Компенсатор постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК G01R17/06 

без потребления энергии от источника измеряемого нанряжеиия.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсатор постоянного тока, содержащий измерительные декады, состоящие из ряда последовательно соединенных преобразователей тока в ЭДС и устройств коммутации, регулируемый источник тока, один выход которого соединен с измерительными декадами, последовательно соединенные зажимы для подключения измеряемого напряжения и нуль-индикатор, подключенные параллельно устройствам коммутации измерительных декад, переключатель пределов измерения, через который регулируемый -источник тока соединен с образцовой мерой ЭДС и другой выход которого соединен с измерительными декадами, устройства установки рабочего тока и расщирения пределов измерения, введены носледовательно соединенные усилитель рассогласования и указатель неравновесия, измерительные декады выполнены в виде вихревых многовитковых термопреобразователей, электрические нагреватели которых соединены между собой, а образцовая мера ЭДС и устройства установки рабочего тока и расширения пределов измерения выполнены в виде единой многозначной радиоктивной меры ЭДС, имеющей четыре токовых входа и дифферегщиальный выход ЭДС, подключенный ко входу усилителя рассогласования, выход указателя неравновесия соединен с управляюн1,им входом регулируемого источника тока.

Принципиальная схема компенсатора представлена на чертеже.

Компенсационная часть прибора содержит первую 1, вторую 2, третью 3, четвертую 4, пятую 5 и шестую 6 измерительные декады. Каждая пара соседних измерительных декад, т. е. 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, выполнены соответственно на одном из трех вихревых термопреобразователей 7, 8 и 9. Вихревые термопреобразователи 7, 8 и 9 содержат по два электрических нагревателя 7-1 и 7-2, 8-1 и 8-2, 9-1 и 9-2 соответственно и многовитковую бескол1мутационную анизотропную спираль 7-3, 8-3 и 9-3 с прямоугольной или цилиндрической формой витков. Отводы 7-4, 8-4 и 9-4 от соответствующих витков сниралей 7-3, 8-3 и 9-3 распаяны на коммутационные устройства (декадные переключатели) 10, 11, 12, 13, 14 и 15 и имеют по одиннадцать положений соответственно: 10-0, 10-1,..., 10-10; 11-0, 12-0, 12-1,..., 12-10; 13-0,

11-10;

14-0, 14-1,..., 14-10 и 15-0,

13-1,..., 13-10; 15-1,..., 15-10.

Выход 10-11 коммутационного устройства 10 первой измерительной декады соединен с первым из двух 16 для подключения измеряемого напряжения, второй зажим соединен с одним из входов нульиндикатора 17, второй вход которого сое4

дипен с выходом 15-11 коммутационного устройства 15 шестой измерительной декады. Пагреватели 7-1, 7-2, 8-1, 8-2, 9-1, 9-2 соединены между собой последовательно, 5 однако их соединение может быть и параллельпым, смешанным или комбинированным. Первый 18 или второй 19 токовые выходы измерительных декад подключены к первому 20-1 выходу источник; тока 20 и к

0 первому 21-1 выходу переключателя измерения 21. Выход 11-11 и 12-11,13-11 и 14-11 переключателей 11, 12, 13 и 14 попарно соединены между собой. Образцовая мера ЭДС и устройства установки рабочего тока и расширения пределов измерения выполнены в виде единой многозначной радиоактивной меры ЭДС 22, собранной на четвертом 22-1 вихревом термопреобразователе, содержашем три электрических нагревателя 22-2, 22-3 и 22-4 и радиоизотопный источник тепла 22-5. Многовитковая анизотропная спираль 22-6 радиоактивной меры ЭДС 22 имеет равностороннюю прямоугольную форму витков.

25 Радиоактивный источник тепла 22-5 состоит из герметичного контейнера 22-7, в котором размещен радиоизотоп, например плутоний 238, и сильфона 22-8, герметично сочлененного с контейнером 22-7. Сильфон

30 22-8 жестко закреплен на корпусе 22-9 образцовой меры ЭДС 22 и установлен во внутреннюю полость спирали 22-6 таким образом, что он подогревает первоначально только часть витков ее первой боковой

35 поверхности. Па двух других внутренних поверхностях спирали 22-6, смежных с первой поверхностью, смонтированы первый 22-2 и третий 22-4 электрические нагреватели. Второй 22-3 электрический нагрепа40 тель смоитироваи на внешней стороне четвертой боковой поверхности спирали 22-6. Такое расположение нагревателей в спирали 22-6 вихревого термопреобразователя 22-1 позволяет дифференцированно сравнивать в нем электрические мощности нагревателей, каждого в отдельности или всех вместе, с тепловой мощностью радиоактивного источника тепла 22-5. Остальные поверхности анизотропной спирали 22-6 вихревого термопреобразователя 22-1 термостабнлизированы KopnycoiM 22-9.

