Дифференциальный электростатический вольтметр Советский патент 1957 года по МПК G01R5/28 

В практике физических измерений часто бывает необходимо измерить постоянное напряжение нлн заряд с помопшю электростатического прибора (вольтметра или электрометра), входное сопротивление которого должно составлять величину 10 ом (и даже больше). Конструктивное оформление таких измерителей представляет большие трудности, так как даже наилучшие из существуюп их изоляционных материалов (янтарь и др.) не в состоянии обеспечить требуемого сопротивления изоляции между подвижным и неподвижными электродами.

Предлагаемый дифференциальный электростатический вольтметр позволяет повысить входное сопротивление примерно в 100 и более раз, по сравнению с известными электростатическими приборами, поэтому поьышается и точность измерений.

Это достигается тем, что подвижный электрод измерительной системы снабжен экрано.м, электрически соединенным с неподвижным электродом компенсационного устройства. При таком выполнении прибора потенциал экрана поддерживается автоматически равным потенциалу неподвижного электрода измерительной системы и предотвращается возникновением утечек с этого электрода.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого во.тьт.метра; на фиг. 2 и 3 - схемы включения его при измерении высокоомных сопротивлений.

Прибор состоит из двух неподвижных электродов 1 и 2, между которыми расположен подвижный электрод 3. Электроды 7 и 3 образлют пз.мерительную систему, к которой подводится измеряемое напряжение U „., а электроды 2 и .3 - компенсационную систему, на которую подается напряжение с выхода электронного уси.тителя 4, управляемого фотоэлементами 5 и 6. Последние получают управляющие импульсы от зеркала 7, укреп.ченного на подвижном электроде 3.

Измеряемое напряжение определяется по электроизмерительному прибору (вольтметру) 8, вк/поченному на выход электронного усилителя 4.

Для предотвращения утечек тока с электрода / он окружен экраном У, элект|)ически соединенным с электродом 2.

Предлагаемы прибор действует с.1 едую1Ц Iм образом.

Под действием измеряемого напряжения (или заряда) подвижный электрод 3 и зеркало 7 новорачива)отся. что вызывает перерасгфеделеиие освещенности м напряжений на фотоэлементах 5 и 6, а следовате.тьно, изменение напряжения иа сопротивлении 10 катодного повторителя усилителя 4. При включении уеи.тптеля 4 по компенсационной схеме возрастание напряжения иа его выходе приводит к зве.чичению заряда на электроде 2 и возвращению электрода 3 в исходное положение.

В с.хеме прибора может быть использован не .только фртоэлектрический усилите.чь, но и .иобой другой управляемый усилитель постоянного тока.

Предлагаемый прибор может быть также применен для из.мереиия высокоомных электрических сопротивлений по времени, необходимому для полного или частичного заряда или разряда образцового конденсатора через измеряемое сопротивление.

В этом случае (фиг. 2) одиа из систем дифференциального электростатического вольтметра (электроды 1 и 3) используется для измерения напряжения на проверяемом сопротивлении П W одновременно служит образцовым конденсатором, а на вторую систему (электроды 2 и 3} подается напряжение с выхода электронного усилителя 4. Последний управляется органом, связанным с подвижной системой во.чьтметра, например зеркалом 7, воздействующим на вход усилителя 4 посредством фотоэлементов 5 и 6.

Под действием контролируемого напряжения, снимаемого с сопротивления //, подвижный электрод 3 прибора начинает поворачиваться. При этом зеркало 7 засвечивает фотоэлементы 5 и 6, обеспечивая увеличение напряжения на электроде 2 и возвращение подвижного электрода к нулю. Отсчет показаний произ.водится по вольтметру 8, включенно.му иа выход усилите ш 4. 11ап|)яжение на электроде 2 повторяет напряжение иа электроде /, поэтому, еслн соедииить электрод 2 с эк|эаном 9 (как сделано па фиг. 2), это полностью устранит утечку с электрода /.

К достоинствам рассмотренного устройства относятся: постоянная величина емкости np i6opa и то, что измеритель напряжения 8 включается со стороны усилителя м не 1злияет на работу измерительной схемы.

При использовании предлагае.мого прибора для измерений сопротивлений постоянную времеии цепи разряда конденсатора с.тедует выбирать достаточно большой, так как при этом уменьшается влияние погрещности в определении времени разряда. Если постояниая вре.мени меньше 100-300 сек., а измерение времени производится секундомером, то целесообразно применить в измерительном устройстве донолнитСоТьиый конденсатор 12 (фит. 3), подключаемый параЛоТельно электроду /. Для устранения утечек в этот конденсатор следует ввести экран /5, также связанный с электродом 2.

П р е д м е т , и 3 о б р е т е н и я

1. Диффереициальиый электростатический вольтметр с двумя неподвижными электродами и с расположенным между ними подвижным электродом, образующим с одним цз неподвижных электродов измерительную систему, к которой подводится измеряемое напряжение, а с другим - ко.мпенсационную систему, на которую подается напряжение с выхода электронного усилителя, управляе.мого органом, связанным с подвнжньгм электродом, и содержащего в выходной цепи электроизмерительный прибор, по которому определяется измеряемое напряжение, о т л ич а ю щн и с я те.м, что, с целью повышения точности измерений путем устране1П1я утечки с неподвижного электрода измерительной системы, этот электрод окружен экраном, электрически соединенным с неподвижным электродом компенсационной системы для автоматического

поддержания потенциала экрана равным потенциалу на неподвижном электроде измерительной системы.

2. Применение дифференциальноТо электростатического вольтметра по п. 1 для измерения высокоомных электрических сопротивлений по вре-Ль 109956

меня заряда или разряда образцовой электрической емкости через измеряемое сопротивление с использованием одной из систем вольтметра в качестве эталонного конденсатора.

Приоритет по 2 - 13 сентября 1956 г.

Uo

Н -А-CZJ-I