정류기형 계측기
정의
정류 요소를 사용하여 전압과 전류를 측정하는 계측기는 정류 계측기로 알려져 있습니다. 정류 요소는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하며, 이는 DC 반응 미터에 의해 표시됩니다. 영구자석 이동 코일(PMMC) 계측기가 일반적으로 표시 장치로 사용됩니다.
정류 계측기는 이동 코일 및 전기동력계 계측기에 비해 더 높은 감도를 보여주어 전류와 전압 측정에 적합합니다. 아래 그림은 4개의 다이오드를 정류 요소로 사용하는 정류 계측기의 회로 배치를 나타내고 있습니다.
곱셈 저항 Rs는 PMMC 계측기의 등급을 초과하지 않도록 전류를 제한하는 데 사용됩니다.
정류 요소
정류 요소는 교류(AC)를 직류(DC)로 변환하여 PMMC 계측기를 통해 일방향 전류 흐름을 보장합니다. 정류 요소로 일반적으로 사용되는 재료에는 구리 산화물, 셀레늄 셀, 게르마늄 다이오드, 실리콘 다이오드가 있습니다.
정류 요소는 전방 바이어스 상태에서는 저항이 0이고, 역방 바이어스 상태에서는 무한대의 저항을 가지며, 이 속성은 정류에 중요합니다.
정류 요소의 특성 곡선
아래 그림은 정류 회로의 특성 곡선을 보여줍니다. 이상적으로, 정류 요소는 전방 방향에서는 전압 강하가 없으며, 역방 방향에서는 모든 전류를 차단합니다.
하지만 실제로는 이것이 불가능합니다. 아래 그림은 실제 정류 요소의 특성 곡선을 보여줍니다.
반파 정류 회로
아래 그림은 반파 정류 회로를 보여줍니다. 정류 요소는 전압 소스, 저항 곱셈기, 영구자석 이동 코일(PMMC) 계측기와 직렬로 연결됩니다. 다이오드의 전방 저항은 무시할 수 있는 것으로 가정됩니다.
직류 전압 소스가 회로에 적용되면, 전류 Im가 V/(Rm + RS) 크기로 흐릅니다. 이 전류는 계측기에서 전체 스케일 디플렉션을 일으킵니다.
교류 전압이 동일한 회로에 적용되면, 정류 요소는 교류 전압을 일방향 직류 전압으로 변환하여 계측기를 통해 정류된 출력을 생성합니다. PMMC 계측기는 AC 소스의 평균 전압에 따라 결정되는 전류의 평균 값에 따라 디플렉션됩니다.
전압의 평균 값
위의 계산은 AC에 대한 계측기의 감도가 DC의 전류 감도의 0.45배임을 나타냅니다.
전파 정류 계측기
아래 그림은 전파 정류 회로를 보여줍니다.
회로에 적용된 DC 전압은 PMMC 미터의 전체 스케일 디플렉션을 일으킵니다. 미터에 적용되는 사인파 전압은 다음과 같이 표현됩니다.
같은 전압 값에 대해, AC의 평균 값은 DC의 0.9배입니다. 즉, AC에 대한 계측기의 감도는 DC의 90%입니다.
전파 정류 계측기의 감도는 반파 정류 계측기의 두 배입니다.
정류 계측기의 감도
계측기의 감도는 입력에서 출력까지 측정된 양이 어떻게 변하는지를 나타내며, 예를 들어 정류 계측기의 DC 감도를 말합니다.
AC 정류형 계측기의 감도는 회로에서 사용되는 정류 요소의 유형에 따라 달라집니다.
정류형 계측기의 성능에 영향을 미치는 요인
다음 요인들은 AC를 사용할 때 계측기의 성능에 영향을 미칩니다:
파형의 영향
정류 계측기는 전압과 전류의 RMS(평균 제곱근) 값에 기반하여 조정됩니다. 반파 및 전파 정류 계측기의 형태 인자는 조정된 스케일에 대해 고정되어 있습니다. 다른 형태 인자를 가진 파형이 적용되면, 파형 불일치로 인해 읽기 오류가 발생합니다.
온도 변화의 영향
정류 요소의 저항은 온도에 따라 변하기 때문에, 이는 계측기의 측정값에 오류를 초래합니다.
고주파 전류의 영향
정류 계측기는 완벽하지 않은 용량 특성을 가지고 있어, 고주파 전류가 통과하여 읽기 값을 영향받습니다.
감도 감소
정류형 계측기의 AC 작동 시 감도는 DC 작동 시보다 낮습니다.
정류 계측기의 장점
확장된 주파수 범위: 20 Hz부터 고주파 범위까지 작동합니다.
낮은 전류 소모: 볼트미터의 경우, 전류 작동 범위가 다른 AC 계측기보다 훨씬 낮습니다.
균일한 스케일: 넓은 측정 범위에서 균일한 스케일을 제공합니다.
중간 정도의 정확도: 일반적인 작동 조건에서 ±5%의 정확도를 달성합니다.
정류 계측기의 응용
