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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Wechselstrom-Amperemeter mit linearer Skala. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Mithilfe der synchronen Wechselstromgleichrichtung linearisierte der Autor die Skala eines magnetoelektrischen Shunt-Amperemeters ohne Verstärker. Der Artikel bietet Optionen für Schaltungen mit Halbwellen- und Ringsynchrongleichrichtern, die üblicherweise in Ringmodulatoren verwendet werden. Die Skala eines Wechselstrom-Amperemeters, das aus einem magnetoelektrischen Zeigerinstrument mit Shunt und einem einfachen Gleichrichter besteht, ist normalerweise nichtlinear. Das hängt damit zusammen. dass sich die Gleichrichtereigenschaften von Germanium- und Siliziumdioden stark verschlechtern, wenn die Spannung unter einen bestimmten Schwellenwert (0,2...0,6 V) sinkt. Daher ist es erforderlich, den Spannungsabfall am Shunt zu erhöhen oder lineare Gleichrichter auf Basis von Wechselspannungsverstärkern zu verwenden. Ein Anstieg des Spannungsabfalls am Shunt führt jedoch zwangsläufig zu Leistungsverlusten und einem Anstieg des Ausgangswiderstands des Netzteils. Darüber hinaus reduziert diese Methode die Nichtlinearität nur, beseitigt sie jedoch nicht vollständig. Der Einsatz von Verstärkern ermöglicht zwar eine fast vollständige Eliminierung der Nichtlinearität, verkompliziert jedoch das Messgerät erheblich. Mittlerweile kann die Linearität einfacher Halbleiterdioden-Messgleichrichter ohne großen Aufwand durch den Einsatz der Synchrongleichrichtung deutlich verbessert werden. In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm eines Einweg-Synchrongleichrichters für ein Amperemeter mit linearisierter Skala.
Während der positiven Halbwelle der Wechselspannung (Plus an den oberen Enden der Wicklungen II und III) öffnen sich die Dioden VD1 und VD2 und verbinden das Mikroamperemeter mit dem Shunt Rsh. Während der negativen Halbwelle sind die Dioden geschlossen. Im offenen Zustand haben die Dioden einen geringen Differenzwiderstand und die Nichtlinearität dieses Widerstands ist gering, sodass die Skala nahezu linear ist. Bei Verwendung von Mikroamperemetern mit einer Skala von 50...200 µA und einem maximalen Spannungsabfall über das Gehäuse von nicht mehr als 150 mV kann die Mindestspannung an Wicklung III 1,5...2 V für Germanium und 2...2,5 V betragen V für Siliziumdioden (bei niedrigeren Spannungen wirkt sich ihre Instabilität merklich auf die Amperemeterwerte aus). Die maximale Spannung wird durch die maximal zulässige Sperrspannung der verwendeten Dioden begrenzt. Der minimale Strom der Dioden sollte 10...20 mal höher sein als der maximale Strom des Mikroamperemeters. Sie können eine zusätzliche Wicklung selbst herstellen, indem Sie mehrere Windungen eines dünnen isolierten Drahtes auf die Transformatorspule wickeln, sofern die Konstruktion dies zulässt. Die Widerstände R3 und R4 dienen zur Einstellung des Nullpunkts des Amperemeters, dessen Verschiebung durch den Strom der Diode VD2 erfolgt. Fluss durch den Shunt und die Streuung der Diodenparameter. Die gleichphasige Verbindung der Wicklungen II und III ist bei einer relativ niedrigen Spannung der Wicklung III (weniger als 2 V) wichtig, da bei phasenverschobener Schaltung dieser Wicklungen (in diesem Fall die Polarität des Mikroamperemeter-Anschlusses geändert werden muss). ), tritt im Gerät eine Nichtlinearität der Skala auf (der Teilungswert am Ende der Skala nimmt allmählich zu), was übrigens manchmal nützlich sein kann. Liegt die Spannung an Wicklung III jedoch über 4...5 V, ist diese Nichtlinearität praktisch nicht wahrnehmbar und man kann die Einschaltphase der Wicklungen vernachlässigen. Um das Mikroamperemeter vor versehentlicher Überlastung zu schützen, ist es sinnvoll, die Siliziumdiode D220, KD522 oder KD521 parallel zu seinen Anschlüssen in Durchlassrichtung anzuschließen, nachdem sichergestellt wurde, dass sie die Mikroamperemeter-Messwerte am Ende der Skala nicht beeinflusst. Durch Hinzufügen von zwei weiteren Dioden und einem Widerstand kann der Synchrongleichrichter in einen Vollweggleichrichter umgewandelt werden (Abb. 2). Die Arbeitswicklung des Transformators dient hier als Quelle, die die Dioden öffnet.
