Устройство для измерения малых напряжений Советский патент 1944 года по МПК G01R19/00 

В различных областях техники теплового контроля применяются автоматическИе, работающие от терMonaip, потенциометры, задачей которых является усиление и; преобразование постоянных «апряжений (порядка -н- 10 mV), а также их регистрация и автомати1ческое управление лечкыми устройствами. Малые постоянные напряжения получаются также на выходе, наприме|р, йьезоэлектрнческих датчиков, измеряющих давление или размер. Во всех этих случаях желательны точное измерение к регистрация малых постоянных напряжений. Между тем, эти задачи непосредственно неосуществимы, так как, если, например, подать измеряемое малое постоянное напряжение на сетку электронной лампы, то шумы лампы, малое изменение нормального смещения, ничтожное изменение анодного напряжения, температуры окружающего помещения -все эти факторы дадут тот же эффект, что и измеряемое напряжение. Нетрудно видеть, что подобные схемы совершенно непригодны для измерения малых напряжений постоянного тока. Поэтому малое постоянное напряжение обычно преобразуют в

малое переменное (чаще всего с помощью контактных инв ергоров) напряжение, усиливают последнее, а затем уже выпрямляют. Было бы желательно создать совершеино бесконтактное высокочувствительное устройство для измерения и регистрации малых постоянных напряжений. Всё это станет возможным, если бесконтактным опособо.м преобразовать, например, малое постоянное напряжение в частоту. Действительно, вполне возможна бесконтактная регистрация частоты с огромной точностью - в 0,1%, 0,01 % (и с ещё меньшей погрешностью). Если на выходе устройства поставить резонансные контуры с разнообразными характеристиками, то можно получить чрезвычайно высокую чувствительность на небольшом участке .шкалы и т. д. Таким образом, возможна, например, регистрация с точностью в 0,02° при температу:ре 1000°. Вообще здесь достижима чрезвычайная гибкость; в регистрации и автоматизации управления.

В соответствии с изложенным предлагается измерительное устройство с бесконтактным преобразованием малого постоянного напряжения непосредственно в частоту колебаний (вернее в число импульсов в секунду).

Предлагаемое устройство предназначено для измерения малых напряжений компенсационным- методом, по изменению средней частоты импульсов в цепв тиратрона, анодная цепь которого питается переменным током, за счёт выключения части импульсов. Отли1чительно« особенностью устройства является применение магнитного усилителя, в котором при поД|магнИ|ЧИвании его измеряемым постоянным током или напряжением происходит изменение на обратную фазы переменного напряжения на его выходе. Это напряжение подаётся на сетку тиратрона с той целью, чтобы выключени-е большей или- меньшей части импульсов в тиратроне происходило в результате подачи импульсов магнитного усиления, находяш,ихся в противофазе с анодным напряжением тиратрона, на сетку тиратрона в те моменты, когда компенсир|ующее падение натряжевия от выпрямленного анодного тока тиратрона станет меньше величины измеряемого напряжения.

Сущность изоб|р«тения поясняется черФежом, на фиг. 1 которого дана принципиальная схема устройства, а на фиг. 2 - вариант схемы исполнительного органа, включённого на выходе устройства.

Выход магнитного усилителя 1, работаюш,е1го по схеме нуль-индикато-ра, подаётся на сетку тиратрона 2. В анодную цепь включено сопротивление RK. При балансе создаётся напряжение 1к RK обратное входному (измеряемому) напряжению Ux Если же RK на1пример Ux 1к RK ,то тиратрон будет чаш,е зажигаться, и ток 1к начнёт увеличивать своё среднее значение. Если U 1к RK , тО тиратрон станет пропускать некоторые зажигания с тем, чтобы чис-Ю импульсов в секунду подравнялось к такому, при котором Ux IK RK . Схема автоматически даёт число импульсов в секунду, пропорциональное Ux. В результате после

трансформатора 3 получается частота, пропорциональная Ux.

Действие устройства не зависит от колебаний напряжения сети. Схема была экспериментально опробована автором и давала частоту, варьируемую от пятидесяти до одного периода в секунду; верхней границей частоты является частота питающего источника.

TaiKHiM способом можио осуществить чрезвычайно точную сигнализацию, сортировку по различным диапазонам напряжения и) т. д. Даже при полной шкале напряжения в 10 mV частота пропорциональна напряжению с точностью 0,5%. Можно достичь и высшей точности.

Взяв июточник повышенной частоты, например 20000 ГЦ, можно (см. фиг. 2) постаВИггь на выходе предлагаемого устройства 8 ряд полосовых фильтров 6 и |реле 7. При этом, пока Ux остаётся в пределах 2-3 mV, срабатывает одно- из реле, когда Ux --в пределах 3-4 шУ, сра ба1тывает другое реле и т. д.

Можно поставить и сигнальное реле, которое срабатывает чрезвычайно точно при достижении напряжением Ux определённого значения.

Рассмотрим действие магниггного усилителя напряжения, и меюшего входную обмоттку П (фиг. 1), на которую подаётся малое постоянное на1пряжение. Как видно из чертежа, на обмотку П подаётся не само измеряемое (вернее, преобразуемое в частоту) напряжение Ux, а разность Ux -IK RK , где IK RK -падение напряжения на сопротивлении RK от тока IK. Эта разность, если Lимеет переменную составляюшую, сама имеет переменную составляющую. Однако, из теории и практики магнитного усилителя напряжения известно, что напряжение на его выходе не зависит от переменной слагающей на входе, а определяется лишь постоянной слагающей; поэтому можно принимать во внимание лишь постоянную слагающую тока IK . Напряжение на выходе магнитного усишителя уже является переменным (с частотой сети) и получается ог обмотки niv.

на сеч-ку тиратрона,, с той целью чтобы выключение большей или меньшей части имстульсов в тира1т|рсхне праисходило в результате подачи на сетку последнего имнульсов магнитного усилителя, находящихся в

противофазе с анодным напряжением тиратрона, в те моменты, когда компенси|руюш,ее падение напряжения от выпрямленного анодного тока тира трон а станет меньше величины измеряемого напряжения.

i/x

Отв. редактор Д. А. Михайлов

Л101629. Подписано к печати 14/VII 1945 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 73

Типография Госпланиздата, им. Воровского, Калуга

Техн. редактор М. С. Бондарев