Rektifierinstrument
Definition
Instrument som använder en rektifierande komponent för att mäta spänning och ström kallas rektifieringsinstrument. Den rektifierande komponenten omvandlar växelström (AC) till likström (DC), vilken sedan indikeras av en DC-responsiv mätare. Ett Permanent Magnet Moving Coil (PMMC)-instrument används vanligtvis som indikerande enhet.
Rektifieringsinstrument visar högre känslighet jämfört med rörelse-spole- och elektrodynamometrar, vilket gör dem lämpliga för ström- och spänningsmätningar. Kretsarrangemanget för ett rektifieringsinstrument visas i figuren nedan, med fyra dioder som fungerar som den rektifierande komponenten.
Multiplicatorresistansen Rs används för att begränsa strömmen så att dess värde inte överstiger PMMC-instrumentets kapacitet.
Rektifierande Komponent
En rektifierande komponent omvandlar växelström (AC) till likström (DC), vilket säkerställer enidirektionell strömföring genom PMMC-instrumentet. Vanliga material för rektifierande komponenter inkluderar kupferoxid, seleenceller, germaniumdioder och siliciumdioder.
Den rektifierande komponenten visar nollmotstånd i framåtpolariserat tillstånd och oändligt motstånd i bakåtpolariserat tillstånd, en egenskap som är kritisk för rektifiering.
Karakteristikkurva för Rektifierande Komponent
Karakteristikkurvan för en rektifieringskrets visas i figuren nedan. Idealiskt sett har den rektifierande komponenten ingen spänningsfall i framåtriktningen och blockerar all ström i bakåtriktningen.
Men praktiskt sett är detta inte möjligt. Den verkliga karakteristikkurvan för den rektifierande komponenten visas i figuren nedan.
Halvveckrektifieringskrets
Figuren nedan illustrerar en halvveckrektifieringskrets. Den rektifierande komponenten är ansluten i serie med spänningstillförseln, resistansmultiplicatorn och permanent magnet moving coil (PMMC)-instrumentet. Diodens framåtmotstånd antas vara försumbart.
När en likspänningstillförsel ansluts till kretsen flödar en ström Im genom den, med en magnitud lika med V/(Rm + RS). Denna ström orsakar fullskalig avvikelse i instrumentet.
När en växelspänning ansluts till samma krets konverterar den rektifierande komponenten växelspänningen till unidirektionell likspänning, vilket ger en rektifierad utgång genom instrumentet. PMMC-instrumentet avviker baserat på det genomsnittliga värdet av strömmen, vilket beror på det genomsnittliga värdet av växelströmskällan.
Genomsnittligt Värde av Spänning
Ovanstående beräkning indikerar att instrumentets känslighet för AC är 0.45 gånger strömkänsligheten för DC.
Fullveckrektifieringsinstrument
Kretsen för en fullveckrektifierare visas i figuren nedan.
Den likspänning som tillförs kretsen orsakar fullskalig avvikelse av PMMC-mätaren. Sinusformade spänningen som appliceras på mätaren uttrycks som
För samma spänningsvärde är det genomsnittliga värdet av AC 0.9 gånger det av DC. Med andra ord är instrumentets känslighet för AC 90% av den för DC.
Känsligheten hos ett fullveckrektifieringsinstrument är dubbelt så stor som hos ett halvveckrektifieringsinstrument.
Känslighet hos Rektifieringsinstrument
Känsligheten hos ett instrument återspeglar hur den mätta storheten varierar från inmatning till utmatning, till exempel en rektifieringsinstruments likströmskänslighet.
Känsligheten hos ett AC-rektifieringsinstrument beror på typen av rektifierande komponent som används i kretsen.
Faktorer som Påverkar Prestandan hos Rektifieringsinstrument
Följande faktorer påverkar instrumentets prestanda när det används med AC:
Effekter av Formfaktor
Rektifieringsinstrument kalibreras baserat på effektivvärdet (RMS) av spänning och ström. Formfaktorn för halv- och fullveckrektifieringsinstrument är fast för den kalibrerade skalan. Om en formfaktor med ett annat värde appliceras, kommer läsesfel på grund av formfaktormismatch att uppstå.
Effekter av Temperaturförändringar
Motståndet hos den rektifierande komponenten varierar med temperatur, vilket introducerar fel i instrumentets mätningar.
Effekter av Högfrekventa Strömmar
Rektifieringsinstrument har ogynnsamma kapacitetskarakteristika, vilket tillåter högfrekventa strömmar att passera och påverka läsningar.
Minskning av Känslighet
Känsligheten hos rektifieringsinstrument för AC-operation är lägre än för DC-operation.
Fördelar med Rektifieringsinstrument
Utökad Frekvensområde: Fungerar från 20 Hz till högfrekvensområden.
Låg Strömförbrukning: För voltmätare är strömförbrukningsområdet mycket lägre än för andra AC-instrument.
Uniforma Skalor: Ger uniforma skalor över ett brett mätområde.
Moderat Noggrannhet: Uppnår ±5% noggrannhet under normala driftförhållanden.
Tillämpningar av Rektifieringsinstrument
