Электромеханический фазометр Советский патент 1981 года по МПК G01R25/06 

I

Изобретение относится к элекгр(иче- ским измерениям и может быть использовано при необходимости регистрации сдБЧГа фаз электрических колебаний.

Известно электромеханическое устройство, предназначенное для измерения фазовых сдвигов, в котором измерительным механизмом служит логометр соответствующей системы, например электродинамический, ферродинамический и т.д. 1.

Недостатки данного устройства заключаются в сложности конструкции, наличии принципиально неустранимых погрешностей (например, наличие погрешностей, вызванных появлением добавочных вращающих моментов), а также частотнозависимых погрешностей. Кроме того, устройство работает в ограниченном частотном диапазоне.

Известен также фазометр, состоящийиз двух пар неподвижных измерительных электродов, выполненных с виде секторов цилиндра, охватывающих подвижный электрод, на которые подается одно из

сравниваемых напряжений со сдвигом, обеспечивающим, создание вращающегося электрического поля внутри цилиндра, и два других измерительных электрода, размещенных внизу и сверху подвижной системы, к .которым подводится второе сравниваемое напряжение JНедостатками известного устройства являются техническая сложнбсть (так как электроды выполнены в виде секторов цилиндра, а подвижный электрод имеет сложную, Z -образную в сечении форму, наличие подвески-растяжки, что делает прибор невиброустойчивым и менее точным), ограниченность частотного диапазона.

Цель изобретения - расширение его частотного диапазона измерения вплоть до СВЧ-области и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее два измерительных электрода с расположенным между ними третьим электродом. введены два преобрасзователя входных сигналов в механические колебания измерительных электродов той же часготы и регистрирующий прибор, подключенньй к измерительным электродам, а третий электрод выполнен на основе электрета. На фиг. 1 представлена структурная схема злектромеханического фазометраJ на фиг. 2 представлена зависимость напряжения регисфирующего прибора фазометра от величины угла сдвига фаз Ч . Настоящий фазометр состоит из двух преобразователей 1 и 2 электричесих ко лебаний в механические колебания измерительных электродов той же частоты, двух подвижных измерительных электродов 3,4 механически или акустически связанных с преобразователями 1 и 2 соответственно, неподвижного электрода 5, выпопненногб на основе электрета и измерительного прибора 6. Все электроды выполнены в виде пластин. В качестве преобразователей электричесих колебаний в механические могут быть исполь зованы, например, пьезоэлектрические преобразователи, работающие в диапазону частот вплоть до 1 Гц при подаче на входы синусоидальных напряжений 0 и ()п одной и той же частоты, но имеющих сдвиг по фазе, равный Ч в преобразователях 1 и 2 возникают механические колебания той же частоты, которые обеспечивают колебания с одинаковой амплитудой и сдвигом измерительных электродов 3 и 4, Индуцированные заряды на электродах 3 и 4 в процессе колебаний изменяются по величине, что обуслав ливает появление в цепи наведенных токо И на которые суммируются во времени на общей нагрузке, и их среднее значение, пропорциональное измеряекюй величине f , регистрируется прибором 6 Рассмотрим случай, {согда электроды 3 и 4 движутся по гармоническому зако ну относнтельно электрода 5 по нормали к его плоским поверхностям 4-®) и (/j частотой М0. На плоских поверхностях электрода 5 свыполненного на основе эле ктрета, находятся заряды разных знаков с плотностью ч-бЦ и-Ч , Ток 1ц,, наводимый в движущемся электроде у заряженной поверхности электрета с поверх ностной плотностью заряда (у , находит фся из вьфажения . :.frrfdi.3ii,ai...3e. дДау- 3t dL 3t as at ae at ii.M.,j:i.36cp dt at decp э-t at 7 S - площадь электрода; Ч - единичный потенциал в плоскости заряда-электрета, ) - траектория движения, толщина, диэлектрическая проницаемость электрета; Дср смещение электрода и диэлектрическая проницаемость среды. В наших условиях: 3L Э6 .Э&ср ЭЧ € - 3t эГ--эТ-- , а ток определяется скоростью смешения электрода 96 / Э-fe Ф Of --:№ at 3t При колебании электрода 3 по гармоническому закону + d s-inujt, скорость его смещения находится ражен ия эе -,, COSUD-b Изменение фиктивного потенциала 4 и Ч в ппоскости зарядов+(3 и ( с нарправлении линии движения электрода С найдется из: . ) ae (uit+d +di+e)Гок в-электроде Иц, RBeH сумме наведенных токовД ; и 1 цV эт зарядов Н-1 в плоскостях электрета и -I -i f-lv используя соотношения (4 к 5) для вычисления наведенных то-i и по (3) суммарный . ш ток/|ц найдется как Sid-,u ,Г .2 CcoSUUi откуда видно, что величина наведенного тока пропс здиональна площади электрода Si , величине смещения Ad и частоте, олебаний электродов (jy . Рассуждая аналогичным образом, найдем ток, наводимьй в электроде 5, если

