Магнитоэлектрические приборы с преобразователями переменного тока в постоянный.

Описанные выше приборы не решают многих проблем, возникающих при измерении на переменном токе: электромагнитный и электродинамический — низкочастотны, электростатический обладает низкой чувствительностью. Приме­нение магнитоэлектрического механизма в сочетании с преобразователем позво­ляет существенно расширить возможности измерений на переменном токе. По типу преобразователя данные приборы делятся на выпрямительные и термоэлек­трические. Описание свойств схем представлено в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Магнитоэлектрическая система с преобразователями

Наименование системы, функциональная схема	Уравнение шкалы, применение	Частотный диапазон, класс точности, потребление мощности
Выпрямительная система	где Переносные многопредельные амперметры-вольтметры на постоянный и переменный ток	F=0...100кГц Класс точности 2,5...4 на переменном токе, 1,5 на постоянном токе. Рсо6=10-4...10-3Вт
Термоэлектрическая система: 1 - нагреватель; 2 -термопара	где A - коэффициент, учитываю­щий параметры нагревателя термопары и прибора. Амперметры на повышенную частоту.	F=0... 10МГц Класс точности 1,5. ..4,0 Рсо6=0,01...1Вт

Выпрямительные приборы состоят из полупроводникового преобразователя переменного тока в постоянный и магнитоэлектрического прибора. Основным узлом электрической схемы выпрямительного прибора является преобразователь. Для его построения широко используются полу­проводниковые диоды. Применение полупроводниковых диодов основано на явлении нелинейной зависимости между приложенным напряжением и про­текающим через них током. Вследствие нелинейности характеристики диода спектр протекающего через него тока содержит составляющие частот, крат­ных частоте измеряемого напряжения, а также постоянную составляющую, отражающую информацию о значении измеряемой величины.

Технически удобнее выделить постоянную составляющую выходного то­ка (или напряжения), значение которой связано определенной функциональ­ной зависимостью с измеряемым напряжением, и которая может служить сигналом измерительной информации. В этом случае основные операции, выполняемые электрической схемой вольтметра — преобразование измеряе­мого напряжения с помощью нелинейного устройства, выделение постоян­ной составляющей и ее измерение показывающим измерительным прибором.

Схема преобразователя может строиться разными способами, но в резуль­тате через измерительный механизм протекает однополярный пульсирующий ток (двухполупериодный или однополупериодный).

В табл. 5.3 показан простейший двухполупериодный (двухтактный) диод­ный выпрямитель. В силу того, что магнитоэлектрическая измерительная система реагирует на постоянный (средневыпрямленный) ток, показания прибора будут пропорциональны средневыпрямленному значению перемен­ного тока или напряжения. Данное обстоятельство является очень сущест­венным, так как приборы проградуированы в средних квадратических значе­ниях синусоидального тока. Это значит, что на шкале прибора представлено не то значение, на которое реагирует прибор (т.е. средневыпрямленное), а величина, умноженная на коэффициент формы синусоиды K_ф = 1,11.

При измерении параметров переменного негармонического сигнала, практически всегда возникает методическая погрешность. Например, при градуировке измерительного прибора на синусоидальном токе точке шкалы в 100 В соответствовало с редневыпрямленное значение напряжения 90 В. Если на этот измерительный прибор подать напряжение, имеющее форму меандра с параметрами, изображенными на рисунке (напомним, что у такого сигнала К_а = К_ф = 1, т.е. U_m = U = U_cpв ≈ 90 В), его показания также будут около 100 В (1,11 С/_срв) и абсолютная погрешность измерения напряжения составит: ∆ = 100-90 = 10 В.

Выпрямительные приборы при­меняются как комбинированные измерители постоянного и пере­менного тока и напряжения с пре­делами измерения тока от 1 мА до 600 А, напряжения от 0,1 до 600 В.

Достоинствами выпрямительных приборов являются высокая чувст­вительность, малое собственное потребление энергии и возможность измерения в широком диапазоне частот. Частотный диапазон выпрямительных приборов определяется применяемыми диодами. Так, использование точечных кремниевых диодов обеспечивает измерение переменных токов и напряжений на частотах 50... 10⁵ Гц. Основ­ными источниками погрешностей приборов являются изменения параметров диодов с течением времени, влияние окружающей температуры, а также отклонение формы кривой измеряемого тока или напряжения от той, при которой произведена градуировка прибора. Выпрямительные приборы выполня­ются в виде многопредельных и многоцелевых лабораторных измерительных приборов. К этому типу измерительных приборов относится так называемый - тестер.

Термоэлектрическая система — приборы состоят из термоэлектрического преобразователя и магнитоэлектрического микроамперметра. Термопреобразователь включает нагреватель, по которому протекает изме­ряемый ток, и термопару, на концах которой возникает термоЭДС. В цепь термопары включен микроамперметр, измеряющий термоток. Рабочий спай термопары находится в тепловом контакте с нагревателем. Нагреватель пред­ставляет собой тонкую проволоку из металлического сплава с высоким удельным сопротивлением (нихром, манганин). Еще более тонкие проволоч­ки из термоэлектродных материалов применяют для изготовления термопа­ры. При прохождении измеряемого тока через нагреватель, место его контак­та с термопарой нагревается до температуры нагрева, а холодный спай оста­ется при температуре окружающей среды. Функционирование прибора осно­вано на тепловом действии тока, и поэтому магнитоэлектрический прибор с термоэлектрическим преобразователем измеряет среднее квадратическое значение переменного тока любой формы.

Термоэлектрические приборы применяют в основном для измерения то­ков. В качестве вольтметров они практически не используются, так как их входное сопротивление чрезвычайно мало. Достоинством термоэлектриче­ских приборов является широкий частотный диапазон (до 10 МГц). Недос­татки: невысокая чувствительность, низкий класс точности (1,5...4,0), боль­шое потребление энергии из измерительной цепи.

Значения этих коэффициентов для наиболее употребляемых в радиотех­нических цепях и средствах измерения видов сигналов и соотношения между ними даны в табл. 5.1, где все величины напряжений обозначены буквой и.