Электростатический вольтметр Советский патент 1933 года по МПК G01R5/28 

Предлагаемое изобретение касается устройства электростатического вольтметра и состоит в том, .что с целью получения равномерной шкалы очертаниям его подвижнь1х и неподвижных элементов придается такая форма, при которой удовлетворяется уравнение

dS А

i

В этом уравнении 5 обозначает площадь проекции подвидгного элемента на неподвижный, ® - угол поворота подвижного элемента от нулевого положения, А и «- постоянные.

На фиг изображают различные формы выполнения предлагаемого вольтметра; фиг. 19-кривую зависимости (p), где У напряжение на зажимах вольтметра, - угол отклонения.

Если между двумя неподвижными пластинами поместить подвижную, то энергия такого конденсатора может быть определена как, .

.. (1)

Вращающий момент, создаваемый электрическимй силами в такой снстеме,ра 202..

вен производной от энергии -п6 углу поворота, т.-е.

(2) - d d Емкость плоского конденсатора выразить приближенно уравнением

с

4т:а

где .S-поверхность пластины конденсатора и а-расстояние между пластинами. Поэтому,

л dS

(4) -ЩЕсли противодействующий момент создается пружиной, то он будет равен

M, .(5)

Из равенства моментов при равновесии подвижного элемента следует

У dS „

(6) -- . - - ,

4т:а

.у

V

(7)

