Комбинированные аналоговые измерительные приборы

Комбинированный аналоговый измерительный прибор— ампервольтомметр (авометр)—является универсальным многопредельным прибором, с помощью которого возможны измерения токов, напряжений в цепях постоянного и переменного токов частотой от 20 Гц до 20 кГц и выше, сопротивлений постоянному току и емкости. В универсальном измерительном приборе используют магнитоэлектрический ИМ (микроамперметр), например с током полного отклонения подвижной части 50 мкА и падением напряжения 75 мВ, который может при помощи переключающего устройства соединяться с различными измерительными цепями.

При измерении постоянного тока параллельно микроамперметру включаются многоступенчатые шунты, а при измерении постоянного напряжения последовательно с микроамперметром — добавочные резисторы. Таким образом, в режиме измерения постоянного тока и напряжения авометр работает как многопредельный магнитоэлектрический амперметр и вольтметр.

При измерении переменных токов и напряжений звуковых частот используют многопредельные выпрямительные амперметры и вольтметры, представляющие собой сочетание шунтов или добавочных резисторов, полупроводниковых одно- или двухполупериодных выпрямителей и магнитоэлектрического микроамперметра. Показания выпрямительных приборов соответствуют средневыпрямленному значению измеряемого напряжения или тока, т. е. магнитоэлектрический измеритель усредняет значение предварительно выпрямленного тока.

Рис. 5.9. Схема однополупериодного выпрямления (а) и временные диграммы изменения выпрямленного тока (б)

На рис. 5.9, а представлена схема однополупериодного выпрямления, а на рис. 5.9,6 — временные диаграммы изменения выпрямленного тока. В цепи однополупериодного выпрямления ток I_и через микроамперметр, включенный последовательно с диодом VD1, протекает только в положительный полупериод напряжения u(t). В отрицательный полупериод, для которого сопротивление диода VD1 очень велико, ток протекает через диод VD2, защищая тем самым диод VD1 от пробоя. Сопротивление R', включенное в цепь встречного диода и равное сопротивлению микроамперметра R_v, делает входное сопротивление цепи в обоих направлениях одинаковым. Подвижная часть магнитоэлектрического микроамперметра из-за своей инерционности при частотах от 20 Гц и выше не успевает следовать за мгновенными значениями вращающего момента, поэтому реагирует на среднее значение момента.

Шкалу прибора, измеряющего переменный ток или напряжение, обычно градуируют в среднеквадратических (действующих) значениях синусоидального сигнала

В цепи двухполупериодного выпрямления с четырьмя диодами (рис. 5.10, а) ток I_и, протекающий через микроамперметр, увеличивается вдвое по сравнению с током, протекающим через микроамперметр в цепи однополупериодного выпрямления. В течение положительного полупериода ток проходит через диод VD1 — микроамперметр — диод VD3; в течение отрицательного полупериода — через диоды VD2, VD4 и микроамперметр. Таким образом, через микроамперметр ток I_и проходит в одном и том же направлении оба полупериода:

I_и = 2I_max/π = I/ К_ф = 0,9 I, (5.24)

Рис. 5.10. Схемы двухполупериодного выпрямления

Предельное среднеквадратическое значение измеряемого синусоидального тока I=1,11 I_и .

Достоинства выпрямительных приборов — высокая чувствительность по току и напряжению; малая собственная мощность потребления; малые габаритные размеры; широкий частотный диапазон; их недостатки — зависимость прямого и обратного сопротивления диода от температуры, нелинейность шкалы (сжата вначале при малых напряжениях до 0,4 В); невысокая точность (классы точности 1,5; 2,5 и 4); зависимость показаний от формы кривой исследуемого сигнала. Если измеряемое напряжение или ток отличны от синусоиды, то к показаниям прибора необходимо внести поправки.

Для измерения переменного напряжения используют многопредельные выпрямительные вольтметры (рис. 5.12). Расширение пределов измерения осуществляется переключаемыми добавочными резисторами, включенными в цепь переменного тока перед измерительным выпрямителем. Значение входного сопротивления вольтметра в основном определяется значением добавочного сопротивления R_д = R_1д + R_2д +… (так как R_д »R_np + R_и); оно составляет 1,5—2 кОм/В и зависит от предела измерения напряжения.

Рис. 5.12. Схема трехпредельного выпрямительного вольтметра

Для измерения малых напряжений предпочтительны вольтметры с однополупериодным выпрямлением; для измерения больших напряжений — вольтметры с двух-полупериодным выпрямлением. Для уменьшения частотной погрешности используют безындукционные добавочные резисторы и параллельно им включают конденсатор.