Электростатический компаратор мощности Советский патент 1955 года по МПК G01R21/00 G01R5/34 

Для ТОЧНЫХ измерений величин переменного тока применяются приборы, получившие название компараторов.

Назначением компараторов является установление тождества значений одноименных электрических величин, различающихся по частоте. Это позволяет находить значения величин переменного тока повышенной частоты, измеряя абсолютные значения величин постоянного тока или переменного тока низкой частоты, эквивалентные измеряемым. Этим достигается весьма существенное повышение точности измерений, так как на постоянном токе измерения весьма точны.

От компаратора не требуется длительной устойчивости характеристик, в связи с тем, что процесс сравнения производится в течение небольшого промежутка времени. Основные требования к нему - это независимость показаний от частоты и высокая чувствительность. Электродинамические приборы могут применяться для точных измерений лишь при частоте не выше 1000-1500 гц и поэтому не могут удовлетворить современные потребности в измерениях при более высоких частотах.

Термоэлектрический компаратор может дать весьма малую погрешность в широкой полосе частот, по крайней мере в пределах до 20000 гц она может быть не большей 0,01- 0,02%.

Однако применение термоэлектрического метода, весьма удобного для измерений токов и напряжений, приводит к громоздкой схеме и сложной процедуре измерений при сравнении мощностей. Кроме того, в схеме термоэлектрического ваттметра возникает специфическая погрешность изза неквадратичности характеристик термоэлементов.

Предметом настоящего изобретения является электростатический компартор, свободный от этих недостатков. В основе применения квадрантного электрометра для измерения мощности переменного тока лежит «езависилюсть показаний электростатического прибора от частоты.

Вопросам конструкции и методики измерений уделяется л№ого внимания Б литературных источниках. Однако, в них электрометр использован как показывающий прибор, требующий кропотливой градуировки в весьма большом числе точек шкалы и все же не дающий полной уверенности в получаемых рез}льтатах измерения, поскольку малейшие изменения уста«овки прибора или условий, в которых юн .находится, могут изменить градуировку. Кроме того, описанные в этих работах приборы весьма нежны, непортативны, имеют большое время успокоения, а потому их область применения весьма ограничена.

С целью устранения некоторых из указанных недостатков предлагалось применить компенсацию вращающего момента, создаваемого измеряемой мощностью, одновременно приложенным к электрометру напряжением постоянного тока. Однако данный прием не нашел практического применения, повидимому, изза того, что при этом в каждой измеряемой точке приходится производить четыре уравновещивания с переключением полярности напряжений на бисквите и квадрантах вследствие наличия контактных разностей потенциалов.

Предлагаемый компаратор также представляет собою квадрантный электрометр, включенный по схеме измерения мощности. Согласно изобретению на его подвижной части, ПОМИМО бисквита, помещена миниатюрная обмотка, находящаяся в поле постоянного магнита и образующая «магнитоэлектрический возвратитель, позволяющий компенсировать вращающий момент, создаваемый измеряемой мощностью. Кроме того, с целью повышения надежности и транспортабельности согласно изобретению в приборе предлагается применить заполнение жидкостью с большой диэлектрической проницаемостью (например, нитробензолом). Это позволяет при сохранении высокой чувствительности значительно уменьшить период свободных колебаний и связанное с ним время успокоения, одновременно увеличив противодействующий момент и устойчивость нулевого положения. Вместе с тем, заполнение вязкой жидкостью позволяет применить сильно переуспокоенный режим движения, что (по проф. Козыреву, ЛЭТИ), значительно уменьшает влияние внешних вибраций на работу прибора. Предлагаемый прибор

можно выполнить на растяжках, что сделает его легко транспортируемым и простым в обслуживании.

При измерениях мощности с помощью предлагаемого прибора вращающий момент, приложенный к бисквиту электрометра, должен быть скомпенсирован моментом тока в магнитоэлектрическом возвратителе. Как известно, вращающий момент электрометра в схеме для измерения мощности пропорционален последней, причем, поскольку в новом приборе бисквит всегда приводится в начальное положение, влияние различного рода ассиметрий исключается.

Момент магнитоэлектрического возвратителя пропорционален току в рамке, следовательно, ток в возвратителе прямопропорционален искомой мощности. Этот ток в зависимости от требуемой точности можно измерять стрелочным микроамперметром или компенсационным методом.

Коэффициент пропорциональности между током и мощностью можно определять двумя способами: либо к бисквиту и квадрантам прикладывают напряжения постоянного тока, создающие тот же вращающий момент, что и на переменном токе, либо измеряют прибором мощность переменного тока низкой частоты, выделяемую в точно известном сопротивлейии. Эту мощность можно вычислить, измерив приложенное к сопротивлению нагрузки напряжение, например, с помощью термоэлектрического компаратора напряжения. Проверка постоянства коэффициента пропорциональности может производиться сколь угодно часто, необходимые для этого элементы могут быть включены в комплект установки.

По «овым литературным данным диэлектрическая проницаемость нитробензола остается постоянной при частотах почти до 4 мггц, и лишь при более высоких частотах начинается ее падение. Поэтому прибор позволяет осуществлять точные измерения в широкой полосе частот. Объемное сопротивление хорошо очишенного нитробензола достигает 10° ом-см, что недостаточно для электрометрических измерений обыч