книги из ГПНТБ / Векслер, М. С. Измерительные приборы с электростатическими механизмами

чению. Импульсы начала и конца интервала, поступая в счетчик 3, задают измерительное время.

Действующее значение измеряемого напряжения

где а — крутизна пилообразного напряжения (рис. 5-15, б); Т — период импульсов; k — конструктивная постоянная электро­ статического преобразователя. Таким образом, период импуль­ сов Т пропорционален действующему значению измеряемого на­ пряжения.

ростатического механизма.

Дальнейшим развитием методов построения цифровых при­ боров является использование дискретного делителя. Основой для построения ряда приборов с высокими метрологическими характеристиками (точность, частотный диапазон, форма кри­ вой) может явиться принцип построения прибора, предложен­ ный в [11]. Структурная схема этого цифрового вольтметра изо­ бражена на рис. 5-16. Электростатический измерительный меха­ низм 1 состоит из двух многокамерных элементов. На верхний элемент 3 подается измеряемая величина переменного тока, пре­ образованная в напряжение Uь При измерении напряжения и тока для верхнего элемента 3 применяется вольтметровая схема включения, а при измерении мощности — включение по схеме электрометра. Нижний элемент 2 включается всегда по вольтметровой схеме и на него подается от дискретного делителя 8 компарирующее напряжение постоянного тока Дг.

При измерении на верхний элемент 3 преобразователя 1 подается измеряемое напряжение переменного тока Uь под

действием которого подвижная часть отклонится от положения равновесия. При этом на выходе дифференциального фотоэлек­ трического преобразователя 4 появляется напряжение разба­ ланса U3. Напряжение Us после усиления фазочувствительным усилителем 5 вызывает срабатывание блока управления 6, ко­ торый производит регулировку компарирующего напряжения U2 путем последовательного опроса ступеней многоразрядного дис­ кретного делителя 8 — их набора и сброса до равенства момен­ тов, создаваемых измеряемым напряжением Ui и компарирующим U2. При идентичности верхнего и нижнего элементов преобразователя измеряемое напряжение переменного тока Ui будет равно компарирующему напряжению постоянного тока U2.

Рис. 5-16. Структурная схема цифрового прибора с аста­ тической схемой уравновешивания

При достаточно высокой точности выполнения делителя 8 и источника опорного напряжения постоянного тока 7 положе­ ние коммутирующих элементов блока управления 6 определяет в момент равновесия значение компарирующего напряжения

Существует ряд способов дискретной обработки постоянного напряжения от делителя с опорным напряжением £51]. Анализ

в частности, электростатическим преобразователем, показывает, что для получения максимального быстродействия отработки компарирующего напряжения наиболее целесообразно приме­ нение метода взвешивания, который обеспечивает наименьшее число ходов при отработке по сокращенной системе счета. При этом производится опрос последовательно всех разрядов дели­ теля, начиная со старшего. В случае перекомпенсации произ­ водится сброс ступени. Преимуществом рассматриваемого ме­

162

тода является сравнительно небольшое число ходов при боль­ ших изменениях измеряемой величины.

Блок управления представляет собой усилитель с фазочув­ ствительным демодулятором на выходе. В зависимости от знака напряжения, снимаемого с фотопреобразователя, подвижный контакт поляризованного реле определяет необходимость сбра­ сывания или запоминания набранной ступени делителя.

В основу построения схемы делителя целесообразно поло­ жить принцип замещения [32], обеспечивающий постоянство рабочего тока делителя при изменении снимаемого с него на­ пряжения. Точность цифрового прибора с дискретным уравно­ вешиванием определяется стабильностью коэффициента деления дискретного делителя и стабильностью образцового источника напряжения постоянного тока. Наибольшая сложность при раз­ работке приборов высокой точности обусловлена необходи­ мостью получения долговременной стабильности дискретного делителя. Лучшие отечественные делители [27], выполненные на основе микропроволочных резисторов, обеспечивают стабиль­ ность не более 0,003%.

