Rektifier Typ Instrument | Konstruktion och Funktionsprincip
Rektifieringsinstrument mäter växelspänning och ström med hjälp av rektifieringselement och permanentmagnetiska rörelsespiralinstrument. Det primära syftet med rektifieringsinstrument är dock att fungera som spänningsmätare. Nu måste ett frågetecken uppstå i vårt huvud: varför använder vi så ofta rektifieringsinstrument i den industriella världen, trots att det finns olika andra AC-spänningsmätare som elektrodynamometertypens instrument, termoelementstypens instrument osv? Svaret på denna fråga är ganska enkelt och lyder som följer.
Kostnaden för elektrodynamometertypens instrument är betydligt högre än för rektifieringsinstrument. Rektifieringsinstrument är lika exakta som elektrodynamometertypens instrument. Därför föredras rektifieringsinstrument framför elektrodynamometertypens instrument.
Termoelementsinstrument är mer känsliga än rektifieringsinstrument. Termoelementsinstrument används dock oftare vid mycket höga frekvenser.
Innan vi tittar på konstruktionsprincipen och funktionen hos rektifieringsinstrument, behöver vi diskutera i detalj spänning-strökegenskaperna för idealiskt och praktiskt rektifieringselement, kallat diod.
Låt oss först diskutera de ideala egenskaperna hos rektifieringselement. Vad är ett idealt rektifieringselement? Ett rektifieringselement är ett som erbjuder noll resistans om det är framledigt och oändlig resistans om det är bakledigt.
Denna egenskap används för att rektifiera spänningar (rektifiering innebär att omvandla en alternerande storhet till en direktestorhet, dvs. AC till DC). Betrakta den nedan givna kretsdiagrammet.
I det givna kretsdiagrammet är den ideala dioden ansluten i serie med spänningskällan och belastningsresistansen. När vi gör dioden framledig leder den perfekt genom att erbjuda en nollresistansväg. Så uppfattas den som kortsluten. Vi kan göra dioden framledig genom att ansluta batteriets positiva terminal till anoden och den negativa terminalen till katoden. Den framlediga karakteristiken för rektifieringselement eller diod visas i spänning-strökkarakteristiken.
När vi applicerar negativ spänning, dvs. ansluter batteriets negativa terminal till diodens anodterminal och batteriets positiva terminal till diodens katodterminal, erbjuder den oändlig elektrisk resistans eftersom den är bakledig och uppfattas som öppen krets. De fullständiga spänning-strökkarakteristikerna visas nedan.
Låt oss igen betrakta samma krets, men skillnaden här är att vi använder ett praktiskt rektifieringselement istället för ett idealt. Ett praktiskt rektifieringselement har en ändlig framledig blockeringspänning och en hög bakledig blockeringspänning. Vi kommer att tillämpa samma procedur för att erhålla spänning-strökkarakteristikerna för det praktiska rektifieringselementet. När vi gör det praktiska rektifieringselementet framledigt leder det inte förrän den applicerade spänningen överstiger den framlediga brytpunkten eller knäpunken. När den applicerade spänningen blir större än knäpunken kommer dioden eller rektifieringselementet att komma under ledningsläge. Så uppfattas den som kortsluten, men på grund av viss elektrisk resistans finns det en spänningsfall över denna praktiska diod. Vi kan göra rektifieringselementet framledigt genom att ansluta batteriets positiva terminal till anoden och den negativa terminalen till katoden. Den framlediga karakteristiken för det praktiska rektifieringselementet eller dioden visas i spänning-strökkarakteristiken. När vi applicerar negativ spänning, dvs. ansluter batteriets negativa terminal till diodens anodterminal och batteriets positiva terminal till rektifieringselementets katodterminal, erbjuder den ändlig resistans och den negativa spänningen tills den applicerade spänningen blir lika med den baklediga brytpunkten, och uppfattas som öppen krets. De fullständiga karakteristikerna visas nedan
Nu använder rektifieringsinstrument två typer av rektifieringskretsar:
Halvhelsvågsrektifieringskretsar för rektifieringsinstrument
Låt oss betrakta den halvhelsvågsrektifieringskretsen nedan där rektifieringselementet är anslutet i serie med en sinusformad spänningskälla, ett permanentmagnetiskt rörelsespiralinstrument och en multiplikatorresistor.
Funktionen för denna multiplikatorresistor är att begränsa strömmen som dras av det permanentmagnetiska rörelsespiralinstrumentet. Det är mycket viktigt att begränsa strömmen som dras av det permanentmagnetiska rörelsespiralinstrumentet eftersom om strömmen överstiger instrumentets strömnivå förstörs instrumentet. Nu delar vi vår operation i två delar. I den första delen applicerar vi en konstant DC-spänning till den ovan nämnda kretsen. I kretsdiagrammet antar vi att rektifieringselementet är idealt.