Пагреватели 22-2, 22-3 и 22-4 соединены между собой последовательно, а их концы образуют соответственно четыре токовых

55 входа 22-10, 22-11, 22-12, 22-13 меры ЭДС 22. Сопротивления нагревателеП могут быть одинаковыми или разными.

Входы 22-10, 22-11, 22-12, 22-13 меры ЭДС 22 соответственно соединены с первым 21-3, вторым 21-4, третьим 21-5 и четвертым 22-6 входами переключателя пределов измерения 21, второй выход 21-2 которого подключен на второй вход 20-2 регулируемого источника постоянного или пе5 ременного тока 20. От начального 22-14 и ко 1ечного 22-15 liiiTKOH спирали 22-6 сдс. выводы 22-16 и 22-17, образующие дифференциальный выход меры ЭДС 22, который нодключен на вход 23-1-23-2 усилителя рассогласования 23. Выход 23-3 усилителя рассогласования 23 через указатель неравновесия 24 соединен с управляющим входом 20-3 источника тока 20. Внешние поверхности термоиреобразователеп 7, 8 и 9 термостабилизнрованы корнусом-стабилизатором 25 или при необходимости помешены в активный термостат. Ком;1еисатор работает следующим образом. От источиикг) тока 20 через переключател, 21 иода ют на один из входов 22-10 22-13 радиоактивной меры ЭДС 22 рабочий |Ч)к /|,. .Моииюсть, выделяе.мая током /„ в одном или но всех нагревателях 22-2- 22-4, сравнивается с монпюстью радиоакTiiBiifjro источника 22-5. При разности сравниваемых мощностей на выходе ЭДС 22 появляется разностный сигнал :.Е, поступаюн1ий на вход усилителя рассогласования 23, который усиливается до значения AL/ и поступает через указатель неравновесия 24 на управляюнхий вход 20-3 регулируемого источника постоянного или переменного тока 20, воздействуя на его выход 20-1-20-2 до тех пор, пока сравниваемые н мере ЭДС 22 мощности не будут равны, о че.м судят по отсутствиЕО отклонения указателя неравновесия, так как при этом , следовательно, и А . В этот MOvieHT по нагревателям 7-1, 7-2, 8-1, 8-2, 9-1 и 9-2 проходит заданный рабочий ток /р, значение которого опреде.тяется i;i i6pai Hb M при помон н переключателя 21 пределов. измерения компенсатора. Прохождение рабочего тока /р по нагревателям вихревых термопреобразователей 7, 8 или 9 вызывает появление на их выхода х-ьонтагггах декя.дн1: : переключателей 10-15, -- определенных значений термоЭДС |..Т11,-, оиределяем 1х, например, при прямохтольной форме витков спирали 7-3, 8-3 н 9-3 но известно ( ВТП,. :: Г/,Д(Х.ДГ,. Л ,- - число витков спирали; Да,: - анизотропная термо-ЭДС, AT,- - перепад температуры на витках спирали, li.hi.iiii - соответственно длина, высота и толщина витков спиралей 7-3, 8-3, 9-3 вихревых термопреобразователей 7, 8 и 9. Из выражения (1) видно, что значение термо-ЭДС на выходных зажимах 16 компенсатора зависит от количества включен510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ных витков ;V,, т. е. от положения переключателей декад 10-15. Подключив к зажимам 16 источник измеряемого сигнала t/.v, изменением положений нереключателей 10-15 добиваются нулевого показания нуль-индикатора 17 и в то время но показаниям коммутационных устройств отсчитывают значение измеряемого сигнала Ux с учетом выбранного с помощыо переключателя 21 предела измерения. Если невозможно добиться нулевого показания нуль-индикатора 17, то переходят на другой предел измерения и после переходного процесса, т. е. когда указатель неравновееия 24 покажет нулевое отклонение, повторно уравновешивают компенсатор. В случае отклонения рабочего тока /,, от заданного значения, определяемого мощноCTij O радиоактивного источника тепла 22-5 н величиной соиротивле 1ия, вк,пюченного нагревателя 22-2, 22-3 или 22-4 или их соединений, усил ггель рассоппасования 23 воздействует на управляюн ий вход 20-3 источника тока 20 до воестановления прежнего значения /р. Таким образом, в предлагаемом компенсаторе заданный рабочпй ток поддерживается автоматически, что повышает производительность измереннй по сравнению е известными устройствами. Д,1я сохранения высокой временной стабильности рабочего тока в радиоактивной мере ЭДС 22 предусмотрена компенсация потери первоначальной тепловой мощноети за счет перемещения контейнера 22-7 вдоль витков первой боковой поверхности спирали 22-6, происходящего автоматически с помощью сильфона 22-8. При распаде плутония 238 в объем сильфона попадает радпогенный гелий, давление которого обратно пропорционально потере тепловой MOHJHOсти радиоактивного источника тепла 22-5. Давлен е гелия заставляет разжиматься сильфон 22-8, который передвигает контейиер 22-7 вдоль витков первой боковой понерхности спирали 22-6, подогревая со временем все большее количество ее витков. Таким образом достигается авгоматическая стаб лизация выходного сигнала радиоакт 1пной меры ЭДС 22. Кроме того, радиоактивная мера ЭДС 22 одновременно выполняет функции устройств установкн рабочего тока и раеширеН 1Я пределов измерения. Так. например, няличпе всего трех иагревателей в мере ЭДС и четырех ее токовых входов позволяет по, учить 17 пределов измерения компенсатора, причем расширение пределов измерения вверх или вниз осуществляется без потребленмя энергии от источника измеряемого сигнала. При выполнении термопреобразователей 7. 8 и 9 из oпти изиpoвaннoгo анимонида кадмия и соответстг.ующей геометрии анизотропных спиралей верхний предел измерения компенсатора может достигать 10- 100 В.