Для осуществления автоматической отработки компарирующего напряжения с требуемой точностью, соответствующей зна­ чению последней ступени делителя, дискретность делителя AU должна быть согласована с чувствительностью всех узлов циф­ рового прибора — электромеханического преобразователя и фо­ топреобразователя — и с пороговым значением напряжения блока управления. Введем понятие угла отклонения Да подвиж­ ной части электромеханического преобразователя, соответствую­ щего дискретности делителя.

Тогда

вателя.

При угле Да напряжение на выходе фотопреобразователя L'3 = AaS2, где S2—- чувствительность фотопреобразователя. От­

где S = SiS2 — чувствительность узла электромеханический пре­ образователь — фотопреобразователь.

Для отработки последней ступени делителя необходимо вы­ полнить условие

Тогда, учитывая (5-15), условие (5-16) можно записать в виде:

Соотношение (5-17) позволяет определить:

1) погрешность отработки компарирующего напряжения при заданых значениях чувствительности S и U0т:

y — AU/U1 = UOT/(SUn),

где UH-— номинальное значение измеряемого напряжения; 2) дискретность делителя

A U = U J S .

Таким образом, предельная погрешность цифрового прибора переменного тока рассматриваемого типа с электростатическими преобразователями

Т = Тп + Уд + То.

где уп — относительная погрешность электромеханического пре­ образователя; уд — относительная погрешность, обусловленная дискретным делителем компарирующего напряжения; у0 — от­ носительная погрешность образцового источника питания по­ стоянного тока.

Время отработки зависит от выбранного способа отработки и быстродействия блоков прибора.

Существенным недостатком описываемого устройства, по­ зволяющего с высокой точностью измерять действующие зна­ чения основных величин переменного тока, является большое время измерения, обусловленное колебательным режимом ра­ боты электростатического механизма и необходимостью после­ довательного опроса всех ступеней дискретного делителя, число которых увеличивается с повышением точности измерения.

Снижение времени измерения при одновременном повыше­ нии надежности результата измерения достигается введением дополнительного электростатического измерительного меха­ низма с кодирующей маской на оси подвижной части. Кодирую­ щая маска осуществляет преобразование угла поворота в код, который управляет грубой отработкой дискретного делителя. Та­ кая система не требует последовательного опроса всех ступе­ ней старших декад, обеспечивая включение через блок задержки системы точной отработки делителя от фотопреобразователя, фазочувствителыюго выпрямителя, реверсивного двигателя с кодирующей системой и блока управления точной отработки.

Устройство обеспечивает сокращение числа опрашиваемых ступеней дискретного делителя и повышает быстродействие без снижения точности измерений [12].

На рис. 5-17 изображена структурная схема рассматривае­ мого цифрового прибора. Параллельно входному элементу 7 преобразователя включен блок 1, состоящий из электростатиче­

164

ского механизма 5, с укрепленной на его оси кодовой маской 3, с одной стороны которой размещен источник светового излуче­ ния 2, а с другой стороны — приемниксветового излучения 4, выполненный на фотодиодах.

При измерении на верхний элемент 7 преобразователя 8 и электростатический механизм 5 подается измеряемое напряже­ ние переменного тока Uu под действием которого подвижные части обоих механизмов отклоняются от положения равновесия.

1

Рис. 5-17. Структурная схема цифрового прибора с дополнитель­ ным механизмом

Угол поворота подвижной части механизма 5 преобразуется кодовой маской 3 и фотодиодами 4 в циклический код, кото­ рый и подается в блок управления грубой оценки измеряемого параметра 16. Блок управления 16, получая комбинацию сигна­ лов в циклическом коде и преобразуя их в двоично-десятичный взвешенный код, удобный для управления дискретным делите­ лем, выявляет наиболее близкое к измеряемой величине значе­ ние и управляет одновременно необходимыми ступенями стар­ ших декад дискретного делителя 15.

На элемент 6 преобразователя 8 с дискретного делителя 15 поступает компенсационное напряжение U2, близкое по вели­ чине к измеряемому Ui.

Под действием напряжения U2 происходит грубое уравнове­ шивание подвижной части преобразователя 8. Полное уравно­

165

вешивание происходит за счет напряжения разбаланса U3 на выходе фотопреобразователя 9.

