Входное устройство электрометра Советский патент 1981 года по МПК G01R1/00 

(54) ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМЕТРА

1

I Изобретение относится к измерению малых постоянных токов и напряжений постоянного тока от источников с большим внутренним сопротивлением и предназначено для использования в электрометрах предельной чувствительности .

Известны входные устройства электрометров , содержащие динамический конденсатор, входной изолятор, входной электрод с охранным кольцом, электромагниты с толкателем и контактную систему 1.

Однако такие устройства позволяют достичь чувствительности по току на уровне 10 -10 А, что уже не отвечает возросшим требованиям к современной измерительной технике. Кроме того, указанные устройства по своей конструкции характеризуются значительной трудоемкостью при изготовлении и выполнении работ по настройке и регулировке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является входное устройство электрсалетра, содержащее цилиндрический каркас с расположенным внутри него лин 1мическим конденсатором, входным- изолятором и входным электродом с охранным

кольцом, электромагниты с толкателями и контакты 2.,

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности контактной системы , значительный уровень внутренних шумов, ограничивающих чувствительность как по току, так и напряжению, и сложность регулировки растворов контактов.

Данное устройство может быть использовано в качестве измерителей сил малого тока, в которых для количественной оценки измеряемого тока используется только метод пещения напряжения на известном измерительном резисторе. Для этой цели в нем используются резисторы различного номинального значения по сопротивлению, жестко закрепленные в продольных пазах, выполненных по наружной поверхности каркаса. В зависимости от требуемого диапазона измерения необходимый резистор подключается в цепь измерения с помощью контактной пары, образованной жесткими выводами резистора и входного электрода. Контактная пара закыкается при подаче напряжения на электромагниты, . жестко закрепленные, в продольных ци

линдрических пазах, выполненных на наружной поверхности каркаса. Такое выполнение самой контактной сиCTei iH входного устройства электро-: метра обладает рядом недостатков. ,

Во-первых, контактная система устройства по исполнению конструкции является рассредоточенной, т.е. контакты, образующие контактную пару расположены на различных элементах конструкции устройства: один на резисторе, а второй на входном электроде. Такое выполнение конструкции контактной системы не позволяет выпол нить установку необходимого раствора, контактов, который обеспечивал бы надежное замыкание контактов в процессе эксплуатации устройства. Нужный раствор контактов устанавливается только после окончательной сборки устройства либо путем опускания или поднятия резистора с жестко закрепленным контактом, что, в свою очередь, вызывает необходимость изменения установки по высоте электромагнитов , либо путем подгибки контактов. Поскольку входное устройство электрометра относится к разряду прецизионных устройств, требующих наличия высокой степени чистоты внутри рабочего объема, то дополнительная механическая регулировка контактной системы, может служить, как это часто случается на практике, причиной загрязнения входных устройств (ворсинки и другие инородные тела). Одновременно выполнение такой регулировки требует высокой квалификации исполнителя и накладывает жесткие требования на технологический процесс сборки устройства и на чистоту инструментов, применяемых при выполнении самого технологического процесса сборки и регулировк

Во-вторых, входное устройство обеспечивает измерение малых сил постоянного тока только методом падения напряжения на высокоомном резисторе. Реализацию же второго, более чувствительного и точного метода измерения малых сил постоянного тока - метода интегрирования с помощью высококачественного высокоомного конденсатора - входное устройство обеспечить не может. Невозможность реализации указанного метода заключается в тетл, что существукяцая ксиибинация контактов в контактной системе .oro устройства не позволяет выполнить коммутацию, необходимую для регшизации второго метода измерения малых сил постоянного тока, даже если в конструкцию входного устройства ввести высокоомный конденсатор, того, недостатком известного входного устройства, является наличие собственных, аддитивных помех которые ограничивают предельные возможиости электродов, использующих

указанные входные устройства, что снижает чувствительность устройства.

Цепь изобретения - расширение Функциональных возможностей входного устройства электрс 1етра(. и упрощение технологического процесса регулировки.

Поставленная цель достигается теМ Что во входном устройстве электромет ра, содержащем цилиндрический каркас с расположенным внутри него динамическим конденсатором, входным изолятором и входным электродом с охранным кольцом, электромагниты с толкателями и контакты, цилиндрический каркас выполнен сборным и содержит минимум два диска, разъемно соединенных по меньшему диаметру и устаноленных с возможностью фиксации относительно друг друга, первый диск выполнен с отверстиями, геометрические оси которых параллельны, а контакты с заранее установленным раствором, жестко закреплены в упомянутых отверстиях первого диска со стороны толкателей электромагнитов, при этом входной изолятор с входным электродом и охранным кольцом установлены в центре первого диска, а электромагниты с толкателями - во втором диске.

