Амперметр переменного тока с линейной шкалой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Применив синхронное выпрямление переменного тока, автор линеаризовал шкалу шунтового амперметра магнитоэлектрического типа без какого-либо усилителя. В статье предлагаются варианты схем с однополупериодным и кольцевым синхронным выпрямителем, применяемым обычно в кольцевых модуляторах.

Шкала амперметра переменного тока, построенного с использованием магнитоэлектрического стрелочного прибора с шунтом и простого выпрямителя, обычно нелинейна. Это связано с тем. что при уменьшении напряжения ниже некоторого порога (0,2...0,6 В) выпрямительные свойства германиевых и кремниевых диодов резко ухудшаются. В результате требуется увеличивать падение напряжения на шунте либо применять линейные выпрямители на основе усилителей переменного напряжения. Однако повышение падения напряжения на шунте неизбежно приводит к потерям мощности и росту выходного сопротивления источника питания. К тому же этот способ лишь уменьшает нелинейность, но не устраняет ее полностью. Правда, применение усилителей позволяет практически полностью устранить нелинейность, но сильно усложняет измеритель.

Между тем линейность простых измерительных выпрямителей на полупроводниковых диодах можно значительно улучшить без особого усложнения, если использовать синхронное выпрямление.

На рис. 1 приведена схема однополупериодного синхронного выпрямителя для амперметра с линеаризованной шкалой.

Рис. 1

В положительный полупериод переменного напряжения (плюс на верхних концах обмоток II и III) открываются диоды VD1 и VD2, подключая микроамперметр к шунту Rш. В отрицательный полупериод диоды закрыты. В открытом состоянии диоды имеют малое дифференциальное сопротивление, и нелинейность этого сопротивления невелика, поэтому шкала получается практически линейной.

При использовании микроамперметров со шкалой 50...200 мкА с максимальным падением напряжения на рамке не более 150 мВ минимальное напряжение на обмотке III может составлять 1,5...2 В для германиевых и 2...2,5 В для кремниевых диодов (при меньшем напряжении его нестабильность заметно сказывается на показаниях амперметра). Максимальное напряжение ограничивается максимально допустимым обратным напряжением используемых диодов. Минимальный ток диодов должен в 10...20 раз превышать максимальный ток микроамперметра. Дополнительную обмотку можно изготовить самостоятельно, намотав несколько витков тонкого изолированного про вода на катушку трансформатора, если его конструкция позволяет это сделать.

Резисторы R3 и R4 служат для подстройки нуля амперметра, сдвиг которого возникает за счет тока диода VD2. протекающего через шунт, и разброса параметров диодов.

Синфазность подключения обмоток II и III важна при сравнительно низком напряжении обмотки III (менее 2 В), так как при противофазном включении этих обмоток (в этом случае полярность подключения микроамперметра нужно изменить) в приборе появляется нелинейность шкалы (цена деления в конце шкалы плавно увеличивается), что, кстати, иногда может оказаться полезным. Однако при напряжении на обмотке III выше 4...5 В эта нелинейность практически не заметна и на фазу включения обмоток можно не обращать внимания.

Для защиты микроамперметра от случайных перегрузок параллельно его выводам полезно включить кремниевый диод Д220, КД522 или КД521 в прямом направлении, предварительно убедившись, что он не влияет на показания микроамперметра в конце шкалы.

Добавлением еще двух диодов и одного резистора синхронный выпрямитель можно преобразовать в двухполупериодный (рис. 2). В качестве источника, открывающего диоды, здесь использована рабочая обмотка трансформатора.

Рис. 2

Преимущество двухполупериодной схемы выпрямления перед однополупериодной состоит в том. что требуемое падение напряжения на Rш, примерно в два раза меньше при одинаковом токе полного отклонения микроамперметра Так, если в однополупериодном выпрямителе с диодами Д220 для полного отклонения стрелки микроамперметра на 200 мкА (с сопротивлением рамки около 670 Ом) требовалось падение напряжения на Rш около 0,4 В, то в двухполупериодном это напряжение не превышало 0,2 В.

Приведенная схема является модификацией обычного кольцевого модулятора. При увеличении напряжения на Rш до 0,4 В (амплитудное значение) для германиевых и 1,2 В для кремниевых диодов через диоды VD1, VD3 и VD2, VD4 начинает протекать сквозной ток нагрузки. Поэтому резисторы R3-R5 служат не только для балансировки моста. Они ограничивают ток через диоды при перегрузке.

