Сочетание магнитоэлектрического механизма с преобразователем переменного тока в постоянный позволяет использовать достоинства этого механизма при измерениях в цепях переменного тока. В зависимости от вида преобразователя различают выпрямительные, термоэлектрические и электронные приборы [2, 5].

Выпрямительные приборы. Выпрямительные приборы состоят из полупроводникового диода и магнитоэлектрического измерительного механизма. Диод выпрямляет измеряемый переменный ток, а магнитоэлектрический механизм служит индикатором, стрелка которого отклоняется под действием выпрямленного тока.

В выпрямительных приборах используются однополупериодные и двух-полупериодные выпрямительные цепи (рис. 16).

При однополупериодном выпрямлении (см. рис. 16,а) через рамку измерительного механизма, включенную последовательно с диодом Д₁, ток проходит только в течение своего положительного полупериода. Во время отрицательного полупериода он проходит по параллельной цепочке через резистор R и диод Д₂. Параллельная цепочка обеспечивает защиту диода Д₁ от перенапряжения во время отрицательного полупериода. Для уравнивания сопротивления параллельных ветвей последовательно со вторым диодом включен резистор R, сопротивление которого равно сопротивлению измерительной цепи прибора. На рис. 16,а направление прохождения прямой волны обозначено сплошной, а обратной волны – пунктирной стрелкой.

Рис. 16. Выпрямительные приборы с однополупериодным (а) и двухполупериодным (б) выпрямлением

При двухполупериодном выпрямлении (рис. 16,б) ток проходит через рамку измерительного механизма в течение обоих полупериодов: в положительный полупериод по пути Д₁ – А – Д₄, в отрицательный – по пути Д₂ – А – Д₃. Двухполупериодная схема обеспечивает в 2 раза большее значение тока в рамке, что повышает чувствительность выпрямительного прибора. Однако напряжение в этом случае делится между двумя диодами, что препятствует измерению малых напряжений из-за падения коэффициента выпрямления диодов.

Уравнение преобразования выпрямительного прибора имеет вид

                               ,                                             (23)

где I_ср – среднее значение тока.

На практике обычно важно знать не среднее, а действующее значение тока, поэтому выпрямительные приборы градуируют, как правило, в действующих значениях. При этом используют соотношение , связывающее среднее значение тока I_ср с его действующим значением I, где k_ф – коэффициент формы. При такой градуировке уравнение преобразования принимает вид

                                   .                                                           (24)

Чаще всего измеряются токи синусоидальной формы, поэтому шкала обычно градуируется в действующих значениях для синусоидальной формы кривой. Если выпрямление однополупериодное, то k_ф=2,22, если двухполупериодное, то k_ф=1,11. Когда форма кривой тока отличается от синусоидальной, то использование для измерений выпрямительного прибора, проградуированного в действующих значениях синусоидального тока, приведет к систематической погрешности.

Выпрямительные приборы используются в качестве амперметров и вольтметров. Для расширения пределов измерения в выпрямительных амперметрах используются шунты, а в вольтметрах добавочные резисторы и делители напряжения.

К достоинствам выпрямительных приборов относятся высокая чувствительность, компактность, большой частотный диапазон; к недостаткам – малая точность (класс точности 1,5; 2,5; 4,0), зависимость показаний от формы кривой тока, существенное влияние температуры.

Термоэлектрические приборы. Термоэлектрические приборы состоят из термоэлектрического преобразователя, преобразующего измеряемый переменный ток высокой частоты в постоянное напряжение, и магнитоэлектрического измерительного механизма (рис. 17).

Термопреобразователь включает в себя нагреватель 1, по которому проходит, выделяя тепло, измеряемый ток I, и термопару 2, находящуюся в тепловом контакте с нагревателем. Постоянное напряжение, вырабатываемое термопарой, воздействует на магнитоэлектрический микроамперметр. Различают контактные и бесконтактные термопреобразователи. В первом случае термопара имеет

Рис. 17. Термоэлектрический преобразователь

электрический контакт с нагревателем (ее спай приварен непосредственно к нагревателю), а во втором имеется только тепловой контакт нагревателя и термопары через изолирующий материал, обладающий хорошей теплопроводностью (стекло, керамика). Контактные термопреобразователи менее инерционны, но они допускают большую утечку токов высокой частоты и применяются на частотах не выше 5 – 10 МГц. Бесконтактные термопреобразователи не имеют этого недостатка и могут использоваться вплоть до частот, равных сотням мегагерц.

Для вывода уравнения преобразования следует найти зависимость отклонения подвижной части измерительного механизма от измеряемого тока высокой частоты, т.е. зависимость a= f(I). Однако непосредственно на микроамперметр воздействует постоянный ток I_Т от ЭДС термопары Е:

                                  ; ,                                     (25)

где S_I –чувствительность к току микроамперметра; R_и –сопротивление его рамки.

В свою очередь ЭДС термопары пропорциональна разности температур горячего спая термопары и ее холодных концов DT (равной также разности температур нагревателя и окружающей среды):

                                        .                                                      (26)

Таким образом, задача сводится к определению зависимости DT(I). Ее можно определить из условия теплового баланса нагревателя при равновесии: количество тепла, выделяемого током высокой частоты при прохождении через нагреватель, должно быть равно количеству тепла, рассеянного им вследствие теплоотдачи в окружающую среду, т.е.

                                   ,                                                  (27)   

где R_н  – сопротивление нагревателя; t – время; k_т  – коэффициент теплоотдачи.

Из уравнений (25) – (27) следует

                                ,                                              (28)

где m – постоянный коэффициент.

Таким образом, уравнение преобразования термоэлектрического прибора является квадратичным.

Погрешности термоэлектрических приборов связаны с влиянием температуры внешней среды на сопротивление нагревателя и на характеристики микроамперметра.

Достоинством термоэлектрических приборов является малая зависимость их показаний от формы кривой и частоты. К недостаткам относятся невысокие чувствительность и точность (класс точности 1,0 – 4,0), квадратичный характер шкалы, очень малая перегрузочная способность и значительное потребление энергии.

Термоэлектрические приборы используются для измерения тока и напряжения на высоких частотах (до сотен мегагерц).