Щитовой магнитоэлектрический вольтметр Советский патент 1987 года по МПК G01R5/02 

осевом отверстии которых размещены упругие диэлектрические трубки (УДТ) 13, 14, с кольцами 9, 10, закрепленные на О с помощью винтов 15 - 18, установленных в резьбовые регулировочные отверстия 19 - 21, а РЭ выполнен в виде тензорезисторов 22, 23, напыленных на наружную поверхность каждой из УДТ 13, 14 по двухзаходной спирали, .при этом на УДТ 13 спираль левая, а на УДТ 14 1

Изобретение относится к электроприборостроению и может быть использовано при проектировании магнитоэлектрических измерительных механизмов, работающих в условиях вибраций и ударов.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости прибора за счет автоматической компенсации погрешности, вызванной воздействием вибрации.

На фиг.1 схематично .изображен предлагаемый вольтметр; на фиг.2 - его электрическая схема; на фиг.З - пример выполнения узла крепления.

Щитовой магнитоэлектрический . вольтметр содержит обойму 1, рамку с измерительной обмоткой, шкалу 3 с указателем 4, упоры в виде соосных втулок 5, 6 и штырьков 7,8, расположенных на обойме 1 и рамке 2 соответственно и ограничители, выполненные в виде свободно размещенных в осевом отверстии втулок 5 и 6 колец 9 и 10 закрепленных на обойме 1 одним из торцов 11 и 12 через соосную кольцу упругую непроводящую трубку 13 и 14 которая закрепл-ена на обойме 1 с помощью винтов 15 - 18, установленных в резьбовые регулировочные отверстия 19 - 21, вьшолненные в обойме 1 и в примыкающем к обойме конце трубки (фиг.З) или во втулке и трубке (фиг.1).

Измерительная обмотка рамки 2 соединена последовательно с добавочными сопротивлениями (фиг.1, фиг.2) выполненными в виде тензореэисторов 22 и 23, напьшенных на наружную бо87016

правая. В описании изобретения приведены математические зависимости измеряемых электрических величин. Вольтметр прост в конструкции и регулировке, характеризуется автономностью, поскольку не требует использования дополнительных источников питания для практически полной компенсации погрешности, возникающей при воздействии вибраций и ударов. 1 3.п. ф-лы. 3 ил.

0

5

0

5

0

5

ковую поверхность каждой из трубок 13, 14 по двухзаходной спирали, имеющей выводы 24 и 25 на контактирующем с обоймой 1 конце трубки 13 или 14 и соединение заходов 26 и 27 на другом конце, причем на трубке 13 со стороны шкалы прибора спираль выполнена левой, а на другой трубке 14 - правой.

Рамка 2 с растяжками 28 и 29 образуют подвижную систему прибора, расположенную в зазоре магнитной системы 30 прибора.

Щитовой вольтметр работает следующим образом.

Добавочное сопротивление (г,, +Гд ) (фиг.2), подключенное последовательно с измерительной обмоткой (Гд) необходимо для расширения предела измерения вольтметра, для увеличения его внутреннего сопротивления, а также дпя обеспечения возможности использования при измерении различных постоянных напряжений и стандартных измерительных механизмов с

током полного отклонения 1. I

При воздействии на прибор вибраций либо ударов возникают интенсивные колебания подвижной системы, приводящие к косым соударениям колец 9 и 10 соответственно со штырьками 7 и 8. При этом за счет возникающей при ударах касательной составляющей силы взаимодействия происходит закручивание подвижной системы и в результате паразитный увод стрелочного указателя 4.

При измерении вольтметром постоянного напряжения U отклонение указа25

3128701

еля 4, т.е. отсчет по шкале 3, просходит при взгляде н:. прибор (фиг.1) сверху по направлению хода часовой трелки.

Пусть, например, вибрация либо 5 удар подействовали так, что штырьки 7 и 8 ударяются соответственно о ольца 9 и 10 левой на фиг.1 стороой в направлении от нас, т.е. каательная составляющая силы взаимо- 0 ействия приложена к кольцам 9 и 10 о направлению от нас, а к штырькам 7 и 8 - к нам. При этом закручивание подвижной системы происходит в направлении, противоположном ходу часовой стрелки, т.е. появляется отрицательная погрешность дП, и его показание равно U - uU.

