Автор разработки: В.Борзенков
Схема принципиальная Защита стрелочного измерителя
Прибор Ц20 обеспечивает широкий диапазон пределов измерения:
— напряжения (от 600 до 0,6 В) — в 1000 раз;
— тока (от 250 до 0,3 мА) — в 2500 раз;
— сопротивления (от R х 1 до R х 1000) — в 1000 раз.
Однако высокая универсальность прибора снижает его надежность в целом и основного узла, стрелочного измерителя, — в первую очередь. Ошибочный выбор диапазона или вида измерения при частых переключениях в процессе работы с прибором может привести к перегрузке потоку и напряжению в 1000 и более раз и выходу из строя головки.
Определим допустимый ток длительной перегрузки самого измерителя из условий максимального перегрева катушки измерителя. Для этого используем формулу расчета диаметра провода для катушек маломощных трансформаторов:
d мм = 0,8 х Iдоп.тепл.А (плотность тока 2А/кв.мм)
Преобразуем формулу:
Iдоп.тепл. = (d мм /0,8)2
Рамка измерителя Ц20 имеет ширину 3 мм, где уложено в один ряд примерно 100 витков провода, значит использован провод с изоляцией диаметром 0,03 мм, а при толщине изоляции 0,005 на сторону имеем диаметр медной жилы 0,02 мм, следовательно:
Iдоп.тепл.А = (0,02/0,8)2 = 0,000625
Iдоп.тепл. = 0,625 мА
Определим коэффициент допустимой длительной перегрузки измерителя:
Кдоп. = Iдоп.тепл./ Iполн.откл.,
где Iполн.откл. = 0,085 мА
Тогда по паспорту на измеритель:
Кдоп. = 0,625 мА / 0,085 мА = 7,3 раза.
Как видим, допустимая длительная перегрузка (в 7,3 раза) во много раз меньше возможной перегрузки (более 1000 раз), что неминуемо приведет к тепловому разрушению катушки измерителя и выходу из строя самого прибора.
Предлагаю ввести двухступенчатую защиту измерителя стабилитронами и диодами, как указано на схеме (рис.1).
В приведенной схеме диоды VD3 и VD4 необходимо подбирать путем поочередного подключения каждого из них к клеммам включенного измерителя. При этом:
— если стрелка находится в пределах шкалы, то она не должна заметно перемешаться;
— если стрелка ушла за последнее деление шкалы, она должна иметь заметные отклонения.
Таким образом, подбор диодов, во-первых, сохраняет паспортную точность прибора в пределах шкалы, а, во-вторых, обеспечивает шунтирование перегрузочного тока и напряжения за пределами шкалы измерителя. При дальнейшем увеличении перегрузочного тока шунтирующее действие диодов резко нарастает. Затем открываются стабилитроны и подключаются к процессу шунтирования.
Рассмотрим защитные свойства приведенной схемы.
При максимальной перегрузке прибора, например, при подаче напряжения 600 В на клеммы "Гн 0,3 мА" и "Гн.общ.—" диоды и стабилитроны снижают перегрузку измерителя по напряжению со 100 В (определено по расчету и затем проверено при макетировании) до 0,24 В (определено сначала на макете, а потом при натурных испытаниях).
Учитывая напряжение полного отклонения стрелки измерителя U = 0,07 В (из расчета по паспортным данным измерителя 0,085 мА х 800 Ом), получаем снижение перегрузки с 100 В / 0,07 В = 1400 раз до 0,25 В / 0,07 В = 3,4 раза.
Сравнивая допустимую длительную перегрузку измерителя 7,3 раза и действительную максимальную перегрузку в схеме защиты, равную 3,4, можно утверждать, что предлагаемая схема с запасом в 7,3 / 3,4 = 2,14 раза обеспечивает длительную защиту катушки измерителя от теплового разрушения. В то же время необходимо иметь в виду, что схема защищает измеритель, но не защищает от перегрева остальные резисторы в приборе, поэтому таким режимом нельзя злоупотреблять, хотя, в крайнем случае, резисторы легче заменить, чем головку прибора.
Источник: В.Борзенков, журнал "Радиолюбитель". Схемы и статьи публикуются с разрешения редакции журнала.
Похожие материалы:
|
