8. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА С НЕЛИНЕЙНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

На рис. 11.16, а приведена схема измерителя переменного напряжения, используемого в устройствах автоматического регулирования. Ток в обмотке дросселя нелинейно зависит от входного напряжения а ток в сопротивлении R прямопропорционален (рис. II.16, б).

Рис. 11.16. Измерительное устройство с нелинейным элементом для измерения переменного напряжения: а — схема; — характеристики

Эти токи выпрямляются выпрямителями и создают противоположные по знаку падения напряжений постоянного тока на сопротивлениях (рис. 11.16, а).

При некотором

При

Таким образом, с помощью приведенной схемы можно измерять отклонения напряжения от заданной величины в широких пределах (за счет изменения

На рис. 11.17, а приведена схема, применяемая для измерения мощности, в которой также используется нелинейность характеристик дросселя.

Путем подбора величины сопротивления R можно получить зависимость среднего значения тока в обмотке дросселя Др от питающего напряжения (рис. 11.17, б), определяемую соотношением:

Рис. 11.17. Измеритель мощности с нелинейным элементом: а — схема; б — характеристика

Наличие такой характеристики дает возможность перемножать два напряжения изменяющихся с одинаковой частотой и сдвинутых по фазе на угол Напряжение складывается с напряжением (здесь — коэффициент трансформации трансформатора напряжения действующим в цепи левого дросселя, и вычитается из напряжения действующего в цепи правого дросселя.

Сумма двух синусоидальных напряжений, сдвинутых по фазе на угол будет

а их разность будет

где — действующие значения напряжений

Подставляя эти выражения в формулу (11.58) и учитывая коэффициент трансформации трансформатора тока получим

Следовательно, через стрелочный прибор П протекает ток

Пусть (здесь U — напряжение питания некоторой электрической цепи), а (где i — ток, протекающий в этой цепи), тогда выражение (11.59) можно записать так:

Следовательно, ток, протекающий через прибор П, пропорционален измеряемой мощности Р.

В качестве нелинейного элемента в измерительных схемах можно использовать, например, кремниевый стабилитрон. Простейшая схема устройства для измерения напряжения приведена на рис. 11.18, а.

Рис. 11.18. Кремниевый стабилитрон для измерения напряжения: а — схема; б — характеристики

Рис. 11.19. Кремниевый стабилитрон для измерения величины и знака напряжения: а — схема; б — характеристики

Если не учитывать динамическое сопротивление стабилитрона, поскольку оно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки то часть характеристики, лежащей справа от (рис. 11.18, б), будет представлять вольтамперную характеристику сопротивления

Чувствительность такого измерительного устройства

где — параметры кремниевого стабилитрона.

Максимально достижимая при этом чувствительность

Когда необходимо измерять не только величину отклонения напряжения, но и его знак, можно использовать устройство, схема которого приведена на рис. 11.19, а.

В зависимости от (рис. 11.19, б) характеристика устройства будет изменяться. При некотором значении величины характеристика такого устройства проходит через 0 и