Исходя из этих соображений, в двухполупериодном выпрямителе лучше использовать кремниевые диоды и рассчитывать амперметр на максимальное падение напряжения на Rш не более 0,5...0,6 В.

На случай перегрузки или К3 можно принять дополнительные меры по ограничению тока через диоды. Это может быть увеличение сопротивления резисторов R3-R5, гасящего резистора и шунтирующих диодов или стабилитронов.

Рис. 3

Для открывания диодов измерительного моста амперметра с линейной шкалой не обязательно использовать трансформатор. На рис. 3 показан способ получения открывающего напряжения непосредственно от сети 220 В. стабилитрон VD1 ограничивает и стабилизирует это напряжение. Диод VD2 уменьшает нагрев гасящего резистора R5 Такую схему питания целесообразно использовать и в случае питания от трансформатора, если его выходное напряжение превышает несколько десятков вольт. При использовании в подобном случае двухполупериодного выпрямителя диод VD2 необходимо исключить, а последовательно со стабилитроном VD1 включить встречно еще один (того же типа) или использовать двуханодный стабилитрон.

При расчете элементов однополупериодного выпрямителя и проведении измерений нужно помнить об особенностях измерения несинусоидального тока или напряжения, учитывая коэффициент формы.

При изготовлении многопредельного амперметра с пределами измеряемого тока менее 0,2...0,4 А необходимо учитывать следующую особенность этих мостовых схем. Ток, открывающий диод VD1 на рис. 1 (или VD1, VD2 на рис. 2), замы кается непосредственно на источник питания, а ток диода VD2 (или VD3, VD4 на рис. 2) проходит через резистор Rш и создает на нем падение напряжения, которое, как указывалось выше, компенсируется подстройкой резистора R4.

Когда сопротивление резистора Rш не более 0,1...0,2 Ом, падение напряжения на нем от тока диода VD2 (1...2 мА) не превышает 0,1...0,4 мВ При максимальном падении напряжения на шунте 100...200 мВ его можно не учитывать. Если же на минимальном пределе измерения сопротивление Rш имеет большее значение, то необходимо принимать меры по поддержанию нуля при переключении пределов измерения.

Если питание моста производится от дополнительной обмотки, то на минимальном пределе можно составить шунт из двух половин и подключить вывод обмотки питания моста к средней точке шунта. Возможно также использовать дополнительную секцию безразрывного переключателя, чтобы при переключении пределов ток в цепи питания отдельных плеч измерительного моста не прерывался.

При изготовлении амперметров по приведенным схемам необходимо принять меры к повышению температурной стабильности показании прибора, которая в основном определяется равенством температур диодов измерительного моста. Для этого целесообразно использовать диодные сборки в одном корпусе либо разместить диоды рядом друг с другом и обеспечить хороший тепловой контакт, залив их компаундом.

Автор: В.Андреев, г.Тольятти, Самарская обл.

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Головная боль от мороженого 05.09.2003 Слишком быстрое поедание мороженого может вызвать головную боль. В экспериментах, проведенных в Канаде, с большим энтузиазмом приняли участие 145 школьников. Их разделили на две группы и каждому выдали по стограммовому шарику мороженого. Одной группе на заглатывание порции давалось пять секунд, другая могла наслаждаться угощением целых полминуты. После этого в группе быстрых едоков 20 жаловались на головную боль, а среди медленных - только 9. Правда, голова болела не дольше 10 секунд. Видимо, от быстрого охлаждения сужаются сосуды, снабжающие мозг кровью.

Другие интересные новости:

▪ Материнская плата ASRock Fatal1ty B85 Killer

▪ Роботов научили быть любопытными

▪ Чем мельче, тем прочнее

▪ Еще один барьер на пути к Марсу

▪ Материнская плата ASRock Fatal1ty B85 Killer

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гражданская радиосвязь. Подборка статей

▪ статья Нет повести печальнее на свете. Крылатое выражение

▪ статья Какие размеры имеет самый крошечный хищник на Земле? Подробный ответ

▪ статья Обрубщик сучьев. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Сабвуфер! Теперь все будет серьезнее! Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Прохождение через доску. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025