2.1. Прилади з випрямляючими перетворювачами

Прилади з випрямляючими перетворювачами забезпечують вимірювання середньоспрямлених значень сигналів. Прилади з такими перетворювачами розраховані на роботу в частотному діапазоні 20¸20 000 Гц.

Магнітоелектричні прилади з випрямляючими перетворювачами позначаються знаком -

У відповідності до (5.6) для отримання середньоспрямлених значень необхідно виконати дві операції – детектування та інтегрування. Розглянемо як реалізуються ці операції в схемі такого приладу, що наведена на рис. 5.4, а.

а	б
Рис.5.4

В ланцюгу міліамперметра струм протікає лиш в додатні напівперіоди. Рухома частина приладу внаслідок своєї інерційності на частотах f>20 Гц не встигає відпрацьовувати миттєві значення обертового моменту, отже працює як інтегратор і усереднює значення струму. Епюри струмів, що протікають в ланцюгах приладу наведено на рис.5.4, б.

Обертовий момент рамки магнітоелектричного приладу становить

. (5.8)

Рівняння перетворення приладу з означеним перетворювачем має вигляд

. (5.9)

Як правило шкалу приладів градуюють в дійсних значеннях синусоїдального сигналу.

Більш ефективними є схеми приладів з двонапівперіодними випрямлячами. В таких перетворювачах в процесі вимірювання використовується і додатня, і від’ємна напівхвилі змінного струму. Схеми приладів з такими перетворювачами наведено на рис.5.5а,б. З урахуванням двонапівперіодного спрямлення показання приладу пропорційні струму

. (5.10)

Певним недоліком наведених схем є те, що прикладена напруга розподіляється між двома діодами та приладом, що веде до збільшення нелінійної ділянки шкали, яка виникає внаслідок неідеальності вольтамперних характеристик діодів. Іншим недоліком є те, що діапазон вимірювання напруги починається не з 0, а з ~1В оскільки при менших напругах діоди знаходяться у закритому стані.

а	б
Рис.5.5

Суттєвим недоліком схеми рис.5.5а є необхідність підбору діодів за їх вольтамперними характеристиками. Це пов’язано з тим, що неідентичність характеристик веде до зміни амплітуди спрямлених напівхвиль (додатньої та від’ємної) і, як наслідок, до зростання похибки вимірювання_. Заміна двох діодів резисторами в схемі на рис.5.5б дозволяє дещо зменшити цей недолік і, крім того, підвищити температурну стабільність схеми, оскільки діоди є більш чутливими до температури ніж резистори. Однак така заміна веде до певного зменшення чутливості приладу і збільшення споживаної енергії.

Ще один недолік розглянутих приладів – суттєва залежність результату вимірювання від форми струму і(t). Цей недолік відсутній у приладах з термоелектричними перетворювачами.

2.2. Прилади з термоелектричними перетворювачами (теп)

ТЕП широко застосовуються у вимірювальній та перетворювальній техніці. В ТЕП змінний струм перетворюється на постійний, який можна виміряти магнітоелектричним приладом з високою точністю. Принцип дії ТЕП полягає у нагріві ділянки провідника змінним струмом і подальшому перетворенню тепла в термо-електрорушійну силу (термо-е.р.с.). До складу ТЕП, представленого на рис.5.6, входить нагрівач 1, який включається в ланцюг вимірювального змінного струму і(t) та термопара 2. Термопара 2 знаходиться у тепловому контакті з нагрівачем (гальванічно нагрівач і термопара можуть бути роз’єднані).

Рис. 5.6

Визначимо рівняння перетворення приладу. Безпосередньо на прилад діє постійний струм термопари , (5.11)

де – термо-е.р.с. термопари, пропорційна різниці температур DТ гарячого і холодного контактів термопари , – коефіцієнт пропорційності, - внутрішній опір приладу

З умови теплового балансу витікає, що кількість тепла, яка виділяється змінним струмом на нагрівачі, повинна дорівнювати кількості тепла, яку він випромінює внаслідок теплопередачі у оточуюче середовище, тобто

, (5.12)

де t – час спостереження, – опір нагрівача, k_T –коефіцієнт тепловіддачі, – дійсне значення вимірюваного струму. Тоді , а кут a повороту стрілки приладу становить

, (5.13)

де – чутливість магнітоелектричного приладу, =const – постійний коефіцієнт. Отже рівняння перетворення приладу є квадратичним.

Найсуттєвішою перевагою розглянутих приладів з ТЕП є незначна залежність результатів вимірювання від форми та частоти струму і(t).

Серед недоліків подібних приладів слід зазначити невисоку чутливість та точність, нелінійність шкали, значну споживану потужність, що витрачається в нагрівачі та низьку перевантажувальну спроможність.

Магнітоелектричні прилади з випрямлячами позначаються знаком

Схеми з електронними перетворювачами орієнтовані на виконання необхідних операцій з миттєвими значеннями змінних сигналів (інтегруванням, детектуванням, піднесенням у квадрат) засобами елетроніки, тому є більш універсальними. Приклади побудови таких перетворювачів будуть розглянуті в другій частині конспекту. Такі

прилади на шкалі мають позначку