Напряжение разбаланса U3 после усиления фазочувствитель­ ным усилителем 10 подается на реверсивный электродвига­ тель 11, угол поворота которого преобразуется с помощью кодо­ вого диска на его оси устройством, аналогичным блоку 1. Блок задержки 13 осуществляет включение электродвигателя после грубой оценки измеряемого параметра. Сигналы от приемника светового излучения блока 11 в виде циклического кода поступают

вательно, и измеряемого напря­ жения Ui переменного тока.

Приборы третьей группы построены на базе электромехани­ ческих механизмов и сохраняют их положительные свойства.

Одним из методов построения таких приборов является метод пространственного кодирования [55]. Использование метода про­ странственного кодирования в сочетании с применением из­ мерительного механизма представляется весьма рациональным, так как измерительные механизмы показывающих приборов достигли к настоящему времени большого совершенства в кон­ структивном и технологическом отношении. Известны предло­ жения для реализации метрологических возможностей элек­ тростатического механизма в цифровых приборах с простран­ ственным кодированием [108]. Схема прибора фирмы «Электрик Мюзикал Инд.» (Англия) приведена на рис. 5-18. Прибор пред­ ставляет собой электростатический вольтметр с оптическим устройством для преобразования измеряемой аналоговой вели­ чины — угла поворота подвижной части 1 — в цифровую форму. На растяжках укреплено плоское зеркальце 2, на него падает луч света от лампы 6 и затем отражается на вогнутое сфериче­ ское зеркало 4. Отражаясь от последнего, луч попадает на фо­ тоэлемент 3, управляющий через усилитель электромагнитным

166

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Альбрандт Р. Э. Основы расчета электростатических измерительных приборов.— «Электричество», 1939, № 9, с. 70—71 с ил.

2.Арутюнов В. О. Расчет и конструирование электроизмерительных при­ боров. М.— Л., Госэнергоиздат, 1956. 552 с. с ил.

3.Арутюнов В. О. Электромеханические логометры. М.—Л., Госэнерго­ издат, 1956. 292 с. с ил,

4.Аршинов С. С. Температурная стабильность частоты ламповых генера­ торов. М.—Л., Госэнергоиздат, 1952. 176 с. с ил.

5.Баюнов В. И., Демидов М. И. Устройство для измерения малых по­

стоянных электрических напряжений. А. С. № 129746 (СССР). Кл. 21е 36/01. Опубл.— «Бюл. изобрет.», 1960, № 13, с. 17.

6. Беленький Б. И., Минц М. Б. Высокочувствительные усилители по­ стоянного тока с преобразователями. Л., «Энергия», 1970. 374 с. с ил.

7.Беспалов В. К. и др. Ваттметр активной мощности переменного тока. А. С. № 211654 (СССР). Кл. 21е 36/02. Опубл. в бюл. «Изобретения. Про­ мышленные образцы. Товарные знаки», 1968, № 8, с. 59.

8.Быков М. А. О беспотерьных воздушных конденсаторах и об одном

опыте применения их. М., Машгиз, 1950, с. 39—49 с ил.

9.Борисенко Н. А., Зеленевский В. С., Беспалов В. К. Высокоточный электронный вольтмиллиамперметр действующих значений.— «Приборы и си­ стемы управления», 1969, № 9, с. 48—49 с ил.

10.Бэннер Е. Электронные измерительные приборы. М., Машгиз, 1961. 452 с. с ил.

11. Векслер М. С., Альянова Л. Г. Устройство для измерения действую­ щего значения параметров переменного тока. А. С. № 206715 (СССР). Кл. 21е 36/01. Опубл. в бюл. «Изобретения. Промышленные образцы. Товар­ ные знаки», 1968. № 1, с. 77.

12.Векслер М. С., Козлов Ю. П., Жданович Л. Т. Цифровой прибор переменного тока. А. С. № 356575 (СССР). Кл. 21е 36/01. Опубл. в бюл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972,

№32, с. 129.

13.Векслер М. С., Минц М. Б. Полуавтоматический компаратор для из­ мерения напряжения переменного тока. А. С. № 167243 (СССР). Кл. 21е

5/04. Опубл.— «Бюл. изобрет. и товарных знаков», 1965, № 1, с. 20.

