6. Электронные аналоговые приборы

Электронный аналоговый измерительный прибор (ЭАИП) представляет собой сочетание магнитоэлектрического измерительного механизма с электронным преобразователем, превращающим измеряемую величину в постоянный или пульсирующий ток.

Использование электронных преобразователей позволяет существенно расширить функциональные возможности аналоговых приборов и улучшить их метрологические характеристики. Это относится к таким свойствам ЭАИП, как высокая чувствительность, малая потребляемая мощность, широкий диапазон измерений.

6.1. Выпрямительные приборы

В выпрямительных приборах электронным преобразователем является выпрямитель, выполненный на маломощных полупроводниковых диодах. Сочетание выпрямителя с магнитоэлектрическим механизмом образует прибор, позволяющий измерять переменный ток или переменное напряжение.

Выпрямитель прибора может быть выполнен по однополупериодной или двухполупериодной схемам. В первом случае (рис. 6.1) используются два диода: VD1 включен последовательно с рамкой измерительного механизма, VD2 с резистором R образуют шунтирующую цепь. Сопротивление резистора должно быть равно сопротивлению рамки механизма.

Рис. 6.1. Миллиамперметр с однополупериодным выпрямителем (а) и временные диаграммы (б)

Положительная полуволна i_п измеряемого переменного тока протекает через измерительный механизм, отрицательная i_R – через резистор и диод VD2.

Среднее значение пульсирующего тока

а угол отклонения указателя

, (6.1)

где К_ф – коэффициент формы измеряемого переменного тока; S_I – чувствительность измерительного механизма к току; I – действующее значение измеряемого тока.

Вариант прибора с двухполупериодным выпрямителем показан на рис. 6.2. В этом случае через измерительный механизм протекают обе полуволны измеряемого тока и чувствительность прибора возрастает в два раза:

. (6.2)

Для расширения измерения до нескольких ампер используют специальные шунты, а при измерении больших токов – специальные трансформаторы тока.

Рис. 6.2. Миллиамперметр с двухполупериодным выпрямителем (а) и временные диаграммы (б)

Выпрямительные вольтметры выполняют по аналогичным схемам с добавочным резистором. Угол отклонения указателя при двухполупериодном выпрямлении

, (6.3)

где U – действующее значение измеряемого напряжения; R_д – сопротивление добавочного резистора.

Из выражений (6.1), (6.2), (6.3) следует, что на показание приборов влияет форма измеряемого тока или напряжения. Шкалы таких приборов градуируют в действующих значениях для синусоид (К_ф = 1.11), поэтому показания приборов достоверны лишь при измерении синусоидальных величин.

Если измеряемые величины несинусоидальны, показания прибора следует разделить на К_ф = 1.11, что дает достоверное среднее значение, а затем умножить на коэффициент формы измеряемой величины:

. (6.4)

В отличие от электромагнитных, выпрямительные приборы обладают высокой чувствительностью, имеют практически равномерные шкалы, могут работать на повышенных (до 50 кГц) частотах. Точность приборов относительно невысока (классы точности 1.0 или 1.5) из-за температурной зависимости характеристик диодов.