Τύπος Ορθογωνίου
Ορισμός
Τα μέτρησης που χρησιμοποιούν ένα στοιχείο ορθογωνικής για τη μέτρηση τάσης και ρεύματος είναι γνωστά ως ορθογωνικά όργανα. Το στοιχείο ορθογωνικής μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) σε συνεχές ρεύμα (DC), το οποίο επιτέλους δείχνεται από ένα μέτρημα που ανταποκρίνεται στο DC. Συνήθως χρησιμοποιείται ένα όργανο Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) ως συσκευή εμφάνισης.
Τα ορθογωνικά όργανα δείχνουν υψηλότερη ευαισθησία σε σύγκριση με τα όργανα μετακινούμενης κατανεμημένης κατανεμημένης και ελεκτροδυναμόμετρα, καθιστώντας τα κατάλληλα για μετρήσεις ρεύματος και τάσης. Η διάταξη του περιβάλλοντος ενός όργανου ορθογωνικής είναι δείκνυται στο παρακάτω σχήμα, με τέσσερα διόδους που λειτουργούν ως στοιχείο ορθογωνικής.
Η αντίσταση πολλαπλασιαστή Rs χρησιμοποιείται για να περιορίσει το ρεύμα, έτσι ώστε η τιμή του να μην ξεπερνά την ικανότητα του όργανου PMMC.
Στοιχείο Ορθογωνικής
Ένα στοιχείο ορθογωνικής μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) σε συνεχές ρεύμα (DC), εξασφαλίζοντας μονοκατευθυντική ροή ρεύματος μέσω του όργανου PMMC. Κοινά υλικά για στοιχεία ορθογωνικής περιλαμβάνουν την οξείδα του χαλκού, τα κύτταρα σελενίου, τις διόδους γερμανίου και τις διόδους πυρίτιου.
Το στοιχείο ορθογωνικής εμφανίζει μηδενική αντίσταση στην προσανατολισμένη κατάσταση και άπειρη αντίσταση στην αντίστροφη κατάσταση, μια ιδιότητα που είναι κρίσιμη για την ορθογωνική.
Χαρακτηριστική Καμπύλη του Στοιχείου Ορθογωνικής
Η χαρακτηριστική καμπύλη ενός ορθογωνικού περιβάλλοντος είναι δείκνυται στο παρακάτω σχήμα. Ιδανικά, το στοιχείο ορθογωνικής δεν έχει ορθογωνική πτώση στην προσανατολισμένη κατεύθυνση και εμποδίζει όλο το ρεύμα στην αντίστροφη κατεύθυνση.
Αλλά πρακτικά, αυτό δεν είναι δυνατό. Η πραγματική χαρακτηριστική καμπύλη του στοιχείου ορθογωνικής είναι δείκνυται στο παρακάτω σχήμα.
Περιβάλλον Μισού Κύκλου Ορθογωνικής
Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα περιβάλλον μισού κύκλου ορθογωνικής. Το στοιχείο ορθογωνικής είναι συνδεδεμένο σε σειρά με την πηγή τάσης, την αντίσταση πολλαπλασιαστή και το όργανο permanent magnet moving coil (PMMC). Υποθέτεται ότι η προσανατολισμένη αντίσταση της διόδου είναι αμελητή.
Όταν εφαρμόζεται μια πηγή DC στο περιβάλλον, ένα ρεύμα Im ρέει μέσω του, με μέγεθος ίσο με V/(Rm + RS). Αυτό το ρεύμα προκαλεί πλήρη κάμψη στο όργανο.
Όταν εφαρμόζεται μια πηγή AC στο ίδιο περιβάλλον, το στοιχείο ορθογωνικής μετατρέπει την AC τάση σε μονοκατευθυντική DC τάση, παράγοντας μια ορθογωνική εξόδο μέσω του όργανου. Το όργανο PMMC κάμπτεται βάσει της μέσης τιμής του ρεύματος, η οποία εξαρτάται από τη μέση τιμή της πηγής AC.
