Устройство для измерения различных величин постоянного и переменного тока Советский патент 1937 года по МПК G01R19/00 G01R19/02 G01R19/04 G01R17/00 

Ос}1овн()е авторское свидетельство № 41602 относится к способу измерения нап 5яжения, заключающемуся в том, что измеряемое напряжение подают на зажимы сопротивления, включенного в цепь сетки первой лампы усилителя с нечетным числом каскадов, а анодный ток последнего каскада усилителя пропускают но второму сопротивлению, включенному послеловате,1ьно с первым таким обpa30N, чтобы падение напряжения на его зажимах было направлено навстречу измеряемому напряжению, с целью определения значения последнего но установившейся, после его компенсации, величине силы тока в анодной цепи последней лампы усилителя.

Настоящее предложение является развитием указанного выше способа. Опо касается устройства, которое может быть применено для измерения напряжения, силы тока, а также величин, ЯВЛЯЮН1ИХСЯ их функциями, цричем могут быть измерены как .|,ействуюн1,ие, так и средние или максимальные их значения; с некоторыми

видоизменениями нредлагаемое устройство может быть применено для анализа кривых напряжения. Преимуществом устройства является то, что оно потребляет из измерительной цени весьма малую, приближающуюся к нулю, мощность. Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для осуществления способа по авторскому свидетельству К2 41602 цепь измеряемой электрической величины присоединена к постоянному сопротивлению, включенному в выходной контур усилителя. Благодаря этому на сопротивлении создается падение напряжения, ночти нолностью комнепсир ющее нриложенное измеряемое напряжение, вследствие чего нотребление энергии из измерительной цепи уменьничется до весьма малой величины. В устройстве может быть применен усилитель HL- только с нечетным числом каскадов, как это указано в основном авторском свидетельстве, по и с четным числом каскадов, только в этом случае измеряемое нанряжение должно- быть присоединено отрицательным

iio.uocoii к i.:ciKe. Далег-, с целью уменьшения влияния па точность и 3 м е J) е н и ii i-a);i е б а п i; и н а 11 р я ж (м 111 я вС110мо1ательны ч ист1 чникон и параметров Ла.П1 СИЛИ1е.1И, в СТриПСТ Н

согласно изобретению, iipHveiieii фильтр, отделякици 1;стоянную составлягон1у1о анодного 1Ч)ка усилите.1я. Кроме нзлoжeIiIoг(J, суниюст) изобретения закЛ С)чается н jsapnatiтах ycjpoiiCTBa, 11ргд(аз11Пче11Н1,1х ;(,ли измерения силы переменного ток;: и анализа формы кривой, котор е иодробнее онисаиы 1И1же.

При.1а аемый чертеж н,1люст|)11рует различньге фОрми выиолнения устроГютва согласно изобретен ню. Фиг. 1 чер1е/ка изображае1 нриннаииальную схему устройства д, измс:реиия СИЛ), тока; фиг. 2 -то же для измерения нанряжения. Ма фнг, Ла и ,)( приведены варианты с примеиением отделяющсчо иостояниую составляю тую ф11.1ьтра, на фнг. 4 и 5-.к(Л1кретные схемы усилителя с фильтро :. В устройстве но фн1. () нрименен сиениальиы тралсформатор для измерения силы тока, а в варнанге но фиг. 7-- ряд фил1/грои, разде;1яющнх В1 1ходнои ток усилителя на О1де.П)ные г;фмони1-;и, что донус aei их неносредстненное измерение. Маконец, схемы фиг. 8, ;, 10 и 11 относятся к устройству для измерения ностоянного наиряженш; с гпю.чежуточным нревран1еииек eio i нерчменное, а фиг. 12 я1)лиетея обоГаценной схемой ус 1 ()ойстг,а.

