Устройство для измерения постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК G01R19/26 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при проектировании цифровых вольтметров.

Известно устройство для измерения постоянного напряжения, основанное на пространственной модуляции светового луча контролируемым параметром и состоящее из источника света, оптической системы передачи информации и модулятора с уголковым отражателем .

Однако известное устройство предназначено для измерения высоких напряжений и в связи с этим характеризуется значительной сложностью.

Более близким к изобретению является устройство для измерения постоянного напряжения, основанное на преобразовании контролируемого электрического параметра в механическое перемещение и содержащее, в частности, пьезоэлемент и блок регистрации .

Недостаток известного устройства связан с невысокой точностью измерения, поскольку в нем предусматривается фиксация механических перемещений с помощью малостабильного дифференциального струнного преобразователя силы в частоту.

Целью изобретения является повышение точности измерительного процесса.

Для достижения поставленной цели J CTройство для измерения постоянного напряжения, содержащее пьезоэлемент и блок регистрации, снабжено формирователем нарастающего напрял :еиия, нсточником монохроматического света, зеркалом и полупрозрачной зеркальной пластиной, а в блок регистрации введен фотоэлемент, причем формирователь нарастающего напряжения установлен па входе устройства и подключен к двум противоположным граням пьезоэлемента, третья зеркальная грань которого обращена к фотоэлементу, источник монохроматического света и зеркало располо15 жены на оптической оси, иерпендикулярной к оси меладу пьезоэлементом и фотоэлементом, а в месте пересечеппя двух оптических осей под углом в 45° к каждой размещена полупрозрачная зеркальная пла20 стина.

На чертеже представлепа функциональная схема предложенного зстройства.

Измеряемое напряжение нрикладывается между клеммой 1 и шиной нулевого потенциала. В состав лстройства входят формирователь 2 нарастающего напряжения, пьезоэлемент 3, источник 4 монохроматического света, зеркало 5, полупрозрачная зеркальная пластина 6 и блок 7 регистрации с

39 фотоэлементом 8, формирователи 9 импульсов, дифференцирующим элементом 10, диодом 11, двоичным счетчиком 12 нмиульсов. На схеме отмечены также клемма 13 сброса счетчика и выходная клемма 14.

Работа устройства происходит следуюищм образом.

Монохроматический луч света от- источннка 4 делится на д,ва когерентных луча полупрозрачной зеркальной пластиной 6. Первый луч надает на иеиодвижное зеркало 5, отрал ается от него и от нластины 6 и ионадает на вход блока 7 регистрации. Одновременно второй когерентный луч падает на неподвижную зеркальную грань пьезоэлемента 3, отражается от нее п, нройдя через иластпцу 6, ноиадает также на вход блока 7 регистрации. Так как лучи когерентны, то на входе блока 7 будет наблюдаться интерференциальная картнна.

Обозначим через 5 н 52 расстояния, которые проходят нервый и второй лучи соответственно от источника 4 света до входа блока 7 регнстрации. Тогда если 5i-S2 т К, то будет максимум интерфереицин, если

.x,

то будет минимум интерференции (т - целое число, X - длина волиы монохроматнческого света).

Расстояние Sz зависит от величины деформации ньезоэлемента, которая в обн1,е.м случае оиред,еляется но формуле

S ::-d-U,,

где AS - абсолютная величнна деформации;

d - коэффициент, характеризующий обратный иьезоэффект материала;Ux - входное измеряемое постоянное

напряжение.

Очевидно, что движеиие нолос интерференциоипой картииы будет наблюдаться только при изменяющемся входном напряженни (деформации иьезоэлемента), которое затем нреобразуется фотоэлементом 8, формирователем 9 импульсов, диффереицирующим элементом 10 и диодом И в короткне одноиолярные импульсы. Таким образом, нрн нодаче на две нротивоиоложные грани пьезоэлемента 3 входного ностоянного напряжения Ux на вход счетчика 12 будут поступать импульсы в течение нарастання Ьх от нуля до макснмума. - Однако в этом случае крутнзна нарастания ступенчатого входного напряжения и, следовательно, скорость движения полос будут весьма значительными, поэтому блок 8 регистрации с конечным быстродействием не сможет успевать считывать все движущиеся полосы. Это означает, что при подобных условиях устройство будет работать с больщей погрешностью. Для устранения

этого недостатка входное иостояииое наиряжеиие и виачале иодводится к входу формирователя 2 нарастающего иапряжения, который уменьщает крутизну а. ступенчатого входного напряжения при том же максимальиом значеннн 6д.. С выхода фор.мироватсля 2 иреобразованное напряжение подается на две иротнвоположигле грани иьезоэлемента 3.

Количество полученных импульсов, суммирующихся в счетчнке 12, незавнспмо от крутизны а будет для данного замера постоянным. От значения а зависит только частота их следования. Поэто.му крутизиу

а выбирают такой, чтобы время измерения было минимальным, а частота следования пмнульсов выиолнення сонзмернма с быстродействием блока 7 ре истрапии.

Величииа входного нанряження L,v онределяется но формуле

Ь,, п-Ш,

где п - число имнульсов в счетчике;

AL/ - цена одного импульса. Сдвпг нитерфереициоппых полос, достаточный для регнстрации, будет наблюдаться нрп изменении разности расстояний 5i и

л 4

S2 на величииу, равную ПОЭТОМУ

Ш

4d

Точность измерения можно повысить применяя источники света с более короткими, а иьезоматер1галы с больщими.

Ф о р м у л а изобретения

Устройство для измереиня иостоянного иаиряжеиия, содержащее иьезоэлемент н блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью иовыщення точностн, оно снабжено формирователем нарастаюн;его наиряжения, источппком монохроматического света, зеркалом и иолупрозрачиой зеркальиой пластпиой, а в блок регистрации введен фотоэлемент, причем формирователь нарастающего на иряжения установлен на входе устройства н нодключен к двум нротнвоположным граням пьезоэлемента, третья зеркальная грань которого обращена к фотоэлементу, источник моиохроматического света н зеркало расположены на онтической осн, нерпеидикулярной к оси между ньезоэлементом и фотоэлементом, а в месте иерееечения двух оптических осей иод углом в 45° размещепа полупрозрачиая зеркал1 ная нластнна.

Источники информации,

иринятые во внимание ири экснертизе

1.Авторское свидетельство СССР Л 240836, кл. G OIR 15/02, 1966.

2.Авторское свидетельетво СССР № 461382, кл. G 01R 19/26, 1972.

с

1

777/77