УСТРОЙСТВО "ЭЛЕКТРОИМПУЛЬС" ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОВОЛЬТНОЙ ИСКРЫ Российский патент 1995 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к электротехническим средствам обучения, в частности к пишущим приборам, служащим для регистрации импульсным током на обычной бумаге информации о движении тел в виде кинемограмм и предназначенным для изучения механики в школе.

Известны аналоги, предназначенные для получения кинемограмм тремя видами электрических разрядов: высоковольтной искрой, которая прожигает в обычной бумаге плохо видимые отверстия; высокочастотной искрой на термочувствительной бумаге, кинемограмму которой нельзя проецировать на экран; импульсной электрической дугой, которая питается от сети 220 В, и поэтому ею не имеют права пользоваться учащиеся школ.

В качестве прототипа избрана электрическая схема импульсной электрической дуги, которая работает в равноправном режиме низковольтной искры, когда конденсатор, шунтирующий сеть от высокочастотного тока, имеет не десятые доли мкФ, а порядка 10 и более мкФ. Прототип содержит генератор электрических колебаний высокой частоты, который имеет цепь, состоящую из вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 220/2000 В, первичной обмотки высокочастотного трансформатора, искрового разрядника и конденсатора, подключенного параллельно вторичной обмотке высоковольтного трансформатора. Прототип также содержит формирователь низковольтной искры, состоящий из цепи зарядки накопительного конденсатора, имеющей источник переменного тока 220 В, резистор, накопительный конденсатор, а также содержит разрядную цепь, состоящую из того же конденсатора, вторичной обмотки высокочастотного трансформатора и разрядника низковольтной искры.

Однако известная электрическая схема питается опасным для школьника напряжением сети 220 В и не может работать от школьной сети 42 В и ниже. Она не позволяет изменять время горения импульса низковольтной искры, а поэтому не дает возможности регулировать величину отверстий, прожигаемых низковольтной искрой в бумаге, а следовательно, получать качественные кинемограммы. Кроме того, эта схема не позволяет конструировать портативные школьные безопасные устройства весом в несколько сот граммов из-за большого веса и размеров высоковольтного трансформатора.

Целью изобретения является создание портативного и безопасного устройства для получения низковольтной искры, питающего от школьной сети 42 В и ниже, повышение качества кинемограмм путем регулирования размеров прожигаемых низковольтной искрой отверстий в бумаге, а также создание для учащихся устройства, с помощью которого они могли бы выполнять на уроках физики количественные эксперименты при изучении механики на современном техническом уровне.

Для этого вместо опасной для учащихся сети 220 В используется маломощный трансформатор, питающийся от школьной сети 42 В и ниже и накопительный конденсатор, а вместо высоковольтного трансформатора весом около 3 кг используются малогабаритные две пары конденсаторов, два диода и два резистора, вместо же искрового разрядника использован тиристор.

Первым отличительным признаком является то, что для повышения безопасности при эксплуатации устройство питается от маломощного трансформатора, подключаемого к школьной сети низкого напряжения, в цепь зарядки накопительного конденсатора формирователя низковольтной искры дополнительно включены диод и резистор, а в цепь разрядки накопительного конденсатора дополнительно включены диод и переменное сопротивление.

Вторым отличительным признаком устройства является то, что для снижения веса и размеров в схему генератора электрических колебаний высокой частоты вместо высоковольтного трансформатора введены последовательно с первым конденсатором второй конденсатор и параллельно им первый диод, и первый резистор для удвоения напряжения, а вместо искрового разрядника введен тиристор, открываемый делителем частоты. Для повышения ионизации воздуха в зазоре разрядника создан второй вспомогательный контур, содержащий третий и четвертый конденсаторы, соединенные с помощью второго диода и второго резистора по схеме удвоения напряжения, а последовательно с ними соединены разрядник и вторичная обмотка высокочастотного трансформатора.

На фиг.1 изображена электрическая схема устройства для получения низковольтной искры; на фиг.2 кинемограмма равномерного движения, записанная низковольтной искрой.

П р и м е р. Устройство для получения низковольтной искры содержит: трансформаторы: Тр1 42/220 В, 40 Вт. Тр2 высокочастотный трансформатор с ферритовым сердечником. L1 15 витков, L2 450 витков;
конденсаторы С1 С2 С3С4=0,25 мкФ; С5 20 мкФ;
диоды Д1 Д2 КД 105Г; Д3 Д4 Д246;
тиристор Т Т 6 10 8;
резисторы R1 R2 2,5 кОм; R3 100 Ом; R4 100 Ом (переменный);
разрядник Р низковольтной искры самодельный (зазор 1 мм).

Электрическая схема работает следующим образом.

