2.5. Приборы магнитоэлектрической системы с полупроводниковыми преобразователями

Соединение магнитоэлектрического механизма с устройством, преобразующим переменный ток в постоянный, позволяет использовать приборы этой системы для измерения переменных токов. В качестве преобразователей переменного тока в постоянный обычно употребляют термопары или выпрямители на основе полупроводниковых диодов. Приборы, состоящие из измерительного механизма магнитоэлектрической системы с полупроводниковыми диодами, предназначенными для преобразования переменного тока в постоянный, называются приборами детекторной (выпрямительной) измерительной системы.

Рис. 2.2. Схемы двухполупериодных выпрямителей и графики изменения напряжения и тока:

а – амперметр; б – вольтметр; в –параллельное включение;

г –последовательное включение.

На рис.2.2 приведена схема амперметра (а) и схема вольтметра выпрямительной системы с выпрямителями (б). Измерительный прибор магнитоэлектрической системы включается в диагональ моста, составленного из идентичных полупроводниковых диодов.

Как было показано, угол поворота измерительного механизма приборов магнитоэлектрической системыa пропорционален постоянной составляющей тока J (среднему значению за период), протекающего через рамку прибора.

В случае применения двухполупериодных детекторов для периодических токов

т

(17б)

)

.е. показания этого прибора будут пропорциональны средневыпрямленному значению тока. При произвольной периодической форме тока судить об эффективном или пиковом значении возможно по коэффициенту формы и амплитуды.

Приборы с выпрямителями используются в основном для измерений в цепях переменного тока промышленной или повышенной частоты. Из-за температурной нестабильности вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов приборы этой системы не могут быть изготовлены высоких классов точности и обычно выпускаются в виде переносных приборов класса 2,5 или 4,0. В большинстве случаев эти приборы делают многопредельными, комбинированными (вольтамперметры - омметры), снабжают коммутирующими устройствами, позволяющими пользоваться ими для измерений на постоянном и переменном токе.

Показания приборов выпрямительной системы зависят от частоты измеряемого тока, так как полупроводниковые диоды в запертом состоянии наряду с большим активным обратным сопротивлением обладают емкостной проводимостью, которая растет с частотой, тем самым, уменьшая величину выпрямленного тока. Действительно (рис. 2.2, а), предположим, что в данный момент времени значение мгновенного - напряжения, приложенного к мосту, в точке А положителен относительно точки В, Тогда диоды Д₁ и Д₄ будут открыты, а диоды Д₂ и Д₃ закрыты, т.е. будут представлять собой очень большие активные сопротивления с емкостью, включенной параллельно. Нетрудно представить, что переменный ток в точке А разветвляется и с повышением частоты большая часть его, минуя диоды Д₁ и Д₄ и прибор, будет замыкаться через емкости и открытые диоды, уменьшая величину выпрямленного тока. Для уменьшения частотной погрешности прибегают к ее компенсации, используя шунтирование выпрямителя активным сопротивлением и небольшой индуктивностью, или шунтирование части добавочного сопротивления емкостью.

Собственное потребление энергии в приборах выпрямительной системы на небольшую величину повышает потребление энергии в приборах магнитоэлектрической системы вследствие потерь в полупроводниковых диодах и компенсирующих элементах схемы.