Электростатический вольтметр Советский патент 1986 года по МПК G01R5/28 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения постоянного напряжения в диапазоне до нескольких сотен вольт.

Цель изобретения - повышение чувствительности вольтметра за счет увеличения угла отклонения зеркала при том же входном сигнале, а также повышение стабильности нуля путем стабилизации исходного коложения пьезо- элементов.

На фиг 1 и 2 изображ;ена схема вольтметра,

Биморфные пьезозлементы 1 и 2, состоящие из пьезопластин 3, 4 и 5, 6 соответственно, жестко закреплены в основании 7. Пьезопластины 3-6 скреплены разноименными полюсами поляризации (фиг. 2). Вольтметр содержит также гибкие тяги 8, зеркало 9, источник 10 света, шкалу 11, источник 12 опорного напряжения, входные клеммы 13 и 14, двух- позиционный переключатель 15, ключ 16 и резистор 17.

Устройство работает следующим образом,

Переключатель 15 устанавливают в положение, при котором измеряемое напряжение подключается к пьезоплас- тинам 3 и 5. Они включены так, что биморфные элементы 1 и 2 изгибаются в противоположные стороны и через гибкие тяги 8 .поворачивают зеркало 9 которое отклоняет световой луч источника 10 по шкале 11. После считывания показаний вольтметра переключатель 15 устанавливают во второе положение, и пьезоэлементы 3 и 5 разряжаются через резистор 17. Далее при замыкании ключа 16, источник 12 постоянного напряжения подключается к пьезоэлементам 3, 4 и 5, 6. При этом Пьезопластины 3, 4 и 5, 6 деформируются в одном и том же направлении и на одинаковую величину, что приводит к вьшрямлению пьезоэлемен- тов и возвращению зеркала 9 (а следовательно, и светового указателя на шкале 11) в исходное нулевое положение. После размыкания ключа 16 Пьезопластины 3-6 разряжаются через резистор 17, после чего прибор готов к новому измерению.

Поскольку напряжение источника 12 превьапает предельное значение измеряемого напряжения, то в процессе

измерения биморфные пьезоэлементы 1 и 2 работают на одной и той же ветви частной петли гистерезиса электромеханической характеристики

(находящейся внутри предельного гис- терезисного цикла, соответствующего напряжению источника 12). При этом неоднозначность показаний вольтметра, связанная с нелинейностью харастеристик пьезоэлементов, устраняется.

Увеличение угла отклонения луча достигается за счет того, что зеркало 9 связано с биморфными пьезоэлементами 1 и 2 посредством тяг 8, выполненных из упругого материала. При смещении пьезоэлементов 1 и 2 на величину & тяги 8 изгибаются, и зеркало 9 поворачивается на угол Cf .

Зависимость между смещением пьезоэлементов 1 и 2 и углом поворота зеркала 9 может быть получена из рассмотрения задачи о деформации упругой рамы при смещении ее опор.

Решение ее методом возможных перемещений в предположении, что горизонтальная перекладина (в нашем случае - зеркало) обладает бесконечной жесткостью на изгиб, приводит для малых

углов поворота зеркала к зависимости Cf 2й/,, и для угла отклонения луча к зависимости

«: 24 4й/1,

(1)

где 1 - расстояние между биморфными пьеяоэлементами 1 и 2.

Угол отклонения луча зеркалом, закрепленным на биморфном пьезоэле- менте (как в известном устройстве) составляет

Л 4л/:ед,

(2)

где 1д- длина биморфног о элемента.

Сравнение выражений (1) и (2) показывает, что предложенное размещение зеркала в k раз повышает чувствительность вольтметра. Расстояние может составлять несколько миллиметров, а длина пьезо- злементов Е - несколько сантиметров, что позволяет получить k 10-50.

Таким образом, предлагаемый вольтметр характеризуется высокой чувствительностью и стабильностью нуля отсчета.

Формула изобретения

1. Электростатический вольтметр содержащий источник света, шкал:,, биморфный пьезоэлемент, консольно закрепленный в основании, зеркало и две входные клеммы, первая из.которых соединена со средней обкладко биморфного пьезоэлемента, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности, в него введены второй биморфный пьезоэлемент С противоположной ориентацией положительных осей, также консольно закреленный в основании, и две гибкие тяги, расположенные в торцовых частях соответствующих биморфных пьезоэлементов перпендикулярно их продольным осям, при этом зеркало размещено на гибких тягах, первая входная клемма соединена также со средней обкладкой второго биморфноСоставитель С. Шумилишская Редактор В. Данко Техред Л.Сердюкова Корректор М. Максймишинец

Заказ 4817/44

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ 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

2559404

го пьезоэлемента, а вторая входная клемма соединена с первыми наружными обкладками обоих биморфных пьезоэлементов.

5 2. Вольтметр по п. 1, о т л и- чающийся тем, что, с цепью повьппения стабильности нуля, в него введены источник опорного напряжения, ключ и двухпозиционный переклю10 чатель, включенный между первыми наружными обкладками обоих биморфных пьезоэлементов и второй входной хлеммой. при этом второй контакт двухпозиционного переключателя

t5 соединен с выходом ключа и вторыми наружными обкладками обоих биморфных пьезоэлементов, а вход ключа соединен с первой выходной клеммой источника опорного напряже20 ния, вторая выходная клемма которого также соединена со средними обкладками обоих биморфных пьезоэлементов.

±

Гий

«

(Pus.

Изобретение может быть использовано для измерения постоянного напряжения 71 диапазоне до нескольких сотен БОЛТ. Цель изобретения - повышение чувствительности вольтметра - достигается путем увеличения угла отклонения зеркала при том же входном сигнале, повышение стабильности нуля достигается путем стабилизации исходного положения пьезоэлементов. Для этого в вольтметр дополнительно введены второй биморфньш пьезозле- мент 2, состоящий из пьезопластин 5 и 6 с противоположной ориентацией положительных осей, и гибкие тяги 8, а также источник 12 опорного напряжения, ключ 16 и двухпозиционный переключатель 15.Вольтметр также содержит биморфный пьезоэлемент 1, состоящий из пьезопластин 3 и 4, основание 7, зеркало 9, источник 10 света, щкалу 11, входные клеммы 13 и 14, резистор 17. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. (Л fjLp:S сл сд