14.Векслер М. С., Пигин С. М., Старикова Л. П. Измерительный меха­ низм квадрантного электрометра. А. С. № 184336 (СССР). Кл. 21-е 5/04. Опубл. в бюл. «Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1966,

№15, с. 54.

15.Векслер М. С. Теоретическое и экспериментальное исследование элек­ тростатических преобразователей компараторов напряжения высокой точ­ ности. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук, Л., ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина), 1968. 32 с.

16.Векслер М. С. Устройство для измерения действующего значения на­ пряжения переменного тока. А. С. № 359600 (СССР). Кл. 21е 36/01. Опубл.

вбюл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1972, № 35.

168

17.Векслер М. С. Электростатические приборы. М.—Л., «Энергия», 1964. 96 с. с ил.

18.Волин М. Л. Паразитные связи и наводки. М., «Советское радио», 1965. 232 с. с ил.

19.Вольперт А. Р. Влияние диэлектрической проницаемости воздуха на

устойчивость частоты колебательных контуров.— «Электросвязь», 1941, № 1, с. 31—38 с ил.

20.Воробьев А. А. Техника высоких напряжений. М.—Л., Госэнергоиздат, 1945. 520 с. с ил.

21.Горев А. А., Рябов Б. М. Биквадрантный электрометр для измерения потерь при малых коэффициентах мощности в цепях высокого напряжения.— «Труды ЛПИ», 1954, № 1, с. 415—422 с ил.

22.Грибанов Ю. И. Измерение слабых токов, зарядов и больших со­ противлений. М.—Л., Госэнергоиздат, 1962. 80 с. с ил.

23. Григоровский Б. К. Фотоэлектрометрический усилитель. А. С. № 218397 (СССР). Кл. 21е 5/04. Опубл. в бгол. «Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1966, № 17, с. 57.

24. Гуторова А. Н. Новый метод построения электростатических вольт­

26.Зеленевский В. С., Борисенко Н. А., Пилатовский Г. И. Автокомпенсационный малокосинусный микроваттметр Ф585.— «Приборы и системы уп­ равления», 1971, № 10, с. 45—46 с ил.

27.Зеликовский 3. И. Входные делители напряжения для цифровых вольтметров и их поверка. — В кн.: «Микропровод и приборы сопротивления». Вып. 1. Кишинев, КНИИЭП, 1962, с. 36—41 с ил.

28.Зорин Д. И., Таубе Б. С. Анализ погрешностей автоматических ком­ параторов одновременного сравнения.— «Труды институтов Комитета Стан­

дартов», 1968, вып. 98 (158), с. 57—65 с ил.

31.Иоффе А. Ф. Физика полупроводников. М.—Л., Изд-во АН СССР, 1957. 491 с. с ил.

32.Карандеев К. Б. Методы электрических измерений. М.—Л., Госэнерго­

издат, 1952. 335 с. с ил.

33. Кессель Н. В., Конькова Э. Г., Матвеев М. С. Измерительный меха­ низм электростатического киловольтметра. А. С. № 222522 (СССР). Кл. 21е 5/01. Опубл. в бюл. «Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1968, № 23, с. 46.

34.Клисторин И. Ф. Способ компенсационного измерения напряжения переменного тока. А. С. № 201535 (СССР). Кл. 21е 36. Опубл. в бюл. «Изо­ бретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1967, № 18, с. 73.

35.Клисторин И. Ф. Цифровые вольтметры действующих значений,—

«Автометрия», 1966, № 2, с. 3—11 с ил.

36. Конькова Э. Г. Некоторые особенности работы электростатических киловольтметров. — «Измерительная техника», 1971, № 5, с. 56—57 с ил.

37.Криксунов В. Г. Реостатно-емкостные генераторы синусоидальных колебаний. Киев, Гостехиздат УССР, 1958. 206 с. с ил.

38.Куликовский К. Л. Электрометрические преобразователи постоянного

напряжения. М., «Энергия», 1968. 80 с. с ил.

39. Куликовский Л. Ф., Залит Р. А. Приспособление для компенсации противодействующего момента растяжек в гальванометрах и электрометрах.