Кроме того, все металлические поверхности деталей и сборочных единиц, входящих в конструкцию, приведены к идентичной поверхности путем гальванического покрытия, в качестве которого использован, например, никель.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса 1, каркаса 2, одновременно выполняющего роль экрана для динамического конденсатора 3 с конденсатором 4 и несущей конструкции, на которой закрепляется диск 5 с электромагнитами 6 и толкателями 7. В верхней части каркаса 2 устанавливается второй дидк 8 с закрештенными в изоляторах 9 контактами 10. Диск 8 механически жестко связан с диске 5 с помощью винтов 11. В центре диска 8 установлены охранное кольцо 12 с выводом, входной изолятор 13, в котором жестко закреплен входной электрод 14. На нижнем конце электрода 14 установлен неподвижный контакт 15, на котором установлен разделительный резистор 16. Один конец разделительного резистора 16 имеет гальваническую связь с неподвижным контактом 15, а второй конец заканчивается упругим элементом - контактом 17. Динамический конденсатор 3 со своей нижней частью закрепляется с помсяцью накладной гайки 18. Для подключения входного устройства используются стеклянные изоляторы 19 с выводами, закрепленные в основании каркаса 2. Подключение динамического конденсатора 3 осуществляется с помощью выводов 20. Устройство работает следующим образом. Измеряемый сигнал подается на входной электрод 14. При подаче питания на обмотки электромагнитов 6 последние возбуждаются и притягивают толкатели 7 к своим якорям . в резуль тате этого происходит замыкание определенных контактов и измеряемый сигнош подается на пластины динамического конденсатора 3. При условии что динамический конденсатор возбужден и эаряд на пластинах динамическо го конденсатора за период колебаний пластин остается постоянным, то осуществляется модуляция сигнала, зарядившего емкость, образованную пластинами динамического конденсатора. Переменное напряжение, снимаемое с динамического конденсатора, через разделительные емкости подается на вход буферного каскада (не показано В зависимости от вида и рода измеряемого сигналов коммутационная система обеспечивает функционирование вхо ного устройства в следующих режимах В режиме измерения постоянного то ка осуществляется замыкание определенных контактов, в результате чего ко входному электроду 14 подключается конденсатор 4, емкость которого заряжается измеряемым током, подвижные пластины динамического конденсатора 3 и охранное кольцо 12 соединяются с корпусом 1. Переход с одного предела измерения на другой осуществляется путем изменения коэффициента деления, делителя (не показан) за счет замыкания контактов в определенной последовательности. В режиме измерения напряжения под вижные пластины динамического конденсатора 3 и охранное кольцо 12 отключаются от диска 8 и через определенные контакты подключаются к делителю. Переход к нужному диапазону измерения осуществляется так же как и в первом случае. Все металлические поверхности деталей и сборочных единиц, входящих в конструкцию, приведены к идентичной металлической поверхности путем гальванического покрытия, в качестве которого использован, например, никель. Таким образом, предлагаемое конструктивное исполнение устройства :пЪзволяет реализовать метод измёре-. мия малых сил тока и малых напряжений от высокоомных источников сигнала, осиоваиный на интегрировании измеряемого сигнала на известной ем,кости, который в настоящее время является наиболее чувствительным и точным методом измерения в технике :электрометрии. Кроме того, техноло-. гический метод приведения tecex металлических поверхностей узлов и де- талей,входящих в конструкцию предлагаемого входного устройства,к .одной идентичной, позволяет значительно уменьшить уровень собственных аддитивных помех конструкции. Все это в совокупности позволяет создать входное устройство электрометра, обладающего высокими выходными характеристиками: уровень тока, генерируемого изоляторами, равен ±4 .10-А от пика до пика, уровень шума по напряжению равен 10 В от пика до пика, количество d-выбросов, обусловленных радиоактивной загрязненностью конструкции, составляет не более двух в течение часа непрерывной работы. Наличие такого входного устройства позволяет создать первый отечественный цифровой микровольтметр-электрометр, обладающий чувствительностью по току, превышгцощей в настоящее время все йэвестные отечественные и зарубежные приборы аналогичного класса. Формула изобретения 1.Входное устройство электрометра, содержащее цилиндрический каркас с расположенным внутри него динамическим конденсатором, входным изолятором и входным электродом с охранным кольцом, электромагниты с толкателями и контакты,о тличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и упрснцения технологического процесса регулировки , цилиндрический каркас выполнен сборным и содержит минимум два диска, разъемно соединенных по меньшему диаметру и установленных с возможностью фиксации относительно друг друга , первый диск выполнен с отверстиями, геометрические оси которых параллельны, а контакты, с заранее установленньм раствором, жестко закреплены в упетвянутых отверстиях первого диска со стороны толкателей электромагнитов, при этом входной изолятор со входным электродом и охранным кольцом установлены в центре первого диска, а электрсжагниты с толкателями - во втором диске. 2.Входное устройство по п. 1, отличаюадеес я тем что, с целью повьвиения чувствительности, все металлические поверхности деталей и сборочных единиц, входящих в конструкцию, приведены к идентичной метсшлической поверхности путем гальванического покрытия, в качестве которого использован, например никель. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Илюкович A.M..Техника электрометрии. М., Энергия , 1976,0.34. 2.Авторское свидетельство СССР 614386, кл. G 01 R 1/00, 14.03.78. (прототип).