В устройстве но фиг. I за/););л)г: / и 2 служат для включепил j ц-::, измеряемого тока. Измеряемый TOiv нроход,ит но сонроти)ле::ию У (н.и частн его) и создает яа носледнем н а д,е 1; н е на н ря ж е н и я, в оз дей ст i н,с е на первый каскад -си.1ителя -f. Лиолный ток последнего часкада, обтекай то jce самое со11 5о-1Л1влсп:1е S создает падение Г нряження, п; пр;|влениое навстречу 11ад, чанряжеиия от изме|)яем01о тока. В кажд1,;Г: .юмеггт .тнг;а следуюнитя за1 иснмоет1)

, /г

Здесь ,, - часть сои1) ия iV, обтекаемая изме|)яемы,м

TOKQM / ,,

/ч j--часть сон)отив. iS, об|екаемая током ком |еиеаги и /,,

: 1,оу()И иидг1усялечня

BCeio лал111пв(уго cn,ii)те/1я. При д.е;м г(}чно оольиом и

НрНПЯТ.. :Т()

, /.;;:;

11рн Э1Ч)м но V:aCTio; ;; ;р{)Т1:членг 1 (V .1еж;д за:кимам;1 / п 2 6удс т н,:оходнт1, , iicc: ма малын ток, и нень измеряе.мслч) то ,а замкнется че)ез усисигге.и, i 1кзмс1И)тел1,иый 11риб() J. Треб емая для и(1охсждекия TcjKa по нутп Mijiii.ПОСТ1., буд,е-1- достанлят1Ия аяодно 6;ija| eeli.

lla фи1. 1 дана лнчИ) ирпнн.иина. ная схема ст 5ойс1 в;, без указа ия на icoiiKjieTHbni внд между каскад,амн, тип усилителя, пита;|;;я н

т. д. I 1))Ибор ,), ИЗ.|ер1ПОНШ1 ток КЧ)Миснсаиин /,; , служит для отсчета из меряемого тока /„. . В уст1)ойстве может 6brrjj применен усиличель iaiK с iie4eTii,iM чиелом каскадов {1,:,Г)... 2//--1), так и с ieiMijiM (2. -;, ti...2.0. 1 пос/1ед ;пх с.1учая.х, т. е. ири честном числе каскадо, из,меряемое напряжение до.тжно нриложепо ..м j-,: Сетке входного каС1чада. а 1C):: колшенса.чии иослсд;1его кас1сада 111 (фнг. 2i накравлен через сопр(гги)ление V laK, чтобы он еозлазал 1 п.ени се1кад1П1ь входпсяо 1чсскада нолоя исе.Ппюс смен1.е;1нс-.

Резу; ьтат1,1 изме)ения по ейосо-,, описанному i; оснчяиюм аггго) евидетельс1-ис- Л1 41602, и ссчучас и:-;л е 1сний на Н1ременном чж-С, зависят (Г: нанряженн:.; источников интания и параметГО ; ламп, так как комненсапп01И 1ЧП тб;ч чд1Л1кгеля С(;дсч),:и- постояин 1о составляк). Для страпения угого недост:: ь.п р, стройсг нах по фиг. Зя н 36, первое и;; кото|).1Х iipe;uia:iHa eno ЛлПя измерения неремениог-о напряжения, а нто|)ое - си.пл , применсЕЮ нриснособление -/, включенное в выходную цепь /( уси.лнте.ля - и oтдeляIoн ee переменную составляющую, пропускаемую через сопротивление 6 и прибор -5, от ностоянноГ составляющей, напра ,ляемой по цепи //. В качестве приспособления 4 может быть прпме1КН любой подходянхнй фильтр, например, в виде индуктивности ,9 и емкост -: Г2, как это изображено на фиг. 4, или 1 виде трансформатора 4 (фиг. 5).

