ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ГЕНЕРИРУЮЩЕГО ВОЛЬТМЕТРА Советский патент 1994 года по МПК G01R29/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям напряженности электрического поля в широком диапазоне частот с высокой степенью точности, и может быть использовано для измерения напряжения в высоковольтных установках различного назначения, а также в качестве широкополосного датчика в системах стабилизации высокого напряжения.

Известно устройство для измерения высокого напряжения, включающее генерирующий вольтметр, состоящий из измерительной (статор) и компенсационной пластин и вращающейся двухлопастной заземленной пластины (ротора). На компенсационную пластину подается компенсирующее напряжение одного и того же знака, что и измеряемое напряжение. Двухлопастная пластина поочередно перекрывает измерительную пластину то от действия компенсирующего, то от действия измеряемого полей. Сигнал, снимаемый с измерительной пластины, усиливается усилителем. При достижении равенства полей - измеряемого и компенсирующего, что фиксируется равенством сигналов в усилителе, измеряется компенсирующее напряжение, соответствующее измеряемому напряжению.

Недостатком этого устройства является ограниченная полоса пропускания, обусловленная частотой механической модуляции.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является быстродействующий генерирующий вольтметр, содержащий первый и второй статоры, вращающийся заземленный ротор, установленный перед статорами соосно с ними. Между каждым статором и "землей" включен конденсатор, зашунтированный высокоомным резистором. Сигнал с первого статора усиливается и поступает на один из входов первого дифференциального усилителя и на первый модуль выборка-хранение. Для получение сигнала коррекции на этот модуль от первого датчика положения ротора поступает синхроимпульс в момент полного закрытия первого статора. Выход модуля выборка-хранение соединен с другим входом первого дифференциального усилителя. Сигнал с второго статора обрабатывается аналогично. Противофазные сигналы на выходах первого и второго дифференциальных усилителей оказываются смещенными на величину сигнала коррекции, равную амплитудному значению напряжения на выходе модуля в момент синхронизации, что соответствует приведению сигналов к нулевому уровню. При последующем суммировании таких приведенных сигналов получается сигнал, пропорциональный величине и соответствующий знаку измеряемого напряжения.

Данное устройство не обладает фазочувствительными свойствами при измерении однополярного напряжения, т.е. не работает как датчик рассогласования, хотя способно измерять напряжение любой полярности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем придания ему фазочувствительных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что в быстродействующий генерирующий вольтметр, содержащий первый и второй статоры, вращающийся заземленный ротор, установленный перед статорами соосно с ними, дополнительно введена металлическая пластина компенсации, расположенная перед вращающимся ротором соосно с ним и подключена к источнику напряжения, противоположного по знаку измеряемому напряжению, с возможностью автоматической регулировки напряжения по величине и фазе.

В литературе описан генерирующий вольтметр с пластиной компенсации, который имеет ограниченную полосу пропускания, обусловленную частотой механической модуляции и обладающий фазочувствительными свойствами, но для этого имеет в своем составе специальную схему фазового детектора и дополнительный комплект пластин, что существенно усложняет конструкцию устройства.

На фиг.1 изображена упрощенная конструкция генерирующего вольтметра; на фиг. 2 - схематически измерительный пакет; на фиг.3 - функциональная схема предлагаемого преобразователя.

