6. Электромеханические приборы с преобразователями

В качестве преобразователей переменного тока в постоянный применяют выпрямители и термоэлектрические преобразователи, а также преобразователи на электронных элементах (транзисторах, микросхемах и т.п.). В соответствии с этим, различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы.

Наиболее широкое распространение получили выпрямительные и термоэлектрические приборы.

Выпрямительные приборы представляют комбинацию выпрямителя, магнитоэлектрического измерительного механизма и отсчетного устройства. В выпрямителях применяют полупроводниковые диоды. Сопротивление полупроводникового диода зависит от полярности приложенного напряжения. При положительной полярности оно мало, а при отрицательной резко возрастает. Поэтому, диод пропускает ток только в одном направлении. Схемы соединения диодов с измерительным механизмом разделяют на две группы: однополупериодные и двухполупериодные. Схема амперметра с однополупериодным выпрямителем приведена на рис. 8, а с двухполупериодным – на рис.9

Рис. 8 Схема (а) и графики (б,в) амперметра с однополупериодным выпрямителеи

.

Рис. 9 Схема (а) и графики (б,в) амперметра с двухполупериодным

выпрямителем

В схеме на рис 8 измерительный механизм включен последовательно с диодом VD₁. Если на вход схемы поступает синусоидальный ток, то через измерительный механизм проходят полуволны положительной полярности i_п. Полуволны отрицательной полярности проходят через диод VD₂ и резистор R. Значение R равно сопротивлению измерительного механизма. Благодаря этому сопротивление прибора одинаково для любого направления тока.

На рис. 9 четыре диода образуют плечи мостовой симметричной цепи, в диагональ которой включен измерительный механизм. Диоды включены так, что ток через измерительный механизм проходит в течение двух полупериодов в одном направлении. Среднее значение выпрямленного тока в мостовой схеме в два раза больше, чем в схеме рис.8

Мгновенное значение вращающего момента измерительного механизма, при протекании через него пульсирующего тока определяется выражением:

.

Из-за инерционности подвижной части её отклонение определяется средним значением вращающего момента. Если ток , то для схемы с однополупериодным выпрямителем : , где

– среднее значение выпрямленного тока, Т – период

. При двухполупериодном выпрямлении:

Угол поворота подвижной части при однополупериодном выпрямлении равен

, а при двухполупериодном -

При измерениях в цепях переменного тока интересуются действующим значением тока (напряжения). Так как отношение действующего тока I к среднему значению I₀ равно , то получим : , где К_ф – коэффициент формы.

Диоды – нелинейные элементы. Прямая ветвь их вольтамперной характеристики изменяется по экспоненциальному закону. Поэтому шкала у выпрямительного прибора несколько сжата, в пределах её длины.

На рис.10 а,б приведены схемы выпрямительных вольтметров и амперметров соответственно.

Рис. 10. Схемы выпрямительных вольтметра (а) и амперметра (б)

Сопротивление диодов зависит от температуры и с её ростом уменьшается. В результате возникает температурная погрешность. Также диоды имеют междуэлектродную емкость, приводzoe. к появлению ошибки с ростом частоты.

В вольтметрах (рис.10.,а) уменьшение эквивалентного сопротивления схемы с ростом температуры компенсируется увеличением сопротивления добавочного резистора, частично выполненного из меди. Компенсация частотной погрешности достигается включением емкости С. С увеличением частоты ток в схеме возрастает и компенсирует уменьшение выпрямленного тока в измерительном механизме.

В выпрямительных миллиамперметрах, (рис.10., б) почти весь ток протекает через выпрямительную цепь. Шунтирующая цепь используется для температурной и частотной компенсации.

Достоинства: высокая чувствительность, малое потребление мощности, широкий частотный диапазон (до 10-20 кГц). Наименьшие пределы измерения переменных токов 0,25 0,3 мА, напряжений 0,25 0,3 В.

Недостатки: невысокая точность (класс точности 1,0 2,5), зависимость показаний от формы измеряемой величины.

Промышленностью выпускаются многопредельные ампервольтметры, показывающие и самопишущие, выпрямительные фазометры, самопишущие частотомеры, использующие магнитоэлектрический измерительный механизм.