В случае измерения напряжения сложной формы кривой необходимо озаботиться, чтобы наименьшее значение коэфин,ие:;та усиления различиых частот, ВХОДЯИ1ИХ в ряд Фугье, | ыражаюн1,ий измеряемую кривую, ие онускалось ниже некоторого выбранного значения, обесиечиваюшего нужную точность измерения. Из сказанного очевидно, что требования Р. отношении частотной, а также и амгглнтудноГ; .характеристики, дли комиенсациоино схемы нредъя1 ляю1сн меньшие, чем для o6bi4iii ix усилителен. Очевидно также, что как ко;1ебания нанряжения источникон питании, так и изменение других параметров схемы усилителя, вк.иочая и нагрузочное сопротивление, отражаются ЛИН1Ь 1ЮСТОЛЬ; у, НОСКО.1ЬКу

они в состоянии уменьп1ить коэфипиент усиления усилителя.

Для измерения действующих значений ток компенсации можно .пропускать, нагфимер, через электродинамический прибор или эталонное сопротивление с подключенным к lieму, как к шунту, электростатическим вольтметром. Д.я измерения средних :.иачений измеряемой силы или папряжения переменного тока ток комнепсации вынрям.-1яется (медноз:1киеными, селеновыми, ламповыми или д,ругими выпрямителями) и подается в индикатор постоянного тока. Для измерения мгновенных значенг.й (и частности амплитудных) может быть включен шлейф осциллографа, ли.бо нри.менен катодный осциллограф и ui

какое-нибудь дру; ое приспособ лен и (. 1рпнуская /,. и /,. не через все сопротивлеьие V, а . eiO части и иодбир; Я соотиои1ен11е меж;|, этими частя.ми. можно уста анлнр.ать. раз/,, .п.чнь.е соотношения . Можно также пр..менить тран.с4ю)матор -iOKa, цринпиннальная cxe:,ia вкл: чения которого изображена на фиг. б, где

U,-0|мотка, обтекаемая измеряем ы.м то Ком,

W., - обмотка для тока компенсации /„ , создающего магнитный ноток, нанрав.ленный навстречу нотоку от 1:.злирие.мого тока в ()бмот1че Ull.5-обмотка, включенная в цепь сеткн первого каскада усилителя, н KOTopoii ноявляется ианряжение нри неравенстве векторов потоков, создавае.мых об: 1откамн V, и 1.,. Это напряжение В111зывает i-oiv ь.омиенсации /,,- , возрастахиций до тех пор, но1ча не наступит равновесне магнитП1,х НОТОК015 в трансформаторе. Всегд;| справедливо с.чедующее уравнение д.1Я мгновенных значений

Г(

где ч. - 1.;оэ(|1иииь гг усиления iiio амиервиткгл) системы траисформа1Ч)рycn.iliTC.ib, иричем этот коэфициепт будет тем бо.льгле, чем больи1е число витков ::., и тс .,, чем болглие дииаМ :ческая крутизна р.сего у.илителяи чем больше пропицаемость же.леза трансформаторов. Последнего ioжнo достичь внекоюрых с:л:;:ях нолмагнпчиванием сердечника пес гоянным током, пропускаем1-,1м, например, че)ез вспо.могательнук) об.молччУ 11;. В частности этого можно достичь, пропуская по обмотке IV., вместе с nepe ;ennoii тлкже п постоянную соста1,л:.ч()щую тока выходного каскада. При досталочно больнюм и. из нреды;;,лией форму.л) , что

