20. Электростатические приборы.
Принцип действия приборов электростатической системы основан на взаимодействии двух электрически заряженных электродов, разделенных диэлектриком.
1 – неподвижные пластины; 2 – подвижные пластины; 3 – ось; 4 – стрелка
Электростатические измерительные приборы используются в качестве вольтметров. Измеряемое напряжение прикладывается между неподвижными и подвижными пластинами. Электростатические силы взаимодействия заряженных электродов создают вращающий момент, под действием которого подвижные пластины втягиваются в пространство между неподвижными. Вращающий момент описывается выражением
,
где С
– емкость между пластинами.
Если противодействующий момент создается упругими элементами, то угол поворота подвижной части
Функция преобразования квадратичная, поэтому изменение полярности приложенного напряжения не изменяет направление вращения.
Достоинства электростатических приборов:
– высокое входное сопротивление; малая мощность потребления; возможность использовать в цепях постоянного и переменного токов; широкий частотный диапазон (до десятков МГц); независимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения; прибор измеряет действующее значение напряжения.
Недостатки:
– квадратичная шкала; низкая чувствительность; невысокая точность.
21. Термоэлектрические и выпрямительные приборы.
Измеряемый ток нагревает провод из высокоомного сплава. Температура до которой нагревается провод измеряется пермопарой и выдаёт ЭДС:
– определяется
=>
(ЭДС термопары) пропорциональна
.
R – сопротивление нагревателя. «+»: независимость показания от формы кривой.
Может быть гальваническая развязка, измерительная цепь электрически не связана с цепью, в которой измеряется ток.
«-»: не высокая чувствительность, нелинейная шкала, тепловая инерция.
Выпрямительные приборы – это сочетание магнитоэлектрического измерительного прибора с выпрямительным преобразователем. Это позволяет использовать магнитоэлектрические приборы, отличающиеся высокими чувствительностью и точностью, для измерения переменных тока и напряжения. Для преобразования переменного тока в постоянный используются одно- и двухполупериодные выпрямители. При однополупериодном выпрямлении через прибор проходит только положительная полуволна тока через диод VD1. Диод VD2 образует цепь для прохождения отрицательной полуволны. Сопротивление резистора R выбирается равным сопротивлению измерительного механизма.
При этом сопротивление схемы будет одинаковым для любого направления тока. В двухполупериодных схемах измерительный механизм включается в диагональ моста
а б
Мостовая схема может содержать четыре диода (рис. 2.18, а). Диоды должны иметь идентичные характеристики и, кроме того, требуется специальная температурная компенсация, т.к. прямое и обратное сопротивления диодов зависят от температуры. Схема, где два диода заменены резисторами (рис. 2.18,б), менее чувствительна к изменениям температуры.
Подвижная
часть магнитоэлектрического прибора
из-за своей инерционности реагирует на
среднее значение тока. Для однополупериодного
выпрямления при токе синусоидальной
формы
и показания прибора
.
В
двухполупериодных схемах ток, протекающий
через измерительный механизм, увеличивается
вдвое по сравнению с однополупериодной
схемой. Для синусоидального тока
.
Показания выпрямительного прибора пропорциональны среднему за период значению при любой форме кривой измеряемого тока. Однако на практике шкалу выпрямительных приборов градуируют в действующих значениях с расчетом на синусоидальную форму тока. Следовательно, в приборах с двухполупериодным выпрямлением все числа отсчета шкалы умножены на коэффициент формы kф =1,11. Поэтому при измерении тока или напряжения несинусоидальной формы полученный результат сначала нужно разделить на 1,11, чтобы получить средневыпрямленное значение, а затем умножить на коэффициент формы, соответствующий форме измеряемого сигнала.
Достоинством выпрямительных приборов является высокая чувствительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот.