เครื่องวัดประเภทที่ใช้ไดโอด | หลักการก่อสร้างและการทำงาน
เครื่องมือประเภทไดโอด วัดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าสลับโดยใช้ชิ้นส่วนแปลงและเครื่องมือประเภทคอยล์เคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร อย่างไรก็ตาม ฟังก์ชันหลักของเครื่องมือประเภทไดโอดคือการทำงานเป็นโวลต์มิเตอร์ คำถามหนึ่งที่อาจเกิดขึ้นในใจของเราคือ ทำไมเราจึงใช้เครื่องมือประเภทไดโอดอย่างกว้างขวางในโลกอุตสาหกรรม แม้ว่าเราจะมีโวลต์มิเตอร์ AC อื่น ๆ เช่น เครื่องมือประเภทอิเล็กโทรไดนามิค เมตร์เทอร์โมคัปเปิล ฯลฯ คำตอบสำหรับคำถามนี้ค่อนข้างง่ายและเขียนไว้ดังนี้
ราคาของเครื่องมือประเภทอิเล็กโทรไดนามิคสูงกว่าเครื่องมือประเภทไดโอด อย่างไรก็ตาม เครื่องมือประเภทไดโอดมีความแม่นยำเท่ากับเครื่องมือประเภทอิเล็กโทรไดนามิค ดังนั้น เครื่องมือประเภทไดโอดจึงได้รับการเลือกมากกว่าเครื่องมือประเภทอิเล็กโทรไดนามิค
เครื่องมือประเภทเทอร์โมคัปเปิลละเอียดอ่อนกว่าเครื่องมือประเภทไดโอด อย่างไรก็ตาม เครื่องมือประเภทเทอร์โมคัปเปิลถูกใช้อย่างกว้างขวางที่ความถี่สูงมาก
ก่อนที่เราจะดูหลักการสร้างและการทำงานของเครื่องมือประเภทไดโอด มีความจำเป็นต้องพูดถึงลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าของไดโอดที่เป็นอุดมคติและปฏิบัติจริง ให้เรามาพูดถึงลักษณะเฉพาะของไดโอดที่เป็นอุดมคติก่อน ไดโอดที่เป็นอุดมคติคืออุปกรณ์ที่มีความต้านทานเป็นศูนย์เมื่อถูกไบแอสไปข้างหน้า และมีความต้านทานอนันต์เมื่อถูกไบแอสกลับหลัง
คุณสมบัตินี้ถูกใช้ในการแปลงแรงดัน (การแปลงหมายถึงการเปลี่ยนปริมาณสลับเป็นปริมาณตรง คือ AC เป็น DC) พิจารณาวงจรที่แสดงด้านล่าง
ในวงจรที่แสดง ไดโอดที่เป็นอุดมคติถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าและตัวต้านทานโหลด ตอนที่เราทำให้ไดโอดไบแอสไปข้างหน้า มันจะนำไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีความต้านทานทางไฟฟ้า ดังนั้นมันจะทำหน้าที่เหมือนวงจรป้อนตรง เราสามารถทำให้ไดโอดไบแอสไปข้างหน้าโดยเชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่กับแอนาดและขั้วลบกับแคธอด ลักษณะเฉพาะของไดโอดที่เป็นอุดมคติแสดงในลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า
ตอนที่เราใช้แรงดันไฟฟ้าลบ คือเชื่อมต่อขั้วลบของแบตเตอรี่กับแอนาดของไดโอดและขั้วบวกของแบตเตอรี่กับแคธอดของไดโอด เนื่องจากไบแอสกลับหลัง มันจะมีความต้านทานทางไฟฟ้าเป็นอนันต์และทำหน้าที่เหมือนวงจรเปิด ลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สมบูรณ์แสดงด้านล่าง
ให้เราพิจารณาวงจรเดียวกัน แต่ความแตกต่างคือเราใช้ไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริงแทนที่จะเป็นอุดมคติ ไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริงมีแรงดันป้อนข้างหน้าจำกัดและความต้านทานป้อนกลับสูง เราจะใช้ขั้นตอนเดียวกันเพื่อหาลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าของไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริง ตอนที่เราทำให้ไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริงไบแอสไปข้างหน้า มันจะไม่นำไฟฟ้าจนกว่าแรงดันที่ใช้จะมากกว่าแรงดันป้อนข้างหน้าหรือแรงดันหัวเข่า เมื่อแรงดันที่ใช้มีค่ามากกว่าแรงดันหัวเข่า ไดโอดหรือไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริงจะเริ่มนำไฟฟ้า ดังนั้นมันจะทำหน้าที่เหมือนวงจรป้อนตรง แต่เนื่องจากมีความต้านทานทางไฟฟ้าบางส่วน แรงดันไฟฟ้าจะลดลงที่ไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริง เราสามารถทำให้ไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริงไบแอสไปข้างหน้าโดยเชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่กับแอนาดและขั้วลบกับแคธอด ลักษณะเฉพาะของไดโอดที่เป็นปฏิบัติจริงแสดงในลักษณะเฉพาะของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า ตอนที่เราใช้แรงดันไฟฟ้าลบ คือเชื่อมต่อขั้วลบของแบตเตอรี่กับแอนาดของไดโอดและขั้วบวกของแบตเตอรี่กับแคธอดของไดโอด เนื่องจากไบแอสกลับหลัง มันจะมีความต้านทานทางไฟฟ้าจำกัดและแรงดันไฟฟ้าลบจนกว่าแรงดันที่ใช้จะเท่ากับแรงดันป้อนกลับสูงสุด ดังนั้นมันจะทำหน้าที่เหมือนวงจรเปิด ลักษณะเฉพาะที่สมบูรณ์แสดงด้านล่าง
เครื่องมือประเภทไดโอดใช้วงจรแปลงสองประเภท:
วงจรแปลงครึ่งคลื่นของเครื่องมือประเภทไดโอด
ให้เราพิจารณาวงจรแปลงครึ่งคลื่นที่แสดงด้านล่าง ซึ่งไดโอดถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบไซนัสอยด์ เครื่องมือประเภทคอยล์เคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร และตัวต้านทานคูณ
ฟังก์ชันของตัวต้านทานคูณคือจำกัดกระแสที่เครื่องมือประเภทคอยล์เคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวรดึง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญที่จะจำกัดกระแสที่เครื่องมือประเภทคอยล์เคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวรดึง เพราะหากกระแสเกินอัตรากระแสของ PMMC จะทำลายเครื่องมือ ตอนนี้เราแบ่งการดำเนินงานออกเป็นสองส่วน ในส่วนแรกเราใช้แรงดันไฟฟ้า DC คงที่กับวงจรดังกล่าว ในแผนภาพวงจร เราสมมติว่าไดโอดเป็นอุดมคติ
ให้เราตั้งความต้านทานของตัวต้านทานคูณเป็น R และความต้านทานของเครื่องมือประเภทคอยล์เคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวรเป็น R1 แรงดันไฟฟ้า DC ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนเต็มมาตรวัดขนาด I = V / (R + R1) โดยที่ V คือค่า RMS ของแรงดันไฟฟ้า ตอนนี้ให้เราพิจารณากรณีที่สอง ในกรณีนี้เราจะใช้แรงดันไฟฟ้า AC แบบไซนัสอยด์กับวงจร v = Vm × sin(wt) และเราจะได้รูปคลื่นเอาต์พุตดังแสดง ในการครึ่งวงจรที่เป็นบวก ไดโอดจะนำไฟฟ้า และในการครึ่งวงจรที่เป็นลบ ไดโอดจะไม่นำไฟฟ้า ดังนั้นเราจะได้แรงดันไฟฟ้าเป็นพัลส์ที่เครื่องมือประเภทคอยล์เคลื่อนที่แบบแม่เหล็กถาวร ซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเป็นพัลส์ ดังนั้นกระแสไฟฟ้าเป็นพัลส์จะทำให้เกิดแรงบิดเป็นพัลส์
การเบี่ยงเบนที่เกิดขึ้นจะสอดคล้องกับค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น ให้เราคำนวณค่าเฉลี่ยของกระแสไฟฟ้า เพื่อคำนวณค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้า เราต้องทำการรวมผลรวมของการแสดงออกทันทีของแรงดันไฟฟ้าจาก 0 ถึง 2π ดังนั้น ค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าที่คำนวณได้คือ 0.45V อีกครั้ง V คือค่า RMS ของกระแสไฟฟ้า ดังนั้นเราสรุปได้ว่าความไวของอินพุต AC คือ 0.45 เท่าของความไวของอินพุต DC ในกรณีของวงจรแปลงครึ่งคลื่น
วงจรแปลงเต็มคลื่นของเครื่องมือประเภทไดโอด
ให้เราพิจารณาวงจรแปลงเต็มคลื่นที่แสดงด้านล่าง
เราใช้วงจรแปลงสะพานแบบเต็มคลื่นตามที่แสดง เราแบ่งการดำเนินงานออกเป็นสองส่วน ในส่วนแรกเราวิเคราะห์เอาต์พุตโดยใช้แรงดันไฟฟ้า DC และในส่วนที่สองเราจะใช้แรงดันไฟฟ้า AC กับวงจร ตัวต้านทานคูณแบบอนุกรมถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า ซึ่งมีฟังก์ชันเดียวกับที่อธิบายไว้ข้างต้น ให้เราพิจารณากรณีแรกที่เราใช้แรงดันไฟฟ้า DC กับวงจร ตอนนี้ค่ากระแสที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนเต็มมาตรวัดในกรณีนี้คือ V / (R + R1) โดยที่ V คือค่า RMS ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ R คือความต้านทานของตัวต้านทานคูณ และ R1 คือความต้านทานทางไฟฟ้าของเครื่องมือ R และ R1 ถูกทำเครื่องหมายในแผนภาพวงจร ตอนนี้ให้เราพิจารณากรณีที่สอง ในกรณีนี้เราจะใช้แรงดันไฟฟ้า AC แบบไซนัสอยด์กับวงจร v = Vm × sin(wt) โดยที่ Vm คือค่าสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ หากเราคำนวณค่ากระแสที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนเต็มมาตรวัดในกรณีนี้โดยใช้ขั้นตอนเดียวกัน เราจะได้ผลของการคำนวณค่ากระแสที่ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนเต็มมาตรวัดเป็น .9V / (R + R1) จำไว้ว่าเพื่อคำนวณค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้า เราควรทำการรวมผลรวมของการแสดงออกทันทีของแรงดันไฟฟ้าจาก 0 ถึง π ดังนั้น การเปรียบเทียบกับเอาต์พุต DC เราสรุปได้ว่าความไวกับแรงดันไฟฟ้า AC คือ 0.9 เท่าของความไวกับแรงดันไฟฟ้า DC
รูปคลื่นเอาต์พุตแสดงด้านล่าง ตอนนี้เราจะพูดถึงปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องมือประเภทไดโอด:
เครื่องมือประเภทไดโอดถูกปรับเทียบในรูปแบบของค่า RMS ของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าแบบไซนัสอยด์ ปัญหาคือรูปคลื่นอินพุตอาจมีหรือไม่มีแฟคเตอร์รูปแบบเดียวกับที่มาตรวัดของเครื่องมือนี้ถูกปรับเทียบ
อาจมีข้อผิดพลาดจากการแปลงด้วยวงจรแปลง เนื่องจากเราไม่ได้รวมความต้านทานของวงจรสะพานแปลงในทั้งสองกรณี ลักษณะเฉพาะที่ไม่เป็นเส้นตรงของสะพานอาจทำให้รูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าบิดเบี้ยว
อาจมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ทำให้ความต้านทานทางไฟฟ้าของสะพานเปลี่ยนแปลง ดังนั้นเพื่อชดเชยข้อผิดพลาดนี้ เราควรใช้ตัวต้านทานคูณที่มีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิสูง
ผลกระทบจากการมีความจุของวงจรสะพานแปลง: วงจรสะพานแปลงมีความจุที่ไม่สมบูรณ์ ดังนั้น ความจุนี้จะทำให้กระแสไฟฟ้าความถี่สูงผ่านไป ดังนั้น ค่าอ่านจะลดลง
ความไวของเครื่องมือประเภทไดโอดต่ำในกรณีของแรงดันไฟฟ้า AC
ข้อดีของเครื่องมือประเภทไดโอด
ต่อไปนี้คือข้อดีของเครื่องมือประเภทไดโอด:
ความแม่นยำของเครื่องมือประเภทไดโอดประมาณ 5% ภายใต้สภาพการทำงานปกติ
ช่วงความถี่ของการทำงานสามารถขยายออกไปถึงค่าสูง
มาตรวัดมีสเกลที่สม่ำเสมอ
เครื่องมือมีค่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำในการทำงาน
ผลของการโหลดของโวลต์มิเตอร์ AC ที่เป็นเครื่องมือแปลงทั้งในกรณีของวงจรแปลงครึ่งคลื่นและวงจรแปลงเต็มคลื่นสูงกว่าผลของการโหลดของโวลต์มิเตอร์ DC เนื่องจากความไวของโวลต์มิเตอร์ที่ใช้ในวงจรแปลงครึ่งคลื่นหรือวงจรแปลงเต็มคลื่นน้อยกว่าความไวของโวลต์มิเตอร์ DC
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