Пластина 1 компенсации (в данном случае выполнена в виде кольца) расположена перед вращающимся заземленным ротором 2 и подключена к источнику 28 напряжения и измерительному устройству 27. Статоры 3 и 4 представляют собой группу равноугольных секторов, изолированных друг от друга, выполненных из проводящего материала и закрепленных в одной плоскости на изолированном основании 5. Секторы электрически через один соединены между собой в две группы и образуют соответственно статор 3 и статор 4. В центральной части основания 5 выполнено отверстие для прохождения вала 6, на одном конце которого закреплен ротор 2 с вдвое меньшим количеством секторов, повторяющих форму секторов статора. Другой конец вала соединен с двигателем 7, приводящим во вращение ротор 2. Вал 6 заземлен с помощью щетки 8. Ротор 2 находится между пластиной 1 компенсации и статорами 3, 4 строго соосно с ними. Пластина 1 компенсации изолирована от корпуса 9 изоляционным кольцом 10. Вся эта система помещена в металлический немагнитный экран 11, который закреплен на корпусе 9. На валу 6 закреплен металлический немагнитный диск 12, на котором закреплен постоянный магнит 13. Параллельно диску 12 на неподвижной пластине 14 закреплены катушки 15 с ферромагнитными сердечниками 16. Катушки 15 расположены на радиусе вращения магнита 13 и разнесены на угол α, равный величине угла одного сектора. Катушки 15 с вращающимся магнитом 13 образуют два датчика положения ротора. Один конец катушек 15 соединен с корпусом 9, а другой - с входами схем 17, 18 регулируемой электронной задержки, выход схем задержки соединен с входами ключей 19, 20. Статоры 3, 4 соединены с инвертирующими входами усилителей 21, 22, а неинвеpтирующие входы - с корпусом. Между выходами усилителей 21, 22 и их инвертирующими входами включены емкости 23, 24, параллельно которым включены электронные ключи 19, 20. Выходы усилителей 21, 22 соединены с инвертирующим входом суммирующего усилителя 25, неинвертирующий вход которого соединен с корпусом, а выход - с управляющим входом источника 28 напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

Под действием разностного поля, образованного напряжением U_евысоковольтного электрода 26 и напряжением U_к источника 28 напряжения, на пластине 1 компенсации на статорах 3, 4 наводятся заряды, пропорциональные разностному полю или напряжению и суммарной площади открытых пластин статоров 3 или 4, но вследствие поочередного перекрытия статоров вращающимся заземленным ротором наведенные заряды стекают со статоров, образуя токи, которые затем усиливаются интеграторами тока, образованными усилителями 21, 22 и емкостями 23, 24 обратной связи. Параллельно емкостям включены ключи 19, 20, осуществляющие принудительное задание нулевых начальных условий интеграторов (обнуление конден- саторов) в моменты времени, соответствующие полному закрытию статоров. Совпадение момента принудительной коррекции интегратора с моментом полного закрытия статора обеспечивается схемой регулируемой электронной задержки. Сигналы на выходах усилителей 21, 22 противофазны и имеют одинаковую полярность, фиксируются своим минимальным значением на нулевом уровне. После суммирования в усилителе 25 получается напряжение U_вых, пропорциональное разностному напряжению, знак которого зависит от абсолютной величины напряжения U_е или U_к по воздействию. Напряжение U_вых подается на вход источника 28 напряжения, изменяя его выходное напряжение U_к так, чтобы напряжение U_вых стремилось к нулю. При изменении напряжения U_е напряжение U_к будет следовать за напряжением U_е.

Предлагаемый преобразователь обладает фазочувствительными свойствами, не теряя частотных и измерительных свойств. В момент компенсации вольтметром 27 измеряется напряжение U_к выпрямителя 28, соответствующее измеряемому напряжению U_е.

Использование предлагаемого устройства в качестве датчика в системах стабилизации высокого напряжения ускорителей прямого действия дает возможность почти вдвое улучшить моноэнергетичность ускоренных частиц, что позволит:
а) проводить исследование резонансных ядерных реакций с естественной шириной резонанса менее 100 эВ;
б) измерять зависимости концентрации химического элемента с глубиной с разрешением по глубине около 10 .

Использование: измерение напряженности электрического поля в широком диапозоне частот. Сущность изобретения: пластина компенсации установлена перед вращающимся заземленным ротором и подключена к источнику напряжения, противоположного по знаку измеряемому напряжению, с возможностью автоматической регулировки напряжения по величине и фазе. 3 ил.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО ГЕНЕРИРУЮЩЕГО ВОЛЬТМЕТРА, содержащий первый и второй статоры, заземленный ротор, который установлен перед статорами соосно с ними, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем придания фазочувствительных свойств, в него дополнительно введены металлическая пластина компенсации, расположенная перед ротором соосно с ним, и источник напряжения, причем пластина компенсации подключена к источнику напряжения, противоположного по знаку измеряемому напряжению, с возможностью автоматической регулировки напряжения по величине и фазе.