Μέση Τιμή Τάσης
Η παραπάνω υπολογισμός δείχνει ότι η ευαισθησία του όργανου για AC είναι 0.45 φορές η ευαισθησία του ρεύματος για DC.
Όργανο Πλήρους Κύκλου Ορθογωνικής
Το περιβάλλον ενός πλήρους κύκλου ορθογωνικής είναι δείκνυται στο παρακάτω σχήμα.
Η DC τάση που εφαρμόζεται στο περιβάλλον προκαλεί πλήρη κάμψη του μετρητή PMMC. Η συνημιτόνια τάση εφαρμόζεται στο μετρητή ως
Για την ίδια τιμή τάσης, η μέση τιμή του AC είναι 0.9 φορές αυτή του DC. Με άλλα λόγια, η ευαισθησία του όργανου με AC είναι 90% αυτής με DC.
Η ευαισθησία ενός όργανου πλήρους κύκλου ορθογωνικής είναι διπλάσια από αυτή ενός όργανου μισού κύκλου ορθογωνικής.
Ευαισθησία Ορθογωνικού Όργανου
Η ευαισθησία ενός όργανου αντικατοπτρίζει πώς η μετρούμενη ποσότητα μεταβάλλεται από την είσοδο στην έξοδο, όπως η ευαισθησία DC ενός όργανου ορθογωνικής.
Η ευαισθησία ενός όργανου ορθογωνικής AC εξαρτάται από τον τύπο του στοιχείου ορθογωνικής που χρησιμοποιείται στο περιβάλλον.
Παράγοντες Που Επηρεάζουν την Απόδοση Ορθογωνικών Οργάνων
Οι παρακάτω παράγοντες επηρεάζουν την απόδοση του όργανου όταν χρησιμοποιείται με AC:
Επιδράσεις της Μορφής Τροχιάς
Τα ορθογωνικά όργανα είναι καλιβρωμένα με βάση την τιμή RMS (root-mean-square) της τάσης και του ρεύματος. Ο παράγοντας μορφής των όργανων μισού κύκλου και πλήρους κύκλου ορθογωνικής είναι σταθερός για την καλιβρωμένη κλίμακα. Εάν εφαρμοστεί μια μορφή τροχιάς με διαφορετικό παράγοντα μορφής, θα προκύψουν λάθη ανάγνωσης λόγω μη συμφωνίας της μορφής τροχιάς.
Επίδραση Αλλαγής Θερμοκρασίας
Η αντίσταση του στοιχείου ορθογωνικής μεταβάλλεται με τη θερμοκρασία, προκαλώντας λάθη στις μετρήσεις του όργανου.
Επίδραση Υψηλοσυχνοτικών Ρευμάτων
Τα ορθογωνικά όργανα έχουν ατελείως χαρακτηριστικά ικανότητας, επιτρέποντας την πέραση υψηλοσυχνοτικών ρευμάτων και επηρεάζοντας τις αναγνώσεις.
Μείωση της Ευαισθησίας
Η ευαισθησία των ορθογωνικών όργανων για λειτουργία AC είναι χαμηλότερη από αυτή της λειτουργίας DC.
Πλεονεκτήματα Ορθογωνικών Οργάνων
Επεκτεινόμενη Περιοχή Συχνότητας: Λειτουργεί από 20 Hz έως υψηλότερες περιοχές συχνότητας.
Χαμηλή Κατανάλωση Ρεύματος: Για βολτμέτρα, η περιοχή λειτουργίας ρεύματος είναι πολύ χαμηλότερη από άλλα όργανα AC.
Ομοιόμορφες Κλίμακες: Παρέχει ομοιόμορφες κλίμακες σε ευρεία περιοχή μέτρησης.
Μέτρια Ακρίβεια: Επιτυγχάνει ακρίβεια ±5% υπό συνθήκες κανονικής λειτουργίας.
Εφαρμογές Ορθογωνικών Οργάνων
