- пературы внешней среды на сопротивление нагревателя и на характери- стики микроамперметра. Погрешности также зависят от частоты изме- ряемого тока нз-за наличия поверхностных эффектов и паразитных параметров цепей преобразователя.
Достоинством термоэлектричежих приборов является малая зависимость их показаний от формы кривой и частоты. К недостаткам отно- сятся невысокие чувствительность и точность (класс точности 1,0 — 4,0), очень малая перегрузочная способность, квадратичный характер шкалы, значительное потребление энергии. Термоэлектрические приборы используются в качестве амперметров и вольтметров для измерения тока и напряжения на высоких частотах (до сотен мегагерц) . Применять их на низких частотах нецелессюбразно, так как в этой области они могут быть заменены надежными приборамн других систем.
Расширение пределов измерения термоэлектрических приборов может осуществляться при помощи высокочастотных трансформаторов тока (для амперметров) и безреактивных добавочных резисторов (для вольтметров), 2.4. ЗпектРОдиндмические пРиБОРы Принцип действия электродннамических приборов основан на взаимодействии магнитных полей двух катушек, по которым протекает ток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