. -.-/ (1 . г., ;j

В уетр011Стве но фиг. 6 падение нанряжения на об-. - и 11.,

определится потреблением энергии на джоулево тепло, TOFVH и гистерезис. Потери в же.цезе будут малы вследствие малой величины индукции, потери же в меди можно уменыпит нропуская /,,. и /„: чере: одну и ту же обмотку, аналогично тому, как это имело место нри измерении тока в устройстве но фиг. об, где 1х и /„ пронускалнсь через одно и то же сопротивление 8. В этом случае нотери в меди могут быть малы, так как они будут онределяться только разницей токов и/к (а она будет тем меньше, чем больше ij.). Так же, как и в случае сопротивления 8 на фиг. 1, токи /.,. н /« можно пропускать через части витков их обн1.е(1 обмотки, устанав.чивая тем самым желательное отношение. Описываемое устройство может быть применено и для измерения частоты, мощности, энергии, сдвига фаз и т. д. с ничтожным потреблением энергии. Для этого могут быть применены одно или несколько устройств описьшаемого типа, комненсационные токи которых направляют в соотвегствуюи;ие обмотки фазометров, частотомеров, реле и тому подобных нриборов. В качестве даль 1ейн1его применения предложенного метода можно указать на анализ сложных не синусоидальных периодических кривых тока и напряжения. Применение электронно-компенсационного устройства для STOII цел1 имеет то преимугцество, ч1-о введение фильтров не требует учета их сопротивления для определения абсолютного или относительного значения той или иной гармоники. Свойство электронного компенсатора поддерживать постоянное, наиеред заданное соотноп ение между iJ,,. и / , определяемое величиной сопроти1 ления, обтекаемого током компенсации, упрощает и делает более точной всю операцию анализа. Измеряемое напряжение сложной формы приложено к зажимам /-2 (фиг. 7). 1 ienb 10 оконечного каскада усилителя 3 питает ряд фильтров / , 7l, , -/ и т. д. Фильтр 4 пропускает лишь юстоянную сое 1 авляк)Н1,У1о. ч;1ждыи

из последуюнщх фильтров пропускает лин1ь одну |-армонику и представляет бол1иное сонротинлиние д.1и прочих составляющих с.южноГ 1-сри1ЮЙ и,г . Каждый из них вк.-почен на одно из сопротив..1ениГ1 16, 17, 18, 19 и т. д., величины которых подби }ают так, чтобы было соблюдено ч:.-|овие: чем больп1е по величине данная га)М01шка напряжения 6,. , тем на мен1)HjeM сопротив.чении она компенсируется. Вследствие этого все гармоники анодно.о тока носледиего каскада имеют приблизите.1ьно равные амнлитуды (или заданное соотношение между ними), что облегчает анализ кривой и делает его более точным. Токи компенсации, проходящие через фильтры, измеряют с П)мощью фазометров, амперметров, осциллографов, регистраторов и т. д.

Вместо применения фи.1ьтров для хстранения влияния парамет|)О1, ламп и изменения напряжений источников питания при измерении напряже1 ий постоянного тока целесообразно предва)ительное превращение этих величин в нанряжение иеременно1Ч) тока, например, с по.мон1.ью устройства по фиг. S. 11а это11 фиг. пифраи 1- oocjз :ачено приспособление, превращаюп;ее ностояпное нанрян ение Uj- н пропорциональную ему во.1ичи1 у напря ке1гхя переменного тока; /J-IIJIHсиособление, сглаживающее ()ор.м кривой полученного перемг-пиого напряжения (необязате;1ьноi; -7- vcn.inтель; -/-ириспособ,-1ение, отфильтровывающее переменную составляющую аиодно1о тока последнего каскада усилителя; 6-компенсаи.ионпое сопротивление i-i цепи сетки первой

лампы уСИ.ЧИТеЛЯ, по К(;ТОрОМУ НГЮходит ток компепсапии: J-индикатор. В качестве приспособ,к;|ия /) можно, например, применить коммутатор (иереключатель полярности или прерыватель), вра1цающийся с постоянпой скоростью, или контур (периодически меняющейся емкостью (фиг. 9). В качестве сглаживающего приспособления /о можно применить трансформатор, peais-i-ивпую KaTynJ:.v в комбинации с (чондеисатора.ми

и 1. и.