Однако в предлагаемом вольтметре данная погрешность автоматически ком-20 пенсируется. Как уже было сказано, при соударениях к кольцам 9 и 10 прикладываются касательные силы с левой стороны в направлении от нас Эти силы вызывают поворот колец 9 и 10, свободно установленных во втулках 5 и 6, по часовой стрелке и, следовательно, закручивание в этом же направлении жестко закрепленных на торцах колец упругих трубок 13, 14. - Так как тензорезистор 22 нанесен на боковую поверхность верхней трубки 13 по левой спирали (против часовой стрелки), то как видно из фиг.1, при закручивании нижнего торца верхней 35 трубки 13 по часовой стрелке в верхнем конце трубки 13, жестко закрепленном на обойме 1, тензорезистор 22 работает на сжатие..На нижнюю трубку 14 тензорезистор 23 нанесен 40 по правой спирали (по ходу часовой стрелки), поэтому при закручивании верхнего торца нижней трубки 14 по часовой стрелке в нижнем торце, жестко закрепленном на обойме 1 (фиг.1, 45 3), тензорезистор 23 также работает на сжатие.

При этом сопротивления обоих тен- зорезисторов 22 и 23, т.е. добавоч- 50 ные сопротивления Гд , гд„, уменьшаются, следовательно, при той же величине измеряемого напряжения U njpoHC- ходит увеличение тока 1 (фиг.2), протекающего через измерительный ме- 55 ханизм, компенсирующий отрицательную погрешность, возникающую при соударениях. При этом знак изменения тока 1(5 в измерительном механиз5

0

0 5 0 5

0 5

ме автоматически противоположен знаку погрешности от вибраций. В случае, если от соударений погрешность положительна, добавочное сопротивление увеличивается, а ток 1 уменьшается. Для полной компенсации погрешности необходим переменный, регулируемый коэффициент передачи в одном из звеньев. Б устройстве возможно изменять жесткость на кручение упругих трубок 13 и 14, подгоняя тем самым, изменение сопротивления тензорезисто- ров 22 и 23 до необходимой величины, компенсирующей увод от соударений. Изменение жесткости упругих трубок на кручение достигается изменением их рабочей длины путем различного места крепления трубок к жестко соединенным с обоймой 1 втулкам 5 и 6 или самой обойме 1. Такая регулировка обеспечивается установкой винтов 15 - 18 в различные регулировочные отверстия 19 - 21, расположенные по образующей втулок и трубок напротив друг друга. Чем ближе к обойме расположены винты 15-18, тем больше рабочая длина трубок 13, 14, и, соответственно, меньше их жесткость на кручение при соударениях. Необходимая точ- ая подгонка компенсации увода производится экспериментально, в то время как грубая подгонка компенсирующего изменения тока 1 должна рассчитываться уже при изготовлении прибора и осуществляться за счет выбора определенных параметров ограничителей:, диаметров штьфьков 7, 8 и колец 9, 10, длины и толщины упругих трубок 13 и 14, шага напыления спирали тен- зорезисторов 22 и 23, выбора их материала и материала трубок. Использование двух согласно включенных добавочных сопротивлений позволяет повысить эффективность компенсации в два раза.

Проводились экспериментальные исследования и расчет конструкции, изготовленной на базе щитового милливольтметра М4248.

, Предел измерения U 27 шВ; I,, 0,5 гаА; г г„ + Гд, + Гд, 54 Ом; г„ 13 Ом; , Гд 20,5 Ом; класс точности KT- 1,5; m 0,5-10 кг - масса рамки ,- угол размаха щкалы 3 (90°); С 2,2..м - удельный противодействующий момент; d 2-10 м - диаметр штырька 7 шш 8; D 410 м - наружные диаметры

5128

кольца 9. 10 и трубки 13, 14; h 14-10 м - высота трубки 13, 14.

Погрешность прибора от увода U и при максимально возможном виброускорении 30 м/с и угле сх. 30° ко- сого удара штьфька 7 о кольцо 9 определяется следующим образом.

Касательная составляющая сипы R, возникающей лрк соударении, равна

(О

вен

Rng - R sinoi in-а-sin ot.

При этом уводящий момент Мц рам,

угол увода

.-d/2,

(2)

,. -Г-

Таким образом

MI - , (D

ГЬЧ 46.

т МО КС.

ИЛИ с учетом (1-3)

iU

. 9

гя ма.с.Су

тВ,

Вычислим электрические параметры схемы, а также параметры упругих трбок 13 и 14, необходимые для компенсации данной погрешности.