каК

dSld Для Toito, чтобы шкала вольтМет|ра рыла равномерной, необ: одимо, чтобы было выполнено условие 1/. f Интегрируя, получаем 5 1пф-1-С lnma. Таким образом, для получения равноТйерной шкалы необходимо, чтобы ялощадь конденсатора, образуемого подвижными и неподвижными элементами, изменялась в инейной зависимости от логарифма угла :првор6та. Из уравнения (10), нетрудно видеть, что при 0 площадь 5 получает значение -сч:. Таким образом очевидно, что получить равномерную шкалу на всем протяжении ее от, нуля до полного отклонения прибора - невозможно. Практически, однако, возможно получить шкалу равномерную, начиная с нескольких процентов полного отклонения, применив такой способ. Заменим в уравнении (10) угол 9 на ) где а - малый угол, удовлетворяющий условию яга & 1. 0. уравнаТогда прц Р получим S (9) при этом получит вид . а уравнение Ц) V /C,l/9((p + «). При малых углах ф (сравнительно с а) это уравнение представляет квадратичную кривую, а при больших - прямую линию (фиг. 19). Выбирая величину а достаточно малой (например, 0,1), можно получить прибор с практически равномерной шкалой почти на всем ее протяжении. Если написать уравнение (12) в таком виде: + «. то это будет Абщее выражение для уравнения вольтметра с равномерной шкалой. (И) Согласно -изобретению, описываемые HHiiie формы выполнения вольтметра удовлетворяют уравненщю (14). Подвижному элементу может быть придана форма стрелки, а неподвижные выполнены в виде пластин или цилиндров. Так, например, изображенный на фиг. 1 вольтметр состоит из стрелки, представляющей собЬй узкий и длинный прямоугольник, и двух пластин. Стрелка может быть выполнена также в виде тонкого и длинного цилиндра. Она подвешивается на проводящей нити или ленте или же укрепляется на оси, удержйва:емой от вращения спиральными пружинами. Пластины располагаются по обе стороны от стрелки (выше и ниже ее) и могут быть сделаны нескольких форм. Например, наружная кромка их очерчивается по дуге окружности, а внутренняя по уравнению (). где р - радиус-вектор данной точки кромки, о - угол, образуемый радиусом-вектором с начальной прямой, г -радиус наружной кромки, 1п - натуральный логарифм, т я у. - постоянные, зависящие от напряжения прибора и степени равномерности его шкалы. Можно, наоборот, внутреннюю кромку пластин очертить по дуге окружности, а наружную - по уравнению + 1п И + а)./(16) Согласно фиг. 3 внутренняя кромка пластин очерчена по уравнению р, г-In mi(9 + xi), (17) а внешняя кромка - по уравнению Р2 -+1п К().(18) Стрелке можно придать вид кругового сектора (фиг. 4) или сдвоенного кругового сектора (фиг. 5). при увеличений внутреннего угла которого 6 увеличивается ,чувствительносТь и уменьшается равномерность шкалы прибора.. ГЬхаст1 ны в этом случае .имеют наружную кромку, очерченную по дуге-Окружности радиуса г, а внутреннюю кромку - по уравнению , (-Ь (19) где значения букв те же, что и- в предыдЗЩих уравнениях. Наружную кромку пластин можно очертить по уравнению + (р + а)Г, а внутреннюю по уравнению ( + a). Несколько иная форма вь1поЛ ения изобра кена на фиг. 8. В этом случае пластины имеют форму квадрантов, из коих две пары электрически соединены между собою и присоединены к одному полюсу источника напряжения, а другие две пары электрически соединены между собо§ и присоединены вместе со стрелкой к другому полюсу. Стрелка может иметь три формьк 1) внутренняя кромка стрелки очерчена по дуге окружности радиуса г7 а нарзгжная - по уравнению + + « где р имеет прежнее значение, 6 и «- постоянные, зависящие от напряжения прибора, желаемой чувствительности и степени равйомерности его шкалы (фиг. 8); 2) наружная кромка стрелки очерчена по дуге окружности радиуса г, а внутренняя- по уравнению (фиг. 9); (21) 3) наружная кромка стрелки очерчена по уравнению / + ; 9+«i а внутренняя по уравнению Д(фиг. 10). (23) Наличие четырех квадрантов назначено придавать прибору наибольшую чувствительность. Для получения большего угла отклонения стрелки вместо четырех- квадрантов можно взять два сектора с внутренним углом, большим 90. Стрелке может быть придана форма легкой подвижной рамки, а неподвижным элементам - форма цилиндров. На фиг. 11-18 приведены подобные формы выполнения вольтметра. Стрелка прибора в виде металлической ргшки укреплена на оси, находящейся под действием спиральных пружин или подвешена на нити. Для отсчета по шкале к рамке или к оси должен быть прикреплен особый указатель. Рамка может быть сделана из узкой металлической полоски или из проволоки. Она вращается на оси так, что ее боковые стороны проходят при этом между цилиндрическими поверхностями неподвижных элементов. От ширины боковых сторон рамки зависит чувствительность и равномерность шкалы прибора. Одна из кромок цилиндров обрезана по плоскости и изображается на развертке цилиндра прямой линией, а вторая кромка очерчена по пространственной кривой, выража{емой в цилиндрических, координатах уравнениямир const(24) иА::: In т (9 ч-а).(25) Здесь Л - расстояние точки на кривой, отсчитанное от плоской крОА1ки цилиндра, 9 - угол поворота стрелки, а от и а имеют прежнее значение. На развертке цилиндра эта кривая выразится уравнением I Л (д;4-«),(26J где л Г9, а Г-радиус цилиндра (фиг. 11 и 12). При другой форме выполнения обе кромки цилиндров очерчены по кривым согласно уравнениям р const ,(27) иA (),(28) при чем -}- fl и - А отсчитываются от плоскости, перпендикулярной к оси цилиндров и проходящей через середину высоты цилиндров (фиг. 13 и 14). Можно обе кромки цилиндров расположить впараллельных плоскостях перпендикулярно к оси цилиндра. В этом случае стрелка выполняется в виде рамки, при чем часть, рамки, находящаяся .в пространстве межд; цилиндрами, изогнута так, что образует цилиндрическую поверхность, концентричную неподвижным цилиндрам. Одна из кромок этой поверхности лежит в плоскости одной из кромок цилиндров. Вторая кромка описана по уравнениям р const(29) (фиг. 15 и 16), (30) где р,- /г, (р и а имеют прежнее значение, а b - постоянная, зависящая от размеров и чувствительнЪсти прибора. Можно одну кромку стрелки очертить по уравнениям р const(31) - ,+j4i;- (2 а вторую по уравнениям р : const +а; при чем h отсчитывается от плоскости, перпендикулярной коси ци.линдров и проходящей через (Середину высоты цилиндров (фиг. 17 и 18). Все вышеприведенные формулы относятся к случаю, когда направляющая сила подвижного элемента создается спиральной пружиной или нитью подвеса. В случае же, если направляющая сила создается противовесом, то, согласно данным автоле 21 - dS должно быть заpa, уравнение + менено рледующим уравнением: rf5А sin (р 4-«) d (ф -|- ) i При конструктивном выполнении для очерчивания кроМок элементов следует применять в этом случае вместо уравнений 15, 20, 25, 30, соответственно, слег дующие: . (Ф+а)-( т / ja 1 & sin (ф + «) У - («Р + а) 1п(,+) 6sm(cpH-°t) (+ Вольтметры могут быть выполнены многокамерными, а стрелку и пластину или стрелку и i цилиндры можно поменять местами, т.-е. сделать подвижными пластины или цилиндры, снабдив их соответствующим указателем, а стрелку закрепить неподвижно. Это ничего не. изменит во взаимодействии элементов, лишь бы выполнялось условие dS А (t. если вольтметр с пружиной или условие tJ5 Л sin (р + «) rftp («Р + о ) в случае пр именения противовеса. Предмет изобретен я. 1.Электростатический вольтметр, отл1 чающийся тем,, что для получения равно мерной шкалы очертания его подвижных и неподвижных элементов выполнены таким образом, что удовлетворяют уравнениюdS А (/(рСр -|- и где S обозначает площадь проекции подвижного элемента на неподвижный, Ф - угол поворота подвижного элемента от нулевого положения, А и а-постоянные для приборов, направляющая сила коих создается пружиной или нитью подвеса. 2.Видоизменение электростатического вольтметра по /п. 1 для случая/ когда направляющая сила создана противовесом, отличающееся тем, что очертаниям элементов придана такая форма, что их очертаняя удовлетворяют уравнению ; rfS y4sin( + «) d- (V + F

фиг.1

фиг.2 фиг.З фиг.4 фиг.5

фиг.а фиг.13 cjKtr.iS

фиг.,14 фиг.16

.

вя 4« t №