4.8. Випрямні прилади

Умовне позначення —

Випрямні прилади відносяться до приладів з перетворювача­ми. Електровимірювальні прилади випрямної системи являють собою поєднання магнітоелектричного вимірювального механізму з напівпровідниковими діодами. У випрямних приладах високо­чутливий і точний вимірювальний механізм застосовується для вимірювань у колах змінного струму. Перетворювачем змінного струму у постійний у цьому випадку служить напівпровідниковий випрямляч — мідноокисний або германієвий. Застосовуються однонапівперіодні схеми випрямлення і двохнапівперіодні схеми випрямлення. Але в усіх випадках необхідною є схема перетво­рення змінного струму у пульсуючий, (рис. 4.19). При однонапівперіодній схемі випрямлення (рис. 4.19, а) струм і протікає через вимірювальний прилад ВМ на протязі тільки однієї половини кожного періоду. У схемі вимірювальний механізм ВМ і з'єднаний з ним послідовно діод Д, зашунтовані другим діодом Д , який включений у зворотному напрямі. Це потрібно для того, щоб не порушувати режим роботи контрольованого кола і щоб при зворотному напрямку струму діод Д₁ не опинився під повною напругою кола, яка може викликати пробій діода. Внаслідок інерційності рухомої частини магнітоелектричного механізму кут відхилення його стрілки пропорційний середньому значенню випрямленого струму.

Рівняння шкали випрямленого приладу

де k— коефіцієнт пропорційності; В — індукція у зазорі магнітоелектричного механізму; S— площа котушки; ω — число витків котушки; S=dα/dI— стала шкали; І — струм у котушці.

Протягом від'ємного півперіоду коло струму закривається через діод Д₂ і резистор, обминаючи вимірювальний механізм, що дає змогу уникнути спотворення форми кривої струму у робочому колі. Крім того, діод Д₂ і резистор з опоромR, дорівнює опору вимірювального механізму і призначені для зменшення зворотної напруги на діоді Д₁.

У мостовій схемі (рис. 4.19, б) струм через вимірювальний механізм ВМ протікає на протязі додатного і від'ємного напів-періодів. Тому чутливість приладу з двохнапівперіодним випрямлячем в 2 рази більша чутливості приладу з одно-півперіодним випрямлячем. В обидвох випадках через обмотку вимірювального механізму струм буде протікати в одному напрямі. (На протязі одного півперіоду струм буде протікати по шляху діодів Д₁ — ВМ — Д₃, на протязі другого півперіоду Д₂ — ВМ —Д₄).

При двохпівперіодному випрямленні (рис. 4.19, б) середнє значення струму І у вимірювальному механізмі вдвічі більше, ніж при однопівперіодному, що відповідно збільшує чутливість схеми. До недоліків мостових схем відноситься те, що у них вимірювана напруга поділяється між двома діодами і при дуже низьких напругах випрямлення суттєво погіршується. Струм у вимі­рювальному механізмі випрямного приладу періодично пульсує, і оскільки у рухомій частині приладу значна інерція, то її відхи­лення пропорційне середньому за період значенню обертового моменту магнітоелектричного вимірювального механізму:

Відповідно, випрямний прилад вимірює середнє значення струму у колі. Але для вимірювань у колах змінного струму на шкалі приладу вказується діюче значення. При синусоїдальному струмі діюче значення більше середнього в 1,11 рази. При невідповідності кривої струму від синусоїди виникає відповідна додаткова похибка методу вимірювання. Оскільки температурний коефіцієнт прямого і зворотного опорів напівпровідникового діоду від'ємний і відносно великий, то для зменшення температурних впливів у вимірювальне коло випрямного приладу включений компенсуючий резистор з опором R_д (рис. 4.19), у якого позитивний температурний коефіцієнт (опір R_d з міді).

Шкала випрямного приладу рівномірна, крім початкової стисненої частини (10—15 % шкали), що має квадратичний харак­тер внаслідок погіршення випрямлення при низьких напругах. Межі вимірювання випрямних приладів можна розширювати також за допомогою шунтів, додаткових резисторів і подільників напруги.

Основні переваги випрямних приладів - висока чутливість, мале власне споживання енергії вимірювальним механізмом, можливість роботи при підвищених частотах (до 50 кГц). Точність цих приладів відносно не висока (клас точності — 1,5; 2,5) через значні похибки у результаті багатьох причин: не лінійність і нестабільність вольт-амперної характеристики діодів, її залеж­ність від частоти і т. д. Прилади випрямної системи часто застосовуються як багато шкальні універсальні прилади з різними межами вимірювань. Завдяки перемиканню шунтів і додаткових резисторів малогабаритний показуючий прилад може мати до 14 меж вимірювань змінного струму і (при виключених діодах) до 14 меж вимірювань постійного струму. Розміри напівпровідникових діодів дуже малі, і їх можна помістити всередині корпусу навіть мініатюрного приладу (тестери).