169

41. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. М. — Л., Госэнергоиздат, 1959. 414 с. с ил.

42. Леб Л. Статическая электризация. М.—Л., Госэнергоиздат, 1963. 408 с. с ил.

43.Левич В. Г. Введение в статистическую физику. М., Гостехиздат, 1954. 528 с. с ил.

44.Маликов М. Ф. Основы метрологии. М., Комитет по делам мер и из­ мерительных приборов при СМ СССР, 1949. 480 с. с ил.

45.Машек Ч. М., Дмитриев А. В. Электростатический прибор для изме­

рения высоких напряжений. А. С. № 143137 (СССР). Кл. 21е 5/01. Опубл.— «Бюл. изобрет.», 1961, № 23, с. 29.

46.Мильштейн В. Н. Энергетические соотношения в электроизмерительных приборах. М.—Л., Госэнергоиздат, 1960, 312 с. с ил.

47.Миролюбов Н. Н. и др. Методы расчета электростатических полей. М., «Высшая школа», 1963. 415 с. с ил.

48.Михеев М. А., Михеева И. М. Краткий курс теплопередачи. М. — Л.,

Госэнергоиздат, 1960. 208 с. с ил. ,

49.Михеев Н. И. Устройство для расширения пределов измерения элек­ тростатических вольтметров. А. С. № 140896 (СССР). Кл. 21е 5/01. Опубл.— «Бюл. изобрет.», 1961, № 17, с. 21.

50.Нейман Л. Р., Калантаров П. Л. Теоретические основы электротех­

ники. Ч. 2. М.—Л., Госэнергоиздат, 1959. 444 с. с ил.

51.Нетребенко К. А. Цифровые автоматические компенсаторы. М.—Л., Госэнергоиздат, 1961. 174 с. с ил.

52.Обрам Г. К. Метод расчета вольтметров электростатической системы

с равномерной шкалой,— «Труды ВНИИЭП», 1959, вып. 1, с. 135—148 с ил.

53.Огорелин М. А., Беспалов В. К. Электростатический ваттметр. А. С.

№245890 (СССР). Кл. 21е 5/04. Опубл. в бюл. «Открытия. Изобретения.

Промышленные образцы. Товарные знаки», 1969, № 20, с. 42.

54. Огорелин М. А., Борисенко Н. А., Беспалов В. К. Электростатический измерительный механизм. А. С. № 239422 (СССР). Кл. 21е 5/04. Опубл. в бюл. «Открытия. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки», 1969, № 11, с. 58.

55.Ориатский П. П. Автоматические измерительные приборы. Киев, «Тех­ ника», 1965. 422 с. с ил.

56.Ориатский П. П. Анализ погрешностей электростатического ватт­

метра.— «Известия Киевского политехнического института». [Сборник трудов электротехнического факультета]. Т. 22, Киев, 1957, с. 47—59 с ил.

57.Пигин С. М. и др. Компенсация температурной погрешности в при­ борах на растяжках. А. С. № 140489 (СССР). Кл. 21е 25/02. Опубл.— «Бюл. изобрет.», 1961, № 16, с. 19.

58.Пигин С. М. и др. Способ компенсации контактной разности потен­

циалов в электростатических приборах. А. С. № 160221 (СССР). Кл. 21е 5/01. Опубл.— «Бюл. изобрет. и товарных знаков», 1964, № 3, с. 29.

59. Пигин С. М. Влияние формы кривой напряжения на погрешность

1961, № 2, с. 36—38 с ил.

61.Пигин С. М. Растяжки в приборах.— «Труды ВНИИЭП», вып. 3, М., ОНТИПрибор, 1960, с. 25—40 с ил.

62.Пигин С. М. Применение электростатических приборов.— В кн.: Элек­ тростатические приборы. М., ОНТИПрибор, 1967, с. 85—99 с ил.

63.Пигин С. М. Частотная погрешность электростатических приборов.—

Вкн.: Автоматические и показывающие электроизмерительные приборы и но­ вые материалы. М., ОНТИПрибор, 1962, с. 68—78 с ил.

64.Пигин С. М. Электростатические приборы высокой точности. Авто­ реферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Л., ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина), 1962. 17 с.

170