区间式电压表

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普通电压表的量程都是从0到某一电压值,如0~50伏,0~250V。区间式电压表的量程不是从0开始,而是从某一电压开始的,如10~15伏,100~150伏,200~250伏。区间式电压表在所测的区间内,刻度展宽,使读数精确,这在一些专门测量中是很方便的。

电路原理

图1
图1 🔍原图 (476×257)

区间式电压表的基本原理如图1所示。被测电压经R\(_{1}\)、R2分压后,再经二极管D加到表头上。当U\(_{A}\)<UD+E(U\(_{D}\)为二极管正向导通时的管压降)时,D截止,表头中无电流流过;当UA>U\(_{D}\)+E时,二极管导通,表头中有电流通过,且UA越大,电流越大。从图1中可以看出,由于加了二极管D和电源E,使表头测试的电压不是从0伏开始,而是从U\(_{A}\)=UD+E(伏)开始。适当选择R\(_{1}\)、R2的阻值,就可以得到所需要的区间电压表。

由于二极管的非线性(见图2所示),当图1中测试电压范围为U\(_{1}\)~U2,则通过表头的电流从0~I\(_{MO}\)(IMO为表头满刻度电流),使表头在起始部分(图中曲线a~b段)刻度不均匀。为此,加了电阻R\(_{3}\)(见图中虚线所示),当二极管截止时,有一反向补偿电流流过表头,适当选取R3阻值,使电压测试范围在二极管特性曲线的b~d段,这样表盘刻度均匀。

图2
图2 🔍原图 (337×329)

图1是测量正电压的情况,当被测直流电压为负值时,除了E取负值外,二极管D的极性、表头的极性也应倒一下。如被测电压为交流,应加上相应的整流电路。

图3
图3 🔍原图 (503×343)

根据需要,我们制作的200~250伏交流区间电压表线路如图3所示。图中,R\(_{4}\) 为稳压管的限流电阻。R1、R\(_{2}\)为分压电阻。稳压管起图1中E的作用。

调试与应用

R\(_{1}\)、R2一般可以通过计算来选择数值,但是为了简单,可以用两个电位器W\(_{1}\)、W2分别代替R\(_{1}\)、R2,调整它们使U\(_{1}\)=200伏时,IM=0,U\(_{2}\)=250伏时,IM≥I\(_{MO}\)=50μA。然后量出W1的阻值,用一个阻值稍小于它的固定电阻代替作为R\(_{1}\)。再调整W2,使U\(_{1}\)=200伏时,IM=0,量出W\(_{2}\)的阻值,并用一个固定电阻代替它。此时,当U2=250伏时,表头读数将超过50μA,为此,在表头两端并联一可变电阻W,调W,使U\(_{2}\)=250时,IM=50μA。

由于用的表头的I\(_{MO}\)=50μA,调整后表盘刻度基本上为一直线关系,可沿用原表盘刻度,只标上相应的电压值即可。

由于区间式电压表是用来测量某一小范围电压的,所以在所测范围内,可以把量程展宽。如用0~250伏的电压表测220伏电压时,每小格代表5伏;若用200~250伏的区间电压表测220伏电压时,每小格只代表一伏,相当于把刻度展宽了5倍,这无疑地提高了读数精度。

这种区间电压表可用于一般的自动控制线路中。比如,我们用两只上述200~250伏电压表,第一只作为电压指示用,第二只作电压控制用。我们在第二只表的215V、220V、225V三刻度下方各钻一个小孔,见图4。每个小孔下都放一个光敏二极管,并将表针转90度(宽面水平放置),以增加挡光面积。再在215伏和225伏的一边粘上一挡块见图4中的A、B挡块。在表面前放一灯泡。灯亮时,当电表测试端加的电压低于215伏时,指针摆到挡块A时被挡住停在小孔1上,遮住小孔1,由光敏二极管控制的电路工作,驱动电机运转,电机再带动调压器,使电压升到220伏为止。表外在指针指220伏时,遮住小孔2,再给出信号,使运转的电机停转,使调压器维持在220伏输出电压上。同理,若电压升高到225伏时,表针遮住小孔3,给出信号,使电机反转,带动调压器降压至220伏时为止。这就作成了一个简单的电力稳压器。

图4
图4 🔍原图 (545×328)

由于这种区间式电压表内阻低,只能适用于低内阻电源电压的测量。(李顺复)