Typ prostownikowy instrument
Definicja
Instrumenty wykorzystujące element prostujący do pomiaru napięcia i prądu nazywane są instrumentami prostującymi. Element prostujący przekształca prąd przemienny (AC) w prąd jednokierunkowy (DC), który następnie jest wskazywany przez miernik reagujący na DC. Powszechnie jako urządzenie wskazujące używany jest instrument z cewką ruchomą z permanentnym magnesem (PMMC).
Instrumenty prostujące mają większą wrażliwość w porównaniu z instrumentami z cewką ruchomą i elektrodynamometrami, co sprawia, że są odpowiednie do pomiarów prądu i napięcia. Układ obwodowy instrumentu prostującego przedstawiono na poniższym rysunku, zawierającym cztery diody, które działają jako element prostujący.
Opor mnożący Rs służy do ograniczenia prądu, aby jego wartość nie przekroczyła dopuszczalnej wartości dla instrumentu PMMC.
Element prostujący
Element prostujący przekształca prąd przemienny (AC) w prąd jednokierunkowy (DC), zapewniając jednokierunkowy przepływ prądu przez instrument PMMC. Wspólnie używanymi materiałami do elementów prostujących są tlenek miedzi, celi seleń, diody germanowe i diody krzemowe.
Element prostujący ma opór zerowy w stanie przewlekłym i nieskończony opór w stanie odwróconym, co jest kluczową cechą dla prostowania.
Krzywa charakterystyczna elementu prostującego
Krzywa charakterystyczna obwodu prostującego przedstawiona jest na poniższym rysunku. Ideowo, element prostujący nie ma spadku napięcia w kierunku przewlekłym i blokuje cały prąd w kierunku odwrotnym.
Jednak w praktyce to nie jest możliwe. Rzeczywista krzywa charakterystyczna elementu prostującego przedstawiona jest na poniższym rysunku.
Obwód prostujący półfalowy
Poniższy rysunek przedstawia obwód prostujący półfalowy. Element prostujący jest połączony szeregowo z źródłem napięcia, oporem mnożącym i instrumentem PMMC. Przewleka oporu diody jest uznawana za zaniedbywalną.
Gdy do obwodu podłączone jest źródło napięcia DC, przez nie płynie prąd Im, którego wielkość wynosi V/(Rm + RS). Ten prąd powoduje pełne odchylenie instrumentu.
Gdy do tego samego obwodu podłączono napięcie AC, element prostujący przekształca napięcie AC w jednokierunkowe napięcie DC, dając uproszczoną wyjściową przez instrument. Instrument PMMC odchyla się w zależności od średniej wartości prądu, która zależy od średniej wartości napięcia źródła AC.
Średnia wartość napięcia
Powyższe obliczenia wskazują, że wrażliwość instrumentu na AC wynosi 0,45 razy wrażliwość na DC.
Instrument prostujący pełnofalowy
Obwód prostownika pełnofalowego przedstawiony jest na poniższym rysunku.
Napięcie DC podane do obwodu powoduje pełne odchylenie miernika PMMC. Sinusoidalne napięcie podane do miernika wyraża się jako
Dla tej samej wartości napięcia, średnia wartość AC wynosi 0,9 razy wartość DC. Innymi słowy, wrażliwość instrumentu na AC wynosi 90% wrażliwości na DC.
Wrażliwość instrumentu prostującego pełnofalowego jest dwukrotnie większa niż instrumentu prostującego półfalowego.
Wrażliwość instrumentu prostującego
Wrażliwość instrumentu odzwierciedla, jak zmienia się mierzona wielkość od wejścia do wyjścia, tak jak w przypadku wrażliwości na DC instrumentu prostującego.
Wrażliwość instrumentu prostującego typu AC zależy od rodzaju elementu prostującego używanego w obwodzie.
Czynniki wpływające na działanie instrumentów prostujących
Następujące czynniki wpływają na działanie instrumentu podczas pracy z AC:
Wpływ kształtu fali
Instrumenty prostujące są kalibrowane na podstawie wartości skutecznej (RMS) napięcia i prądu. Współczynnik kształtu dla instrumentów prostujących półfalowych i pełnofalowych jest stały dla skalibrowanej skali. Jeśli zastosowano kształt fali o innym współczynniku kształtu, wystąpią błędy odczytu wynikające z niezgodności kształtu fali.
Wpływ zmian temperatury
Opór elementu prostującego zmienia się wraz z temperaturą, wprowadzając błędy do pomiarów instrumentu.
Wpływ prądów wysokiej częstotliwości
Instrumenty prostujące mają nieidealne cechy pojemności, co pozwala prądom wysokiej częstotliwości przenikać i wpływać na odczyty.
Spadek wrażliwości
Wrażliwość instrumentów prostujących dla pracy z AC jest niższa niż dla pracy z DC.
Zalety instrumentów prostujących
Rozszerzony zakres częstotliwości: działa od 20 Hz do wysokich częstotliwości.
Niska zużycie prądu: dla woltomierzy, zakres prądu roboczego jest znacznie niższy niż w przypadku innych instrumentów AC.
Jednolite skale: zapewnia jednolite skale w szerokim zakresie pomiarowym.
Umiarkowana dokładność: osiąga dokładność ±5% w normalnych warunkach pracy.
Zastosowania instrumentów prostujących
