Tegőrtípusú műszer | Működési elv és szerkezet
A félátmérő típusú műszer az alternatív feszültséget és áramot méri a félátmérő elemek és a végleges mágneses tekerőtípusú műszerek segítségével. Azonban a félátmérő típusú műszerek fő funkciója, hogy voltmérőként működjenek. Most felmerülhet a kérdés, miért használjuk széles körben a félátmérő típusú műszereket az ipari világban, bár van számos más AC voltmérő, mint például az elektrodinamometertípusú vagy a hőmérőtípusú műszerek? A válasz erre a kérdésre nagyon egyszerű, és így olvasható:
Az elektrodinamometertípusú műszerek költsége jelentősen magasabb, mint a félátmérő típusú műszerek. Ugyanakkor a félátmérő típusú műszerek olyan pontosak, mint az elektrodinamometertípusú műszerek. Ezért a félátmérő típusú műszereket előnyben részesítik az elektrodinamometertípusú műszerekkel szemben.
A hőmérőtípusú műszerek élethosszabbak, mint a félátmérő típusú műszerek. Ugyanakkor a hőmérőtípusú műszereket nagyobb mértékben használják nagyon magas frekvencián.
Mielőtt megvizsgáljuk a félátmérő típusú műszerek építése és működése, részletesen meg kell beszélnünk a diód ideális és gyakorlati feszültség-áram jellemzőiről.
Először is beszéljünk az ideális félátmérő elem jellemzőiről. Milyen egy ideális félátmérő elem? Egy félátmérő elem olyan, amely nulla ellenállást mutat, ha előrefelé irányított, és végtelen ellenállást, ha hátrafelé irányított.
Ezt a tulajdonságot használják a feszültségek félátmérésére (a félátmérés azt jelenti, hogy egy alternatív mennyiséget átalakítunk egy egyirányú mennyiséggé, azaz AC-t DC-be). Nézzük a következő ábrát.
A megadott ábrán az ideális diód sorosan kapcsolódik a feszültségforrással és a terhelési ellenállással. Amikor előrefelé irányítjuk a diódot, tökéletesen vezet, nullát nyújtva. Így viselkedik, mint egy rövidzárlat. Előrefelé irányíthatjuk a diódot, ha a batáriaposzitív pólust az anóddal, a negatív pólust pedig a katódoddal kötjük össze. A félátmérő elem vagy diód előrefelé irányított jellemzői láthatók a feszültség-áram jellemzőn.
Most, amikor negatív feszültséget alkalmazunk, azaz a batáriánegatív pólust a diód anódjával, a pozitív pólust pedig a diód katódjával kötjük össze. Hátrafelé irányítva végtelen ellenállást nyújt, így viselkedik, mint egy nyílt kör. A teljes feszültség-áram jellemzők alább láthatók.
Nézzük ugyanazt a körbe, de ebben a helyzetben gyakorlati félátmérő elemet használunk, nem ideálisat. A gyakorlati félátmérő elemnek van egy véges előrefelé irányított blokkfeszültsége és magas hátrafelé irányított blokkfeszültsége. Ugyanazt az eljárást alkalmazzuk, hogy megszerezze a gyakorlati félátmérő elem feszültség-áram jellemzőit. Amikor előrefelé irányítjuk a gyakorlati félátmérő elemet, nem vezet, amíg a alkalmazott feszültség nem haladja meg az előrefelé irányított töréspontfeszültséget, vagy mondhatjuk, a térdfeszültséget. Amikor a alkalmazott feszültség meghaladja a térdfeszültséget, a diód vagy félátmérő elem vezető módba kerül. Így viselkedik, mint egy rövidzárlat, de a véges ellenállás miatt van feszültség-lehullás a gyakorlati diódon. Előrefelé irányíthatjuk a félátmérő elemet, ha a batáriánegatív pólust a diód anódjával, a pozitív pólust pedig a diód katódjával kötjük össze. A gyakorlati félátmérő elem vagy diód előrefelé irányított jellemzői láthatók a feszültség-áram jellemzőn. Most, amikor negatív feszültséget alkalmazunk, azaz a batáriánegatív pólust a diód anódjával, a pozitív pólust pedig a diód katódjával kötjük össze. Hátrafelé irányítva véges ellenállást nyújt, és a negatív feszültség addig, amíg a alkalmazott feszültség nem lesz egyenlő a hátrafelé irányított töréspontfeszültséggel, így viselkedik, mint egy nyílt kör. A teljes jellemzők alább láthatók
A félátmérő típusú műszerek két típusú félátmérő körrel rendelkeznek:
Fél hullám félátmérő körök a félátmérő típusú műszerekben
Nézzük a következő fél hullám félátmérő kört, amelyben a félátmérő elem sorosan kapcsolódik egy szinuszos feszültségforrással, egy végleges mágneses tekerőtípusú műszerrel és egy többszörös ellenállással.