Можно также компенсировать измеряемую величину преобразо1) в переменный ток, по сплу постоянного тока компенса ши получать в результате усиления напряжения переменного тока, пропорционального разности измеряемого ианрижепия U,,. и коыпенсируюи1его i напряжение 6„ . На фиг. 10 приведено устройство, работающее по это- му принципу. На схеме фиг. 10 цифрой 13 обозначено приспособление, превращающее разность Ux -UK в i переменное напряжение; 15-присно: | собление, сглаживающее форму кривой (необязательно); 5-усилитель; | 4-приспособление, отфильтровывающее переменную составляющую анодпого тока последнего каскада усилителя; 6 -|;риспоссбление, выпрямляю- щее неременный ток последнего каскада; Л--компенсационное сопротивление в цени сетки и 5-индикатор. |

В качестве одного из примеров конкретного выполнения устройства по фиг. 10 можно привести вариант, показанный на фиг. 11; он едва ли требует каких-либо нояспен й. В таком устройстве компенсационный I ток является постоянным током, со- ; здающим на сопротивлении 6 падение ; напряжения U,, . Однако, усилитель | при этом работает на усиление переменного напряжения. Как мы уже выяснили, в этом случае отпадает требование стабилизации напряжений питания. Как ясно из фиг. 10 и 11, иогрещпость моста выпрямителей, например меднозакисных, не отражается на результате измерений.

Возможно также не применять приспособлений для сглаживания формы кривой модулированной разности Ux -UK . Так как применение такого рода приспособлений, например,трансформатора, фильтра и т. д. влечет за собой потребление мощности от измеряемого процесса, можно применить сглаживание где-либо за перпым каскадом усилителя, подобрав частотную характеристику усилителя так, чтобы он срезал все высокочастотные гармоники.

Описанное устройство может быть использовано как устройство для измерения с малым потреоленпем моп1ности силы тока, паиряжения, мощности и т. п. как постоянных но времени, так и меняющихся по любому закону; как телеметрическое устройство по методу интенсивности или, с небольшими изменениями, как частотная или имнульсная система; как усилитель мощности без искажения, с ц--лью усиления слабых э. д. с. п токов, получаемых, например, в результате преобразования не электрических процессов: теМпературпых, световых, звуковых и т. п., до мощностей, достаточных для регулирования, регистрации, осциллографирования или воздействия на другую аппаратуру; как элемент различных систем автоматического регулирования. R этом случае измеряемый параметр должен нредставлять собой величину, пронорциональную или зависимую по некоторому закону от задания регулятора. Выходной каскад усилителя воздействует теперь уже не на сетку первого каскада, а непосредственно или косвенно на регулируемую величину. Пос.чедняя же, будучи преобразована в значение того же параметра, которым представлено задание регулятора, воздействует на сетку первого каскада усилителя либо непосредственно, либо через какие-либо вспомогательные прис1юсоб., устанавливающие желаемое соотноп1ение заданием и регулируемой величиной.

С целью обобщения всего сказанного выще приведена фиг. 12. На ней изображена схема предлагаемого устройства в обобщенном виде. Кратко принцип его действия может быть описан так. Измеряемая величина .Y в общем случае воздействует на приспособление .4, служащее для преобразования измеряемой величины в параметр, более подходящий для сравнения его с одноименным параметром, получепным от приспособления, преобразующего выходной ток усилителя 3. Приспособление Б, которое можно назвать индикатором нарушений, служит для установления нужного соотношения между измеряемой величиной и подходящим

||араме1чюм пыходного тока усилителя 3, так что, в случае нарушения этого соогношения, ирисиособ.чение Ь воздействует на вход усилителя 3 и, изменяя параметры В лходного тока, автоматически устанавливает желаемое соотношение. Пркнциниальная схема, 11оказан 1ая на фиг. 12, легко лреобразуется в ириициииа.Изную схему регулирования, если под -V подразумевать не измеряемую величину, а величину, задающую программу регулирования, и если виходную моипюсть усилителя 3 заставить во,д.ействовать не прямо на иидика;чл) иару:иений Б, а на регулируемы оГгьект, еоответствуюихий араметр 1;оторого прямо или через какое-либо -;сиомогатель ое р 1способ.1ение i03деиствует на индикатор нару |1ений.

И р е д м е т ;. о б р е т е и и я.

