2. Электромеханические приборы с преобразователями

Высокая чувствительность и точность, малое собственное по- требление энергии и другие положительные свойства магнито- электрических приборов выгодно отличают их от других элек- тромеханических приборов. Задача использования их для изме- рений в цепях переменного тока решена путем преобразования переменного тока в постоянный с помощью преобразователей. В соответствии с используемым преобразователем, приборы назы- вают выпрямительными, термоэлектрическими, электронными.

Выпрямительные приборы. Они представляют собой соче- тание выпрямительного преобразователя и магнитоэлектрическо- го ИП. В качестве преобразователей (выпрямителей) использу- ются полупроводниковые выпрямители (диоды) на основе крем- ния или германия. В зависимости от числа применяемых диодов и схемы их включения осуществляется одно- и двухполупериод- ное выпрямление (преобразование) переменного тока. В цепи од- нополупериолного выпрямления (рис. 2.11, а) ток через измери- тель (микроамперметр), включенный последовательно с диодом VD1, протекает только в положительный полупериод напряжения U(t). В отрицательный полупериод ток протекает через диод VD2. Подвижная часть магнитоэлектрического микроамперметра из-за своей инерционности реагирует на среднее значение момента:

₁ T / 2

M_вр _T

_m_t dt ,

0

где m_t – мгновенное значение вращающего момента.

VD1

µA

µA

VD2

VD3 VD4

~

а б

Рис. 2.11. Схемы включения однополупериодного (а) и двухполупериодного (б) выпрямителей

Используя выражение (2.5), определим:

M_вр 

₁ T / 2



B_t Swi( t )dt 

1

BSwI_ср .

T ₀ 2

Приравнивая М_вр к М_пр получим выражение для уравнения преобразования прибора

_1 BSw

. (2.34)

_{2 W} ^Iср

Шкалу прибора градуируют обычно в действующих значениях синусоидального тока I_д, тогда выражение (2.34) принимает вид

_BSw I

W K_ф

0,45 ^BSwI , (2.35)

W

где К_ф– коэффициент формы для синусоиды, Кф= I/ I _ср = 1,11.

В цепи двухполупериодного выпрямления (рис. 2.11, б) ток через измеритель (микроампермстр) протекает в одном и том же направлении оба полупериода:

₂ T / 2

₂ T / 2

M_вр _T

_m_t dt 

T

0

_B_t Swi( t )dt BSwI_ср .

0

Для этого случая уравнение преобразования прибора будет:

0.9BSwI / W , (2.36)

Д о с т о и н с т в а : высокая чувствительность, малое собствен- ное потребление мощности, широкий частотный диапазон —

возможность работы без частотной компенсации на частотах до 2000 Гц, с частотной компенсацией – до 20 кГц.

Н е д о с т а т к и : зависимость показаний от формы кривой измеряемого напряжения, необходимостьвведениячастотной и температурной компенсации, невысокая точность(1,0; 1,5; 2,5; 4,0) из-за нелинейности вольт-амперных характеристик диодов.

П р и м е н е н и е : выпрямительные приборы широко исполь- зуются в качестве комбинированных приборов для измерения постоянных и переменных токов, напряжения и сопротивления – ампервольтомметры (авометры). Диапазон измерений по току 0,2 мА...6 А, по напряжению0,2 мВ...600 В.

Термоэлектрические приборы. Эти приборы представляют собой сочетание магнитоэлектрического механизма с отсчетным устройством итермоэлектрическогопреобразователя.Термо- электрический преобразователь состоит из одной или нескольких термопар и нагревателя, по которому протекает измеряемый ток. Нагреватель обычно изготавливается из материала с большим удельным сопротивлением (нихром, константан, вольфрам) с до- пустимой температурой 600... 800 °С Для термопары подбирают материалы, дающие в паре высокую термо-ЭДС, обладающие устойчивыми термоэлектрическими характеристиками (хромель– копель, медь–копель и др.).

Различают контактные термоэлектрические преобразователи, у которых горячий спай термопары 2 приварен к нагревателю 1 (рис. 2.12, а), ибесконтактные термоэлектрические преобразо- ватели (рис. 2.12, б), у которых нагреватель 1 и горячий спай раз- делены изолятором 3 (каплей стекла), что уменьшает чувстви- тельность и увеличивает инерционность преобразователя. Пре- имуществом бесконтактных преобразователей является изоляция

цепи термопары от нагревателя и возможность создания термоба- тарей (рис. 2.12, в).

_Е Е

2 2

1 1 ₃

I_x I_x

Е

I_x

а б в

Рис. 2.12. Контактные (а), бесконтактные (б) термопреобразователи и термобатарея (в): 1 – нагреватель; 2 – термопара; 3 – капля стекла

Под действием теплоты, выделяемой нагревателем, и при разности температур горячего и холодного спаев термопары возникает термо-ЭДС, пропорциональная величине тока, про- текающего по нагревателю, и измеряемая магнитоэлектриче- ским ИМ.

Д о с т о и н с т в а : малое влияние частоты (и формы кривой) переменного тока, высокий частотный диапазон (10 Гц... 100 МГц), класс точности 0,5; 1,0 и ниже, диапазоны измерения по току 100 мА...10 А, по напряжению – 0,75 В...50 В, низкое входное сопротивление (200...300 Ом).

Н е д о с т а т к и : малая перегрузочная способность, зависи- мость показаний от температуры окружающей среды, низкая чув- ствительность, большое собственное потребление мощности, ограниченный срок работы, неравномерная шкала.

П р и м е н е н и е : термоэлектрические приборы используются в качестве амперметров, вольтметров, ваттметров.