Låt oss markera multiplikatorresistensen som R, och den för det permanentmagnetiska rörelsespiralinstrumentet som R1. DC-spänningen producerar en fullskalig deflektion av magnitud I=V/(R+R1) där V är effektivvärdet av spänningen. Nu låt oss betrakta fallet två, i detta fall applicerar vi en AC-sinusformad spänning till kretsen v =Vm × sin(wt) och vi får utdataformen som visas. Under den positiva halvcykeln kommer rektifieringselementet att leda och under den negativa halvcykeln leder det inte. Så får vi en spänningspuls till rörelsespiralinstrumentet som producerar pulserande ström, vilket ger pulserande moment.
Deflektionen som produceras kommer att motsvara det genomsnittliga värdet av spänningen. Låt oss beräkna det genomsnittliga värdet av elektrisk ström, för att beräkna det genomsnittliga värdet av spänningen måste vi integrera det momentana uttrycket för spänningen från 0 till 2 pi. Så beräknas det genomsnittliga värdet av spänningen till 0,45V. Återigen är V effektivvärdet av strömmen. Så vi slår fast att känsligheten för AC-ingången är 0,45 gånger känsligheten för DC-ingången i fallet med halvhelsvågsrektifierare.
Fulvhelsvågsrektifieringskretsar för rektifieringsinstrument
Låt oss betrakta en fulvhelsvågsrektifieringskrets nedan.
Vi har använt en brorektifieringskrets som visas. Återigen delar vi vår operation i två delar. I den första analyserar vi utdata genom att applicera DC-spänning och i den andra applicerar vi AC-spänning till kretsen. En serie-multiplikatorresistor är ansluten i serie med spänningskällan som har samma funktion som beskrivits ovan. Låt oss betrakta fallet ett där vi applicerar en DC-spänningskälla till kretsen. Nu är värdet av fullskalig deflektionsström i detta fall igen V/(R+R1), där V är effektivvärdet av den applicerade spänningen, R är resistansen för resistansmultiplikatorn och R1 som är instrumentets elektriska resistans. R och R1 är markerade i kretsdiagrammet. Nu låt oss betrakta fallet två, i detta fall applicerar vi en AC-sinusformad spänning till kretsen som ges v = Vmsin(wt) där Vm är toppvärdet av den applicerade spänningen. Om vi återigen beräknar värdet av fullskalig deflektionsström i detta fall genom att tillämpa samma procedur, kommer vi att få ett uttryck för fullskalig ström som .9V/(R+R1). Kom ihåg att för att få det genomsnittliga värdet av spänningen bör vi integrera det momentana uttrycket för spänningen från noll till pi. Så genom att jämföra det med DC-utdata slår vi fast att känsligheten med AC-ingångsspänningssignal är 0,9 gånger som i fallet med DC-ingångsspänningssignal.
Utdataformen visas nedan. Nu ska vi diskutera de faktorer som påverkar prestandan hos rektifieringsinstrument:
Rektifieringsinstrument kalibreras i termer av effektivvärdena för sinusformade spänningar och strömmar. Problemet är att inmatningsformen kan ha samma formfaktor som den skala dessa mätare är kalibrerade efter, eller inte.
Det kan finnas några fel på grund av rektifieringskretsen eftersom vi inte inkluderade resistansen för rektifieringsbrokretsen i båda fallen. De icke-linjära karaktäristikerna hos bron kan distorera ströms- och spänningsformerna.
Det kan finnas variationer i temperaturen på grund av vilken den elektriska resistansen i bron ändras, och för att kompensera denna typ av fel bör vi applicera en multiplikatorresistor med hög temperaturkoefficient.
Effekten av kapacitansen i brorektifieraren: Brorektifieraren har en ofullkomlig kapacitans, så på grund av detta passerar den högfrekventa strömmar. Därför minskar läsningen.
Känsligheten hos rektifieringsinstrument är låg i fallet med AC-ingångsspänning.
Fördelar med rektifieringsinstrument
Följande är fördelarna med rektifieringsinstrument:
Noggrannheten hos rektifieringsinstrument är ungefär 5 procent under normal drift.
Frekvensintervallet för drift kan utvidgas till höga värden.
De har en enhetlig skala på mätaren.
De har låga driftvärden för ström och spänning.
Belastningseffekten av en AC-rektifieringsvoltmeter i båda fallen (dvs. halvhelsvågsdiodrektifierare och fulvhelsvågsdiodrektifierare) är högre än belastningseffekten av DC-voltmeter eftersom känsligheten för voltmeter antingen i halvhelsvågs- eller fulvhelsvågsrektifiering är mindre än känsligheten för DC-voltmeter.
Ut