Так как отрицательная погрещност увода (2тВ от 27 тВ) составляет .7,5%, то для полной компенсации ток Ijj должен увеличиться также на 7,5%, т.е. стать равным 0,54 шА. Так как

и.

I. г7 -Г9,

то каждое из Гд должно уменьшиться на 2 Ом и стать равным 18,5 Ом.

Угол закручивания трубки 13 (или 14) (угол сдвига относительно крепления к обойме 1) под действием момента М равен

макс.

rp , P G-Jp

(5)

где G - модуль сдвига материала трубки 13;50 Л„ - полярный момент инерции сечения трубки 13 - равен

ГО 32

(, - ,

(6)

где D - внутренний диаметр трубки 13.

Упругая трубка 13 вьшолнена из резины марки 1847 МРТУ 38-5-1166-64; б 1 ,2-10 Н/м.

66

Пленочный тензорезистор 22 был напылен в вакууме, напыление проводилось через маску. В качестве материала для тензорезистора 22 использовался никель - хроможелезистый сплав (%: Fe 52; Ni 36; Gz 8), имеющий коэффициент тензочувствительнос- ти и.удельное сопротивление р 1,3 мкОм м

р

k

ЛК/Б

гп

(7)

где fiR/R - относительное изменение сопротивления; . - относительная деформация пружины.

Толщина напыленной пленки 0 мкм 10 м; ширина - 0,610 м. Каждая спираль имеет.по восемь витков, длину 0,1 м и полное сопротивление 20,5 Ом.

Относительное изменение длины пружины примерно равно углу сдвига ее концов, т.е.

(Р

J ч эакр.

Выражая из (7) OR, получим

,R k,

(8)

(9)

и, учитывая (1), (2), (5), (8), запишем

iR

k-R h-m-a-sinoi- --- G7fDV32 7T - TD)V)

(10)

0

5

0

5

Из анализа (10) нетрудно заметить, что д)1я приближенной подгонки компенсации расчетного увода при изготовлении прибора наиболее целесообразно выбирать соответствующие значения h и D . Расчет по формуле (10) показывает, что выбор h 1410 м и D 340 м позволяет получить необходимое UR, т.е. изменение каждого из Гд, равное 2 Ом. Точная подгонка схемы компенсации, как уже указывалось, осуществляется в собранном приборе точной регупировкой рабочей длины h трубки 13, 14.

Таким образом, предлагаемый вольтметр отличается простотой конструкции и регулировки, а также характеризуется автономностью, поскольку не требует использования дополнительных источников питания для практически полной компенсации погрешности.

712870

возникающей при воздействии вибраций и ударов.

Формула изобретения

I. Щитовой магнитоэлектрический вольтметр, содержащий обойму, подвижную рамку с измерительной обмоткой, размещенную на растяжках в рабочем зазоре магнитной системы, указатель, шкалу, два ограничителя, расположенных на обойме и два соосных им штырь10

ка, расположенных на рамке, а также резистивный элемент, соединенный последовательно с измерительной, обмоткой, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, каждый из ограничителей вьшолнен в виде втулки, в полости которой размещена упругая диэлектри

168

ческая 7 рубка с кольцом на внутреннем конце, на наружном конце которой расположен узел крепления, при этом резистивньш элемент вьтолнен в виде - двух последовательно соединенных тензорезисторов, каждый из которых выполнен в виде двухзаходной спирали, размещенной на наружной боковой поверхности трубки, причем выводы заходов каждой спирали объединены со стороны колец, на трубке со стороны шкалы спираль выполнена левой, а на другой трубке - правой. 2. Вольтметр по п. 1, о т л и5 ч а ю щ и и с я тем, что узел крепления выполнен в виде п пар соосных диаметрально противоположных резьбовых регулировочных отверстий во втулке и трубке, при этом в одной

Q паре отверстий расположены винты.

0

Изобретение относится к области электроприборостроения. Цель - повышение виброустойчивости. Щитовой магнитоэлектрический вольтметр содержит обойму (О) 1, рамку 2 с измерительной обмоткой, шкалу 3 с указателем 4, резистивные элементы (РЭ), ограничители. Цель достигается тем, что каждый из ограничителей выполнен в виде втулок 5, 6, в S 1(Л Vue.r

фае. 2

Составитель С. Чумилишская Редактор Н.Слободяник Техред Л.Олейник Корректор Е.Сирохман

- - -«-----.- - - . - -.--«-« « .г г--. -, лЗаказ 7709/45 Тираж 730Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР

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

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