Следует отметить, что вихревые преобразователи могут быть унифицированными по анизотропной спирали и отличаются только сопротивлением нагревателей.

Предлагаемый компенсатор быть выполнен по любой из известных схем: Фейснера, Диссельхорста, Уманцева и др.

Поскольку в предлагаемом компенсаторе цепь рабочего тока гальванически разделена от цепи ЭДС, то в цепи тока отсутствуют контакты коммутационных устройств, что устраняет ряд дополнительных погрешностей известных компенсаторов и, кроме того, источник может быть как постоянного, так и переменного тока.

Таким образом, предлагаемый компенсатор имеет следуюш,ие преимущества по сравнению с прототипом и аналогами:

имеет широкие пределы измерения (17 пределов), расширение которых осуществляется без потребления энергии от источника измеряемого сигнала;

повышена точность и стабильность показаний;

может питаться от цепи постояпного или переменного тока;

более производителен в эксплуатации - отсутствует необходимость в контроле и установке рабочего тока;

сокращено . количество элементов - отсутствуют замещающие декады, устройство компенсации температурной зависимости нормального элемента и др.

Формула изобретения

Компенсатор постоянного тока, содержащий измерительные декады, состоящие из ряда последовательно соединенных преобразователей тока в ЭДС и устройств коммутации, регулируемый источник тока, один

выход которого соединен с измерительными декадами, последовательно соединенные зажимы для подключения измеряемого напряжения и нуль-индикатор, подключеппые параллельно устройствам коммутации измерительных декад, переключатель пределов измерения, через который регулируемый источник тока соединен с образцовой мерой ЭДС и другой выход которого соединен с измерительными декадами, устройства установки рабочего тока и расширения пределов измерения, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения без

потребления энергии от источника измеряемого напряжения, в него введены последовательно соединенные усилитель рассогласования и указатель неравновесия, измерительные декады выполнены в виде вихревых многовитковых термопреобразователей, электрические нагреватели которых соединены между собой, а образцовая мера ЭДС и устройства установки рабочего тока и расширения пределов измерения выполнены в виде единой многозначной радиоактивной меры ЭДС, имеющей четыре токовых входа и дифференциальный выход ЭДС, подключенный ко входу усилителя рассогласования, выход указателя неравновесия соединен с управляющим входом регулируемого источника тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.«Потенциометр постоянного тока двухряд№ый полуавтоматический с автономной

поверкой Р332 класса, -0,0005. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ЗИП, Краснодар, с. 32.

2.«Поверка электроизмерительных приборов. Сборник инструкций. Из-во Гоекомитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР, М., 1964, с. 122.