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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Электрический самокат Xiaomi 18.12.2016 Компания Xiaomi представила очередную новинку - электрический самокат, который можно будет приобрести по ориентировочной цене 240 долларов США. Новинка имеет минималистский дизайн. Рама выполнена из алюминия авиационного качества. Весит транспортное средство 12,5 килограмма. Блок литий-ионных аккумуляторов обеспечивает запас хода до 30 км. При этом самокат способен развивать скорость до 25 км/ч. Новинка характеризуется складной конструкцией. И спереди, и сзади установлены дисковые тормоза. Кстати, эффективность торможения повышает антиблокировочная система E-ABS. Самокат оснащен ходовыми огнями. Предусмотрен индикатор из четырех светодиодов, информирующий об уровне заряда блока аккумуляторов. Информацию о состоянии транспортного средства можно просматривать в сопутствующем мобильном приложении для смартфонов и планшетов. Новинка поступит в продажу 15 декабря.

Другие интересные новости:

▪ Что поют киты

▪ MSP-EXP430FR6989 - расширенная отладочная плата для MSP430 с FRAM

▪ Съедобный желатиновый робот

▪ Технология копирования причесок от Disney

▪ Часы SmartWatch 2 от Sony

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей

▪ статья Потерпеть фиаско. Крылатое выражение

▪ статья Какая конституция самая старая? Подробный ответ

▪ статья Птерокарпус сумчатый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Регуляторы мощности на микросхеме КР1182ПМ1. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сетка вещания телевизионных каналов России. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025