ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР Российский патент 2003 года по МПК G01R5/28 G01R15/00 G01R19/00 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений.

Известен измеритель высоких напряжений [АС СССР 1479880, кл. G 01 R 15/02, Бюл. 18, 1989 г.], содержащий корпус, частично заполненный двухфазным диэлектриком, измерительный сосуд, сообщающийся отверстием с полостью корпуса, ультразвуковой измеритель уровня, два электрода, расположенные по обе стороны от границы раздела фаз, при этом нижний электрод выполнен плоским и полностью погружен в жидкую фазу, а верхний электрод с целью повышения точности измерения и линеаризации передаточной характеристики выполнен в виде шара, погруженного в жидкую фазу.

Недостатком такой конструкции является ее сложность.

Известен электростатический вольтметр [Электрические измерения. Учебник для вузов. Изд. 4-е. Под. ред. А.В. Фремке. Л., "Энергия", 1973], выбранный за прототип, содержащий диэлектрический корпус, два неподвижных электрода, соединенные с измерительными клеммами, подвижный элемент, который представляет собой пластину, подвешенную между неподвижными электродами на тонких металлических ленточках.

Перемещение подвижной пластины посредством тяги и мостика передается на ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, а затем на отсчетное устройство, которое состоит из стрелки и шкалы.

Данный вольтметр обладает следующими достоинствами: простотой и дешевизной конструкции; используется для измерения высоких напряжений до десятков и сотен киловольт без применения громоздких, дорогостоящих и потребляющих большую мощность добавочных сопротивлений в широком диапазоне частот (20 Гц - 30 МГц), при этом на его показания почти не влияют частота измеряемого напряжения, температура и посторонние магнитные поля; может применяться для измерений как в цепях переменного, так и в цепях постоянного тока.

Недостатками данной конструкции являются ее низкая точность из-за погрешностей, вызванных недостаточной вибростойкостью вольтметра, небольшой величиной вращающего момента, действующего на его подвижную часть, а также влиянием положения прибора в пространстве на точность его показаний.

Задачей изобретения является повышение точности электростатического вольтметра при сохранении таких преимуществ прототипа, как большой диапазон измеряемых высоких напряжений в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимости, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, измерения в цепях постоянного и переменного тока.

Задача решается посредством электростатического вольтметра, содержащего диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, в котором в отличие от прототипа в качестве подвижного элемента использован цилиндрический диэлектрик, расположенный на оси, при этом ось с одного конца связана с корпусом посредством спиральной пружины, шкала отсчетного устройства нанесена на торец подвижного элемента, а электроды расположены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, причем величина этого угла зависит от материала, из которого выполнен подвижный элемент, в связи с чем электроды имеют возможность поворота и установки на упомянутый угол.

Задача решается также, если отсчетное устройство электростатического вольтметра включает два световода отсчета с неподвижным указателем и подсветки шкалы.

На чертеже изображен предлагаемый электростатический вольтметр.

Вольтметр состоит из диэлектрического корпуса 1, подвижного элемента 2 в виде цилиндрического диэлектрика, выполненного из фибры, расположенного на оси 3, которая закреплена с возможностью вращения в подшипниках 4 и 5, при этом ось с одного конца связана с корпусом 1 посредством спиральной пружины 6. Электроды 7 установлены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента 2, теоретически и экспериментально выбранного для фибры равным 50^o. Отсчетное устройство состоит из круговой шкалы 8, нанесенной на торец подвижного элемента 2, световода отсчета 9 с неподвижным указателем 10 и световода подсветки шкалы 11, торец которого освещен миниатюрной лампой накаливания, на фигуре не показана. Выводы электродов 7 соединены с измерительными клеммами 12.

Использование в качестве подвижного элемента цилиндрического диэлектрика, расположенного на оси, закрепленной с возможностью вращения и связанной с одного конца с корпусом прибора посредством спиральной пружины, позволяет исключить влияние положения электростатического вольтметра в пространстве на точность его показаний и повысить его вибростойкость. При этом спиральная пружина выполняет роль механического элемента сравнения. Повышение точности электростатического вольтметра достигается также за счет того, что шкала нанесена на торец подвижного элемента. Указанная в заявляемом решении пространственная взаимосвязь подвижного элемента с электродами обеспечивает необходимый вращающий момент подвижного элемента. Установка электродов с возможностью поворота позволяет изменять угол их наклона относительно нормали подвижного элемента и обеспечивать наибольший вращающий момент подвижного элемента в зависимости от материала, из которого он выполнен, что позволяет уменьшить момент инерции подвижной части, а следовательно, расширить пределы измерения в сторону малых величин, улучшить условия успокоения прибора, а следовательно, повысить его чувствительность и точность. При этом зависимость угла наклона электродов от характеристик материала, из которого выполнен подвижный элемент, в целях получения его наибольшего вращающего момента носит экспоненциальный характер.

Использование в электростатическом вольтметре отсчетного устройства, включающего два световода - отсчета с неподвижным указателем и подсветки шкалы, также позволяет повысить вибростойкость и точность электростатического вольтметра.

Электростатический вольтметр работает следующим образом.

При подаче на электроды 7 измеряемого сигнала подвижный элемент в виде цилиндрического диэлектрика 2 поворачивается. Направление вращения цилиндрического диэлектрика не зависит от знака измеряемого напряжения. При вращении подвижного элемента 2 спиральная пружина 6 создает противодействующий момент. При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижный элемент 2 останавливается, и по положению неподвижного указателя 10, нанесенного на световод отсчета 9 по шкале 6, нанесенной на торец подвижного элемента 2 и освещаемой с помощью световода подсветки шкалы 11, определяется измеряемое напряжение.

Отсутствие в данной конструкции подвесных частей, надежная связь оси подвижного элемента с корпусом прибора, установка электродов с возможностью поворота и указанная в заявляемом решении пространственная взаимосвязь подвижного элемента и электродов обеспечивают вибростойкость, независимость показаний прибора от его расположения в пространстве и наибольший вращающий момент подвижной части, а следовательно, точность электростатического вольтметра. При этом сохраняются все преимущества прототипа, а именно большой диапазон измеряемого напряжения в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимости, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, возможность применения для измерений напряжения в цепях постоянного и переменного тока.

Использование: изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений. Технический результат заключается в повышении точности электростатического вольтметра. Электростатический вольтметр содержит диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, в котором в отличие от прототипа в качестве подвижного элемента использован цилиндрический диэлектрик, расположенный на оси, при этом ось сводного конца связана с корпусом посредством спиральной пружины, шкала отсчетного устройства нанесена на торец подвижного элемента, а электроды расположены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, величина этого угла зависит от материала, из которого выполнен подвижный элемент для обеспечения наибольшего вращающего момента подвижного элемента, в связи с чем электроды имеют возможность поворота и установки на упомянутый угол. Отсчетное устройство электростатического вольтметра включает два световода отсчета с неподвижным указателем и подсветки шкалы. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электростатический вольтметр, содержащий диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, отличающийся тем, что в качестве подвижного элемента использован цилиндрический диэлектрик, расположенный на оси, при этом ось с одного конца связана с корпусом посредством спиральной пружины, шкала отсчетного устройства нанесена на торец подвижного элемента, а электроды расположены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, причем величина угла зависит от материала, из которого выполнен подвижный элемент, для обеспечения наибольшего вращающего момента подвижного элемента, в связи с чем электроды имеют возможность поворота и установки на упомянутый угол. 2. Электростатический вольтметр по п.1, отличающийся тем, что отсчетное устройство включает два световода - отсчета с неподвижным указателем и подсветки шкалы.