1.Устройство для измере1 ия величин ностом 1но о и ереMeii iO O тока но C ioco6y авторского свидетельства А- 4160:2, отличающееся тем, что, с .) у.е1П1 ие11ия 1отребляемой из измерительной

МО.ПОСТИ до ВЕСЬМа малой ,

) измеряемо электр чее1чО1 | ве;i -i4iiH ;|рисоед нена к г остоя 1и)у СП ротивле И( (V ( части), ;к,-|Ючепиому н вых{) | ;О1Пур усилител5.

2.В устройстве но i. 1 применеи е усилителя ка с ie4e H i., так и с четиы числом каскадов, l 1 ослед е1 случае измejJяeмoe иан ряжение пр ложе но отр щательным |;олюсом к сетке ,1, а ком е1;саиион ый ток создает п со 1рот влен1 И 6 1оложнтель 01 сме1 енИС.

3,Форма иы1К).1Не11и;| )() 0 н. 1, отличающаяся TI-M, что lipn и:ме им иях ia iepCMeHi(y.i то-.с, г . уме1, влияния коле-Г-ани ii.iИр 1}Ке11НЯ )И1КОВ НИ аН;;Я li;i)амстров лами усилитсмя. вьгллваеМ0 -о 5алич 1ем 1;остоя 01 составлЯ К ,, в н,е11и оеледнего каскала иримеие отделяю. ее фильтр..

4.Фор.ма ycTpOiie/nn 0 HI. 1 И 3, отличаюпшяся тем, что, с 1, измере ия ,1 Toica, iipnмеле трасфор.матор с чет,рьмя основными обмотками, пред аз 1аченными для из.еряемо1 о тока, 1Г -орая

для рИСОедИ е ИИ к ГИ; Цтеля, третья-для комие1 СИ|}ую цего магнитный ноток трансфо;1матора 1е1) тока оконечио1Ч) каскада уси.лите.тя и четверта5 -для подма - 1ичива ия ярма трансформатора ноСТОЯНИиМ Т01чОЛ1.

U. вынол ен я устро 1ства 10 нп. 1 i 3, отличаюи1аяся тем, что, с ru-Tb o ,1иза наиряжени;:, нримене)11| неско.пьчО фи.льтрсл / , -/, /, /, / , иро1 ускак)них отде.н,е гарм(, ,с каждого ф.1ьтра ,чамк;1 Л-л1 на ()мненса ИО:1НО Ч) сонреп ин.чеиня /), 17, /(V, 19. но;,обран ле так, чтобь

TOIOI, CfiDTISilCTHXHO.-,pa:-iJ i4i biM а;1)л 011икам, б|,1ли ло ис, и)рядка.

I), Приме .ение }j но :, 1, 2 и о, с целью

ДеЙСТВу 01 1ИХ и

значений снл,1 тока ПИЯ, соответствую ; л

и 3 м е р е I и 5 м l р и б о р о i

элек|роди а;, ическо (J, де (;тра:|ч1 i, вьмюч, к{} ((i то;;,

к зависимоAiy авторскому свидетельству А. В. Михайлова и А. Н. Волощика № 50518

. 1

пТЗиг.4

1

/4.Ч t

j ;г

сШиг 5

сцзиг.аа

/t

a

CjDMr. Б

J bq 4 K

I/ Тч Lf:

к зависимому авторскому свидотельству А. В. Михайлова и А. Б. Волошдка № 50518

сзэиг.7

10

И

I ГХ1Г 1

L- -L

L- х. ---|-f- -И -т0

. К 11 и

( ;f

--1 ;

..

Л

I PiJ

Lл .,

Шиг.З

iw n rtirj a 1

20

VLn.aaanrLria,4-i -;..- ;ir-,

. - -„..

с:Сзиг.

0 - |.,.

-TuAvdSf- -- ---:-

-7,

Щ e -Hf1.4

i ,

AArtito.-5

Т -f-

JL/X..-I-,

-;5-«