57986

его колебания имеют сдвиг по фазе У относительно первого 3, т.е. Г 6(, 1 Н2 Г 6(d.,i-d L (l-liaigCt) COS((i,t+H) Общий ток I протекающий через сопроТивпениеR нагрузки 6, равен с ме токов, наводимых в каждом из эл родов при 52-S j л dz лв i Su-duJ 1 -1..-1 H H ч г t()1 , Icoscwi-K v6 - 4° «-t 4)i При равенстве зазоров d - d d вы жение (9) несколько упрощается; iV-Ku;| G,.«,tр2-т()05( Если Сх - ()2. - О , то (1О) приме i -Kuj0|co9(ju-t-co5(u)t-+4; -kUили (11) примет следующий вид i -- (t}(5 2 eiKi Sin (cjut ). Откуда видно, что величина тока в наг ке 6 - есть функция фазового сдвига между колебаниями электродов. Среднее значение тока за полпери колебания от- до j найдется из Vp-f- J Г -1С|2-COS Cuyt-«-v)uud-t ,

24

проведем замену переменной dt у-- , тогда (13) примет вид , f г да. 51ИЛ -smdC+M)/ L -itiiz-iifi j M(1-ci.S4V.,f 8 S а э -sin -J--( 1.. откуда угол сдвига фаз равен f 20i-csihV-i cp/ o где: K.Q - постоянная величина для преобразователя и независящая от частоты. Из вьфажения {16) следует, что значение суммарного тока нагрузки не зависит от частоты измеряемых электрических колебаний. Таким образом, погрешность измерения будет определяться только погрешностью вторичной измерительной аппаратуры (например, измерителем феднего т ежа нагрузки), в отличие от известных типов электромеханических фаз омет- ров, где частотная погрешность.присутствует принципиально даже для узкого рабочего диапазона частот. Построенный по схеме (фиг. 1) фазометр имеет выходную характеристику ; представленную на фиг. 2. Следует отлютйть простоту и технологичность койструкдии. При современном уровне произ6одст1за стоимость пленочных электретов не превышает единицы или доли рублей. Формула изобретения Электромеханический фазометр, содержащий два измерительных электрода, с расположенным между ними третьим электродом, о г л и ч а ю щ и и с я тем, что, с цепью повышения точности и расширения частотного диапазона, в него

введены два преобразоватепя входных снгналов в механические ксхпебания измерительных электродов той же частоты и регистрирующий прибор, подключенньй к измерительным электродам, а третий эле ктрод выполнен на основе электрета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Галахова О. П. и др. Основы фазометрии. Л., Энергия, 1976, с. 80-86.

2.Авторское свидетельство СССР NO 127746, кл. С 01 Р 5/34, 1959.

Зо

1

СМ

Ad

2

-О