После включения устройства в сеть 42 В происходит зарядка С2 и С4 до постоянного напряжения примерно 300 В. Конденсаторы С1 и С3 все время перезаряжаются напряжением 220 В. Поэтому напряжение на С1, С2 и С3, С4 пульсирует от 0 до примерно 600 В. Одновременно происходит постепенная зарядка конденсатора С5. В заданные периоды тока, устанавливаемые делителем частоты, тиристор Т открывается и С1 и С2 разряжаются через катушку L1. Так возникают в цепи С1, С2, L1, Т маломощные высокочастотные быстро затухающие колебания с частотой примерно 100 кГц. Напряжение этих колебаний на обмотке L1 с помощью Тр2 повышается примерно до 8000 В и передается в контур L2, С3, С4, Р. Созданное напряжение пробивает воздушный зазор разрядника Р и частично его ионизирует, но достаточно для того, чтобы через него разрядились С3 и С4, находящиеся в этот момент под напряжением 600 В. Так осуществляется двухкаскадная ионизация, достаточная для того, чтобы устройство могло поджигать низковольтную искру, создаваемую разрядом конденсатора С5.

Время горения импульса низковольтной искры, а следовательно, и величина прожигаемых в бумаге отверстий меток (см.фиг.2) устанавливается переменным сопротивлением R4.

Использование: в электротехнических средствах обучения, служащих для регистрации током низковольтной искры на обычной бумаге информации о движении тел в виде кинемограмм, предназначенных для изучения законов механики в школе. Сущность изобретения: устройство содержит первичный колебательный контур, состоящий из конденсаторов C₁, C₂, диода Д₁, резистора R₁ тиристора Т, первичной обмотки высокачестотного трансформатора Тр₂ и индуктивно связанного с ним второго контура, состоящего из конденсаторов C₃, C₄, C₅, диодов Д₂, Д₃, Д₄ резисторов R₂, R₃, R₄ и вторичной обмотки трансформатора. Отличием изобретения является замена трансформатора 220/2000В, предназначенного для питания высокочастотного контура, на две пары конденсаторов, соединенных по схеме удвоения импульсного напряжения, обеспечивающих двухкаскадный поджог низковольтной искры, а также создание разрядной цепи, состоящей из накопительного конденсатора, двух диодов, двух резисторов, питающейся от маломощного трансформатора 42/220 В при условии большой скважности импульсов низковольтной искры, что позволяет повысить безопасность при эксплуатации. 2 ил.

Устройство для получения низковольтной искры, содержащее искровой генератор электрических колебаний высокой частоты, который включает первую и вторую клеммы входа, которые являются клеммами для подключения источника питания, высокочастотный трансформатор, первая и вторая клеммы вторичной обмотки которого являются соответственно первой и второй клеммами его выхода, первая клемма первичной обмотки которого через первый разрядник соединена с первой клеммой входа искрового генератора электрических колебаний высокой частоты и первого конденсатора, а также первый резистор разрядный канал, который включает первую, вторую и третью клеммы входа, первую клемму выхода, второй резистор и второй конденсатор, причем первая и вторая клеммы второго конденсатора соединены соответственно с первой и третьей клеммами входа разрядного канала, первая и вторая клеммы входа разрядного канала являются клеммами для подключения источника питания, второй разрядник, первая клемма которого соединена с первой клеммой выхода искрового генератора электрических колебаний высокой частоты и разрядного канала, вторая и третья клеммы соответственно выхода и входа которых соединены, отличающееся тем, что, с целью повышения безопасности при эксплуатации, в искровой генератор электрических колебаний высокой частоты введены третий конденсатор, первый диод и делитель частоты, а в первый разрядник введена клемма управления, причем первая клемма входа искрового генератора электрических колебаний высокой частоты через соединенные последовательно первые диод и резистор соединена с второй клеммой первичной обмотки высокочастотного трансформатора, которая через третий конденсатор соединена с второй клеммой входа искрового генератора электрических колебаний высокой частоты и первого конденсатора, первая и вторая входные клеммы делителя частоты соединены соответственно с первой и второй клеммами входа, искрового генератора электрических колебаний высокой частоты, первая и вторая клеммы выхода делителя частоты соединены соответственно с первой клеммой первого конденсатора и клеммой управления первого разрядника, в разрядный канал введены второй, третий и четвертый диоды, третий резистор, переменный резистор, четвертый и пятый конденсаторы, причем вторая клемма входа разрядного канала соединена непосредственно с второй клеммой второго конденсатора и через последовательно соединенные вторые диод и резистор и четвертый конденсатор с первой клеммой его входа, которая через третий диод и третий резистор, четвертый диод и переменный резистор соединена с второй клеммой второго разрядника, которая соединена с первой клеммой четвертого конденсатора, третья клемма входа разрядного канала через пятый конденсатор соединена с второй клеммой третьего резистора, а первая и вторая клеммы входа искрового генератора электрических колебаний высокой частоты и разрядного канала соответственно соединены.