دستگاه نوع مستقیم‌ساز
تعریف
دستگاه‌هایی که از یک عنصر مستقیم‌ساز برای اندازه‌گیری ولتاژ و جریان استفاده می‌کنند، به عنوان دستگاه‌های مستقیم‌ساز شناخته می‌شوند. عنصر مستقیم‌ساز جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند که سپس توسط دستگاهی که به DC پاسخ می‌دهد نشان داده می‌شود. معمولاً از دستگاه PMMC (حلقه متحرک با مغناطیس دائمی) به عنوان دستگاه نشان‌دهنده استفاده می‌شود.
دستگاه‌های مستقیم‌ساز نسبت به دستگاه‌های حلقه متحرک و الکترودینامومتر حساسیت بیشتری دارند که آنها را برای اندازه‌گیری جریان و ولتاژ مناسب می‌کند. آرایش مداری یک دستگاه مستقیم‌ساز در شکل زیر نشان داده شده است که شامل چهار دیود به عنوان عنصر مستقیم‌ساز است.
مقاومت ضربه‌ای Rs برای محدود کردن جریان استفاده می‌شود تا مقدار آن از حد مجاز دستگاه PMMC فراتر نرود.
عنصر مستقیم‌ساز
عنصر مستقیم‌ساز جریان متناوب (AC) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند تا جریان یکسویه از طریق دستگاه PMMC جریان یابد. مواد رایج برای عناصر مستقیم‌ساز شامل اکسید مس، سلنویوم، دیودهای ژرمانیوم و دیودهای سیلیکون هستند.
عنصر مستقیم‌ساز در حالت پیشرفت‌دار مقاومت صفر و در حالت عقب‌افتاده مقاومت بی‌نهایت دارد، که این خاصیت برای مستقیم‌سازی حیاتی است.
منحنی مشخصه عنصر مستقیم‌ساز
منحنی مشخصه یک مدار مستقیم‌ساز در شکل زیر نشان داده شده است. ایده‌آل‌آرا عنصر مستقیم‌ساز در جهت پیشرفت‌دار هیچ کاهش ولتاژ ندارد و در جهت عقب‌افتاده تمام جریان را مسدود می‌کند.
اما در عمل این امر امکان‌پذیر نیست. منحنی مشخصه واقعی عنصر مستقیم‌ساز در شکل زیر نشان داده شده است.
مدار مستقیم‌ساز نیمه‌موج
شکل زیر یک مدار مستقیم‌ساز نیمه‌موج را نشان می‌دهد. عنصر مستقیم‌ساز به صورت سری با منبع ولتاژ، مقاومت ضربه‌ای و دستگاه PMMC (حلقه متحرک با مغناطیس دائمی) متصل شده است. مقاومت پیشرفت‌دار دیود فرض می‌شود که قابل چشم‌پوشی است.
وقتی یک منبع ولتاژ DC به مدار اعمال می‌شود، یک جریان Im از طریق آن جریان می‌یابد که مقدار آن برابر V/(Rm + RS) است. این جریان باعث انشعاب کامل در دستگاه می‌شود.
وقتی یک منبع ولتاژ AC به همان مدار اعمال می‌شود، عنصر مستقیم‌ساز ولتاژ AC را به ولتاژ DC یکسویه تبدیل می‌کند و خروجی مستقیم‌سازی شده از طریق دستگاه جریان می‌یابد. دستگاه PMMC بر اساس مقدار متوسط جریان انشعاب می‌کند که به مقدار متوسط ولتاژ منبع AC بستگی دارد.
مقدار متوسط ولتاژ
محاسبه بالا نشان می‌دهد که حساسیت دستگاه برای AC 0.45 برابر حساسیت جریان برای DC است.
دستگاه مستقیم‌ساز موج کامل
مدار یک دستگاه مستقیم‌ساز موج کامل در شکل زیر نشان داده شده است.
ولتاژ DC اعمال شده به مدار باعث انشعاب کامل دستگاه PMMC می‌شود. ولتاژ سینوسی که به دستگاه اعمال می‌شود به صورت زیر بیان می‌شود
برای همان مقدار ولتاژ، مقدار متوسط AC 0.9 برابر DC است. به عبارت دیگر، حساسیت دستگاه با AC 90٪ حساسیت آن با DC است.
حساسیت یک دستگاه مستقیم‌ساز موج کامل دو برابر حساسیت یک دستگاه مستقیم‌ساز نیمه‌موج است.
حساسیت دستگاه مستقیم‌ساز
حساسیت یک دستگاه نشان‌دهنده این است که چگونه مقدار اندازه‌گیری شده از ورودی به خروجی تغییر می‌کند، مانند حساسیت DC یک دستگاه مستقیم‌ساز.
حساسیت یک دستگاه مستقیم‌ساز AC از نوع عناصر مستقیم‌ساز استفاده شده در مدار بستگی دارد.
عوامل تأثیرگذار بر عملکرد دستگاه‌های مستقیم‌ساز
عوامل زیر عملکرد دستگاه را زمانی که با AC استفاده می‌شود تحت تأثیر قرار می‌دهند:
تأثیرات موج
دستگاه‌های مستقیم‌ساز بر اساس مقدار RMS (میانگین مربعی) ولتاژ و جریان تنظیم می‌شوند. عامل شکل موج دستگاه‌های مستقیم‌ساز نیمه‌موج و موج کامل برای مقیاس تنظیم شده ثابت است. اگر یک موج با عامل شکل متفاوت اعمال شود، خطاهای خواندن به دلیل عدم تطابق موج رخ می‌دهد.
تأثیر تغییر دما
مقاومت عنصر مستقیم‌ساز با تغییر دما متفاوت می‌شود که خطاهایی را در اندازه‌گیری‌های دستگاه می‌افزاید.
تأثیر جریان‌های با فرکانس بالا
دستگاه‌های مستقیم‌ساز ویژگی‌های ظرفیتی ناقصی دارند که اجازه می‌دهند جریان‌های با فرکانس بالا از طریق آنها عبور کنند و خواندن‌ها را تحت تأثیر قرار دهند.
کاهش حساسیت
حساسیت دستگاه‌های مستقیم‌ساز برای عملکرد AC کمتر از حساسیت آنها برای DC است.
مزایای دستگاه‌های مستقیم‌ساز
دامنه فرکانس گسترده: از 20 Hz تا دامنه‌های فرکانس بالا عمل می‌کند.
مصرف جریان کم: برای ولت‌سنج‌ها، محدوده جریان عملیاتی بسیار کمتر از سایر دستگاه‌های AC است.
مقیاس‌های یکنواخت: مقیاس‌های یکنواخت در محدوده اندازه‌گیری گسترده‌ای ارائه می‌دهد.
دقت متوسط: ±5٪ دقت را در شرایط عملیاتی معمولی به دست می‌آورد.
کاربردهای دستگاه‌های مستقیم‌ساز