Ez a többszörös elektrikus ellenállás feladata, hogy korlátozza a végleges mágneses tekerőtípusú műszer által húzott áramot. Nagyon fontos, hogy korlátozzuk a végleges mágneses tekerő műszer által húzott áramot, mert ha az áram meghaladja a PMMC áramerőt, akkor a műszer megsérül. Most osztjuk fel a működést két részre. Az első részben konstans DC feszültséget alkalmazunk a fenti körhöz. Az ábrán feltételezzük, hogy a félátmérő elem ideális.
Jelöljük a többszörös ellenállást R-vel, és a végleges mágneses tekerő műszer ellenállását R1-el. A DC feszültség teljes skála deflexiót eredményez, amely I=V/(R+R1) nagyságú, ahol V a feszültség négyzetes középértéke. Most nézzük a második esetet, amelyben szinuszos AC feszültséget alkalmazunk a körhöz v =Vm × sin(wt), és a kimeneti hullámforma a következőképpen jelenik meg. A pozitív félkörben a félátmérő elem vezet, a negatív félkörben nem. Így a tekerő műszerhez egy feszültség impulzus jut, ami pulzáló áramot eredményez, ami pulzáló nyomatékot ad.
A deflexió megfelel a feszültség átlagos értékének. Számoljuk ki az áram átlagos értékét, hogy kiszámoljuk a feszültség átlagos értékét, integrálnunk kell a feszültség pillanatnyi kifejezését 0-tól 2 pi-ig. Így a kiszámolt feszültség átlagos értéke 0,45V. Ismét, V a feszültség négyzetes középértéke. Így következtethetünk, hogy az AC bemenet érzékenysége 0,45-szerese a DC bemenet érzékenységének a fél hullám félátmérő esetén.
Teljes hullám félátmérő körök a félátmérő típusú műszerekben
Nézzük a következő teljes hullám félátmérő kört.
Itt használtunk egy híd félátmérő kört, ahogyan az látható. Ismét két részre osztjuk a működést. Az elsőben a DC feszültség hatását vizsgáljuk, a másodikban pedig AC feszültséget alkalmazunk a körhöz. Egy soros többszörös ellenállás kapcsolódik sorosan a feszültségforrással, amelynek ugyanaz a funkciója, mint fent említettük. Nézzük az első esetet, ahol DC feszültségforrást alkalmazunk a körhöz. A teljes skála deflexiói áram ebben az esetben ismét V/(R+R1), ahol V a feszültség négyzetes középértéke, R a többszörös ellenállás ellenállása, R1 pedig a műszer ellenállása. Az R és R1 jelölve van az ábrán. Most nézzük a második esetet, amelyben szinuszos AC feszültséget alkalmazunk a körhöz, amely v = Vmsin(wt), ahol Vm a feszültség csúcsertéke. Ha ugyanolyan eljárással kiszámoljuk a teljes skála deflexiói áram értékét, akkor .9V/(R+R1) kifejezést kapunk. Ne felejtsük, hogy a feszültség átlagos értékének megszerzéséhez integrálnunk kell a feszültség pillanatnyi kifejezését nullától pi-ig. Így összehasonlítva a DC kimenettel, következtethetünk, hogy az AC bemeneti feszültség érzékenysége 0,9-szerese, mint a DC bemeneti feszültség esetén.
A kimeneti hullám alább látható. Most megbeszéljük a tényezőket, amelyek befolyásolják a félátmérő típusú műszerek teljesítményét:
A félátmérő típusú műszereket a feszültség és áram szinuszos hullámának négyzetes középértékére kalibrálják. A probléma, hogy a bemeneti hullámforma nem feltétlenül ugyanazt a formátumot mutatja, amelyre ezek a műszerek skálája kalibrálva van.
Lehet, hogy a félátmérő kör miatt lép fel hiba, mivel nem vettük figyelembe a híd félátmérő kör ellenállását sem az egyik, sem a másik esetben. A híd nemlineáris jellemzői torzíthatják az áram- és feszültség-hullámokat.
A hőmérséklet változása miatt a híd ellenállása változik, így a hibák enyhítéséhez magas hőmérsékleti együtthatójú többszörös ellenállást kell alkalmaznunk.
A híd félátmérő kapacitásának hatása: A híd félátmérőnek nem tökéletes a kapacitása, így a magas frekvenciájú áramokat kikerüli. Ezért csökken a mérési érték.
A félátmérő típusú műszerek érzékenysége alacsony az AC bemeneti feszültség esetén.
A félátmérő típusú műszerek előnyei
A félátmérő típusú műszerek előnyei a következők:
A félátmérő típusú műszer pontossága körülbelül 5 százalék a normális működési feltételek mellett.
A működés frekvencia tartományát nagy értékre lehet kiterjeszteni.
Egyenletes skála van a műszeren.
Alacsony működési áram- és feszültség-értékek vannak.
A fél hullám diód félátmérő és a teljes hullám diód félátmérő esetén az AC félátmérő voltmérő terhelési hatása magasabb, mint a DC voltmérő terhelési hatása, mivel a voltmérő érzékenysége mind a fél hullám, mind a teljes hullám félátmérés esetén alacsonyabb, mint a DC voltmérők esetén.
Kijelentés: Tiszteletben tartsuk az eredetit, a jó cikkek megosztásra méltóak, ha sértés esetén lépjünk kapcsolatba a törlésével.