Der Vorteil einer Vollweg-Gleichrichterschaltung gegenüber einer Einweg-Gleichrichterschaltung besteht darin, dass: dass der erforderliche Spannungsabfall an Rsh bei gleichem Vollauslenkungsstrom des Mikroamperemeters etwa zweimal geringer ist. Also, wenn in einem Einweggleichrichter mit D220-Dioden für eine Vollauslenkung der Mikroamperemeternadel um 200 μA (bei einem Rahmenwiderstand) von etwa 670 Ohm) war ein Spannungsabfall über Rsh von etwa 0,4 V erforderlich, dann überschritt diese Spannung in der Vollwellenspannung nicht 0,2 V. Die obige Schaltung ist eine Modifikation eines herkömmlichen Ringmodulators. Wenn die Spannung an Rsh auf 0,4 V (Amplitudenwert) für Germanium- und 1,2 V für Siliziumdioden ansteigt, beginnt ein Durchgangslaststrom durch die Dioden VD1, VD3 und VD2, VD4 zu fließen. Daher dienen die Widerstände R3-R5 nicht nur zum Ausgleich der Brücke. Sie begrenzen den Strom durch die Dioden bei Überlastung. Basierend auf diesen Überlegungen ist es besser, Siliziumdioden in einem Vollweggleichrichter zu verwenden und das Amperemeter für einen maximalen Spannungsabfall über Rsh von nicht mehr als 0,5...0,6 V zu berechnen. Bei Überlast oder K3 können zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um den Strom durch die Dioden zu begrenzen. Dies kann eine Erhöhung des Widerstands der Widerstände R3-R5, ein Dämpfungswiderstand und Shunt-Dioden oder Zener-Dioden sein.
Zum Öffnen der Dioden der Messbrücke eines Amperemeters mit linearer Skala ist die Verwendung eines Transformators nicht erforderlich. In Abb. Abbildung 3 zeigt eine Methode zum Erhalten der Öffnungsspannung direkt aus einem 220-V-Netzwerk. Die Zenerdiode VD1 begrenzt und stabilisiert diese Spannung. Die Diode VD2 reduziert die Erwärmung des Löschwiderstands R5. Bei der Stromversorgung über einen Transformator empfiehlt sich der Einsatz einer solchen Stromversorgungsschaltung, wenn deren Ausgangsspannung mehrere zehn Volt überschreitet. Wenn in einem solchen Fall ein Vollweggleichrichter verwendet wird, muss die Diode VD2 ausgeschlossen werden und eine andere (vom gleichen Typ) muss in Reihe mit der Zenerdiode VD1 geschaltet werden, oder es muss eine Zenerdiode mit zwei Anoden verwendet werden. Bei der Berechnung der Elemente eines Einweggleichrichters und bei der Durchführung von Messungen müssen Sie die Merkmale der Messung von nicht-sinusförmigem Strom oder nicht-sinusförmiger Spannung unter Berücksichtigung des Formfaktors berücksichtigen. Bei der Herstellung eines Mehrbereichs-Amperemeters mit Grenzwerten des gemessenen Stroms von weniger als 0,2...0,4 A ist es notwendig, die folgende Eigenschaft dieser Brückenschaltungen zu berücksichtigen. Der Strom, der die Diode VD1 in Abb. öffnet. 1 (oder VD1, VD2 in Abb. 2) schließt direkt an die Stromquelle, und der Diodenstrom VD2 (oder VD3, VD4 in Abb. 2) fließt durch den Widerstand Rsh und erzeugt einen Spannungsabfall darüber, der, wie oben erwähnt, durch den Einstellwiderstand R4 kompensiert. Wenn der Widerstandswert des Widerstands Rsh nicht mehr als 0,1...0,2 Ohm beträgt, überschreitet der Spannungsabfall über ihn durch den Diodenstrom VD2 (1...2 mA) 0,1...0,4 mV nicht. Bei einer maximalen Spannung Abfall des Shunts 100...200 mV kann ignoriert werden. Wenn der Widerstand Rsh an der minimalen Messgrenze einen größeren Wert hat, müssen Maßnahmen ergriffen werden, um beim Umschalten der Messgrenzen den Nullpunkt beizubehalten. Wenn die Brücke von einer zusätzlichen Wicklung gespeist wird, können Sie bei der Mindestgrenze einen Shunt aus zwei Hälften erstellen und den Anschluss der Brückenleistungswicklung mit dem Mittelpunkt des Shunts verbinden. Es ist auch möglich, einen zusätzlichen Abschnitt eines Dauerschalters zu verwenden, damit beim Umschalten von Grenzwerten der Strom im Stromkreis der einzelnen Arme der Messbrücke nicht unterbrochen wird. Bei der Herstellung von Amperemetern nach den obigen Diagrammen müssen Maßnahmen zur Erhöhung der Temperaturstabilität der Geräteanzeige getroffen werden, die hauptsächlich durch die Gleichheit der Temperaturen der Dioden der Messbrücke bestimmt wird. Hierzu empfiehlt es sich, Diodenbaugruppen in einem Gehäuse zu verwenden oder die Dioden nebeneinander zu platzieren und durch Vergussmasse für einen guten thermischen Kontakt zu sorgen. Autor: V. Andreev, Togliatti, Region Samara
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