19. Приборы электростатической системы. Достоинства, недостатки и область применения.

Электростатические приборы основаны на взаимодействии электрически заряженных

проводников. Они откликаются и градуируются в среднеквадратических значениях на-

пряжения, т.е. коэффициент градуировки с=1.

Достоинства:

1- при измерении постоянных напряжений прибор является практически идеальным вольтметром,

2- может измерять непосредственно большие значения напряжений,

3- при измерении переменных напряжений частотный диапазон рабочих частот ле жит в пределах 10-20 МГц, при этом входное сопротивление носит емкостной характер.

Недостатки:

1- низкая чувствительность,

2- прибор измеряет только напряжение.

Электростатический прибор, измерительный прибор, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии электродов, несущих разноимённые электрические заряды. В Электростатический прибор измеряемая величина преобразуется в напряжение переменного или постоянного тока, определяемое электростатическим измерительным механизмом (рис.).

Измеряемое напряжение подводится к подвижному электроду, укрепленному на оси, связанной со стрелкой, и к изолированному от него неподвижному электроду. В результате взаимодействия зарядов, возникающих на электродах, на оси появляется вращающий момент, пропорциональный квадрату приложенного напряжения. Действующая на ось пружина создаёт момент, противодействующий вращающему моменту и пропорциональный углу поворота оси подвижного электрода. При взаимодействии вращающего и противодействующего моментов стрелка измерительного механизма поворачивается на угол, пропорциональный квадрату поданного на электроды напряжения. Шкала, градуируемая в единицах измеряемых величин, получается неравномерной, выполняется часто со световым указателем. Электростатический прибор используют обычно для измерения напряжений переменного или постоянного тока, в том числе высокочастотных. Для этих приборов характерно малое потребление энергии и независимость показаний от частоты. Они подвержены влиянию внешних электростатических полей, которое ослабляется внутренним экранированием прибора.

Электростатический измерительный прибор:

1 - подвижный электрод;

2 - неподвижный электрод;

3 - ось;

4 - пружина;

5 - стрелка;

6 - шкала.

20. Выпрямительные и термоэлектрические вольтметры.

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.

= =

Достоинства:

1) С=1 означает, что показания такого прибора не зависят от формы измеряемых напряже-

ний;

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 связаны между собой коэффициентом усреднения, который в данных приборах будет являться оэффициентом 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.

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.