Электростатический измерительный прибор Советский патент 1948 года по МПК G01R5/28 

Электростатические вольтметры строятся лишьна напряжения до 13-15 кв. Для измерения напряжения свыше 13-15 кв применяются нормальные приборы, приключаемые к линии при помощи трансформаторов напряжения или делителей (омических или емкостных). Кроме того, применяются абсолютные вольтметры, построенные по типу весов, а также шаровые разрядники. Все эти измерительные установки громоздки и вносят в измерения ошибку, состоящую из суммы ошибок как самого прибора, так и дополнительного устройства.

Для упрощения измерительных установок и повышения точности отсчета требуется портативный прибор с непосредственным отсчетом для включения прямо в линию. Основная причина, препятствующая постройке таких приборов для напряжений свыше 15 кв, заключается в возникновении во время их работы тихого разряда, ионизирующего воздух в междуэлектродном простран :тве и вызывающего искровой разряд.

Известно, что распределение электрического поля между двумя проводниками зависит от их геометрической формы. На всяком выступе образуется сгущение поля и тем большее, чем меньше радиус кривизны выступа. Особенно больщие градиенты поля получаются на острых концах иголок и острых кромках. Построить вольтметр без тонкой пружинки, возвращающей стрелку на нуль, и балансировочных грузов весьма затруднительно. Но именно кромки пружинки и шпильки балансировочных грузов являются первоисточниками тихого разряда.

На фиг. 1 и 2 представлена в двух проекциях схема электростатического вольтметра, снабженного пружиной и балансировочными грузами. Напряжение источника тока 8 подается на неподвижный электрод 7 и через пружинку 5 на подвижный электрод. 2, укрепленный на оси прибора 7, к которой прикреплены стрелка 6 и балансировочные грузы з. Пружинка 5, кроме того, служит для установки стрелки 6 на нуль. Под влиянием приложенного напряжения по191

движный электрод 2, притягиваясь к неподвижному 7, поворачивает стрелку 6 в направлении стрелки Р. Чем выше напряжение, тем на больший угол отклонится стрелка. При напряжениях, не превышаюш;их 15 Кб, прибор работает нормально и ло отклонению стрелки можно судить о величине напряжения источника тока с. При дальнейшем повышении напряжения, как показывает наблюдение за прибором в темноте, все острые кромки электрода 2, пружинки 5 и шпильки балансировочных грузов 3 начинают светиться, прибор начинает издавать характерный шум, появляется запах озона и наступает искровой разряд. Вследствие этого прибор становится непригодным для использования.

Настояш,им изобретением преследуется цель дать средство устранения явления ионизации в электростатических вольтметрах описанного типа при использовании их для измерений высоких напряжений.

Согласно изобретению, с целью предотвраш,ения разряда на острых кромках подвижного электрода, предлагается применять неподвижно установленные кольцевые металлические экраны, охватывающие торцевые части подвижного электрода и электрически соединенные с последним.

На фиг. 3 и 4 показан (в двух проекциях) электростатический вольтметр, аналогичный прибору, изображенному на фиг. 1-2, но снабженный указанными экранами, обозначенными цифрой 4. При использовании таких экранов явления ионизации не возникают, и прибор делается пригодным для измерения напряжений свыше 15 кв.

На фиг. 5 показано распределение поля между электродами 2 и 7 при отсутствии экранов, а на фиг. б - при наличии экранов. Из фиг. 5 видно, что на кромке электрода 2 образуется значительное сгущение поля, которое и вызывает тихий разряд. На фиг. б не видно никаких резких сгущений поля, что подтверждается опытом. Изменяя радиус кривизны экрана 4, можно изменять характер распределения поля примени192

тельно к каждому отдельному случаю.

На фиг. 7 и 8 показан в двух проекциях электростатический вольтметр, построенный на основе использования вышеописанного принципа экранирования.

Прибор размещен в кожухе 77. Исследуемое напряжение к электроду 7 подводится проводником 72 проходного изолятора 13, на котором монтирован электрод 7.

Подвижный электрод 2 монтирован на платах 14 и 75, установленных на опорах 16. Плата 14 снабжается шкалой 77 для отсчета угла отклонения стрелки 6.

При напряжении больше 15 кв весьма резко выявляются силы электростатического воздействия. Поэтому, во избежание паразитных вращающих моментов, низ 18 плат должен иметь форму окружности с центром, совпадающим с осью вращения стрелки 6, а края 19 должны совпадать или быть параллельными радиусам, проведенным через центральную ось вращения стрелки. При 30 кв расстояние между крайними положениями стрелки и краями 79 плат должно быть не менее 25-30 мм.

Подвижный электрод 2 должен иметь форму цилиндра некруглого сечения при полном отсутствии каких-либо острых выступов в направлении его длины, а также должен быть легким, прочным и сохранять свою форму во времени. Профиль его поперечного сечения оказывает влияние на характер шкалы вольтметра. Поэтому он сделан из цельнотянутой алюминиевой трубки диаметром около 20 мм, которой на оправке придана форма согласно чертежу.

Предлагаемый электростатический измерительный прибор имеет следующие преимущества.

1. Применение экранирования подвижной системы электростатических вольтметров дает возможность постройки переносных электроизмерительных приборов для непосредственного включения в линию с напряжением свыше 20 кв, причем ошибка отсчета не превышает 2,5%.

2.Применение экранов дает возможность строить портативные высоковольтные электростатические вольтметры из нормальных деталей, применяемых в электроприборостроении.

3.При непосредственном включении электроизмерительного прибора в линию вся измерительная установка удешевляется, увеличивается точность отсчета и упрощается методика измерений,

4.Для надежной работы электроизмерительного прибора необходимо иметь хороший коэфициент доброкачественности, т. е. отношение вращающего момента к моменту трения, действующих на стрелку прибора, должно быть возможно велико. Применение экранов дает возможность сблизить электроды 2 и 7. А так как электростатические силы изменяются пропорционально квадрату расстояния, то всякое даже небольшое сближение электродов 2 и 7 вы.зывает заметное увеличение коэфициента доброкачественности.

5. В соединении с диодом по нормальным схемам такие вольтметры с успехом измеряют пиковые режимы при высоких напряжениях с нормальной технической точностью.

Предмет изобретения Электростатический измерительный прибор, основанный на взаимном притяжении двух разноименно заряженных подвижного и неподвижного электродов, из которых первый выполнен в виде эксцентрично установленного на оси подвижной системы цилиндра, отличающийс я тем, что с целью предотвращения разряда на острых кромках подвижного электрода при измерении высоких напряжений применены неподвижноустановленные кольцевые металлические экраны 4, охватывающие торцевые части подвижного электрода и электрически соединенные с последним.

-)

8

53 Свод в. г.

193

Фиг. 3

Фиг. 4

T Т

Фиг. 5

линии nojtsi

линии поля

/«-Т гч

..

/J

Фиг. 8

/7