Электрометрический динамический конденсатор Советский патент 1986 года по МПК G01R19/18 

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в электрометрических приборах для измерения, например, постоянных электрических полей.

Цель изобретения - повышение точности путем оптимизации соотношений фазы наводки электрического поля от катушки возбуждения с.фазой механических колебаний.

На чертеже приведена схема электрометрического динамического кон- jtj;eHcaTopa.

Электрометрический динамический конденсатор содержит корпус 1, разме- щенные в нем обмотку возбуждения с сердечником 3, упругий элемент 4 с подвижной пластиной 5 и неподвижную пластину 6. Последняя расположена параллельно подвижной пластине 5, а катушка возбуждения 2 с сердечником 3 расположена с обратной стороны относительно упругого элемента 4 с подвижной пластиной 5.

Электрометрический динамический конденсатор работает следующим образом.

Между пластинами 5 и 6 прикладывается измеряемая постоянная разност потенциалов, после чего на катушку возбуждения 2 подается переменное напряжение. В сердечника 3 возбуждается переменное магнитное поле, которое обуславливает перемещение упругого элемента 4 и подвижной пластины 5 вследствие чего изменяется расстояни между подвижной 5 и неподвижной 6 пластинами. Емкость между упомянутыми пластинами также изменяется, что Приводит к преобразованию постоянного потенциала в пропорциональньй ему переменный ток, протекающий через элегурометрический динамический конденсатор.

На постоянную разность потенциало приложенную к пластинам 5 и 6, накладывается помеха в виде наводки электрического поля со стороны катушки возбуждения 2. Общий потенциал на пластинах динамического конденсатора имеет переменную составляющую, ухудшающую точность преобразования

cos(ot+cf), (1)

E(t) где E - измеряемая постоянная разность потенциалов; ECO - амнлитуда помехи; Q - частота напряжения возбуждения ;

10

31467

if - разность между фазами колебаний пластины 5 и помехи. Используя метод комплексно гармонического анализа, определим погрешность преобразования путем анализа изменения заряда динамического конденсатора.

Комплексная амплитуда -и гармоники заряда (0,1,2...)

Q. с и

Ег9

+ j coRrt С

(2)

Комплексное изображение величины, обратной C(t) будет

1 1 tn Q9 + + Qj-t

т::

Со С, 2

(3)

В соотношения (2) и (3) R - сопротивление переменному току, С - начальная емкость динамического конденсатора, m - относительное изменение расстояния между пластинами 5 и 6, j - мнимая единица.

Комплексное изображение E(t) будет

( 2Е„, ,при 0

,3

Е., О (4) 1 О при -Зи 0; | ( 1.

Подставляя (3) и (4) в (2), полу

чим

QO

2Е,,С

L

1-m

Q. 2

(5)

где Q, - число, комплексно-сопряжен

а,

ное для Q, „ , .

1 (Q, -Q,)

-c,

(6)

1 +

RH

Второй гармоникой заряда ( 2) можно пренебречь, тогда комплексное изображение заряда динамического конденсатора равно

Д 4(1+цУ.н Со) СоЕо о 2(

)+ m2

J

2mE(jCo (siu(f + cosy) j .2

(7)

2(l+w С ) + m

При электрометрических измерениях с помощью динамического конденсатора разность потенциалов на его обкладках компенсируют до тех пор, пока заряд не станет равным нулю. При этом измеряемая разность потенциалов равна компенсирующей.

Из выражения (7) определим условие равенства нулю заряда Qo 2(1+1а Ен Со), (sincp+coscf), (8)

mEa)Co(sinCf + )

2(1

С„ P.;)

(9)

I

где Е .- величина погрешности, вносимая действием периодической с частотой СО помехи.

Величина погрешности может быть уменьшена до нуля при условии

sincp + cosCf 0. (10)

Разность фаз tp определяется сдвигом фаз между током возбуждения катушки 2 и напряжением на ней. т.е. соотношением между ее индуктивным и активным сопротивлением. Для выполнения/равенства (10) необходимо, чтобы

tgcf - I.

Знак - показывает, что ток в катушке возбуждения отстает от напряжения. Следовательно

- 0,78

ari: 45 - R« 4

Положительный эффект достигается при отклонении ср от 45 в пределах ±10, поэтому соотношение между инРедактор А.Гулько

Составитель А.Пучковский

Техред Л.Олейник Корректор А.Тяско

Заказ 2561/50 Тираж 728 Подписное ВНИИШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4

10

15

20

25

4674

дуктивным и активным сопротивлением должно находиться в пределах 0,61- 0,96. ...

Таким образом, выполнение катушки возбуждения с указанным отношением ее индуктивного сопротивления к активному обеспечивает повышение точности электрометрического динамического конденсатора.

Формула изобретения

Электрометрический динамический конденсатор, содержащий корпус, внутри которого з реплен упругий элемент с подвижной пластиной, с одной стороны упругого элемента расположена катушка возбуждения с сердечником, а с другой стороны - неподвижная пластина, параллельная подвижной пластине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, катушка возбуждения выполнена с отношением индуктивного сопротивления к активному, равным 0,61-0,96.

Изобретение может быть использовано в электрометрических приборах для измерения, например, постоянных электрических полей. Цель изобретения - повышение точности измерения. Перемещение упругого элемента 4 и подвижной пластины 5 происходит при возбуждении в сердечнике 3 перемен/ ного магнитного поля. Помеха в виде наводки электрического поля со стороны катушки возбуждения 2 накладывается на постоянную разность потенциалов пластин 5 и 6. При этом общий потенциал на пластинах 5 и 6 будет иметь переменную составляющую ухудшающую точность преобразования. При измерениях разность потенциалов компенсируют до тех пор, пока заряд не станет равным нулю. При этом измеряемая pasHoctb потенциалов равна компенсируемой. Величина погрешности может быть уменьшена до нуля при условии, что sintf+ cos(, где q - разность между фазами колебаний пла- стиНы 5 и помехи, определяемая соотношением индуктивного и активного сопротивления катушки 2. Положительный эффект достигается при отклонении q от 45° в пределах tio, т.е. соотношение между индуктивным и активным сопротивлением катушки 2 должно находиться в пределах 0,61-0,96. 1 ил. iS (Л э со 35