Эталон напряжения Советский патент 1984 года по МПК G05F1/00 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в метрологии и измерительной технике в качестве эталона напряжения и высокоточного измерителя напряжения.

Известны эталоны напряжения l, 2j.

Первый из известных эталонов напряжения ij содержит группу переменного состава из 20 насыщенных нормальных элементов и компаратор для сравнения нормальных элементов.

Абсолютный вольт определяется при аомохци эталона амператоковых весов и эталона ома - эталонной катушки сопротивления. Только совокупность всех этих элементов воспроизводит эталон напряжения.

Такое устройство имеет недостаточную точность воспроизведения единицы вольта, обусловленную нестабильностью электродвижущей силы нормальных элементов.

Второй эталон напряжения 2, являющийся наиболее близким техническим решением к изобретению, содержит регулируемый источник питания, выход которого подключен к входу блока управления, включающего эталонный конденсатор с управляемой емкостью, а выход блока управления соединен с управляемым входом регулируемого источника питания,Недостатком этого устройства является низкая точность поддержания и определения значения напряжения.

Целью изобретения является повышение точности поддержания и определения значения напряжения.

Цель достигается тем, что в эталоне напряжения в блок управления введены измерительный СВЧ генератор с цепью обратной связи, преобразовател частота - напряжение, перестраиваемый СВЧ генератор-, фазовый детектор и усилитель, а эталонный конденсатор с управляемой емкостью образован дилиндрическими поверхностями цилиндрического сверхпроводящего резонатора, сверхпроводящего стакана, внутри которого размещен короткозамкнутый сверхпроводящий соленоид, и сверхпро водящим цилиндром, жестко соединенны с каркасом сверхпроводящего соленойда и цилиндрическим сверхпроводящим .резонатором, причем выход усилителя соединен с выходом блока управления, а вход подключен к выходу фазового детектора, один из входов которого соединен с пepecrpaивaezvIым СВЧ генератором, а другой вход - с выходом измерительного СВЧ генератора, вход которого подключен к преобразователю частота - напряжение, а в цепь обратной связи включен упомянутый цилиндрческий сверхпроводящий резонатор, нижняя торцовая стенка которого образована Дном сверхпроводящего стакана, при этом эталонный конденсатор с управляемой емкостью подключен к входу блока управления.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Эталон напряжения содержит измерительный СВЧ генератор 1, в цепь обратной связи которого вклзочен цилиндрический сверхпроводящий резонатор 2 с нижней торцовой стенкой 3, образованной дном сверхпроводящего стакана 4. К одному из выходов измерительного СВЧ генератора 1 подключе преобразователь частота - напряжение 5. Другой выход измерительного СВЧ генератора 1 и выход перестраиваемого СВЧ генератора б соединен с фазового детектора 7, выход кото рого через усилитель 8 соединен с входными клеммами 9 регулируемого источника питания 10, К выходным клеммам 11 регулируемого источника питания 10 подключен эталонный конденсатор с управляемой емкость р и с емкостным токосъемом. Эталонный конденсатор образован цилиндрическими поверхностями сверхпроводящего резонатора 2, сверхпроводящего стакана 4 и сверхпроводящим цилиндром 12, Свер проводящий цилиндр 12 жестко соединен посредством цилиндрической диэлектрической стойки 13 с каркасом сверхпроводящего короткозамкнутого соленоида 14 и сверхпроводящим резонатором 2 (механическая связь между резонатором 2 и цилиндром 12 не показана) ,

Сверхпроводящий стакан 4 удерживается в подвешенном состоянии стагбильным магнитным полем сверхпроводящего короткозамкнутого соленоида 14, размещенного внутри упомянутого сверхпроводящего стакана 4, Емкостный токосъем эталонного кюнденсатора образован цилиндрической поверхностью сверхпроводящего стакана 4 и сверхпроводящим цилиндром 12. Сверхпроводящий цилиндрический резонатор 2, сверхпроводящий стакан 4, сверхпроводящйй цилиндр 12, соленоид 14, стойка 13 помещены в вакуумированный экран, помещенный в гелиевую ванну (на чертеже не показаны),

Устройство работает следующим образом.

На сверхпроводящий стакан 4 действуют три силы: сила тяжести, подъемная сила короткозамкнутого сверхпроводящего соленоида 14 и сила взаимодействия между пластинами эталонного конденсатора с емкостным токосъемом. Поскольку сила тяжести и подъемная сила соленоида 14 постоянны, то при любых изменениях напряжения регулируемого источника питания 10 изменяется положение торцовой стенки 3 сверхпроводящего резонатора 2, собственная частота которого при этом изменяется.

Частота измерительного СВЧ генератора 1 однозначно связана с положением торцовой стенки 3 сверхпроводящего цилиндрического резонатора 2. На выходе фазового детектора 7 появляется сигнал ошибки, который через усилитель 8 подается на входные клеммы 9 регулируемого источника питания 10. Напряжение регулируемого источника питания 10, приложенное через выходные клеммы И к эталонному конденсатору с емкостным токосъемом, изменяется до тех пор, пока сверхпроводящий стакан 4 не займет первоначального положения. Для изменения напряжения регулируемого источника

питания 10 достаточно изменить час-т тоту перестраиваемого СВЧ генератора 6. Измерение напряжения регулируемого источника питания 10, приложенного к эталонному конденсатору, производится при помощи преобразователя частота - напряжение 5, подключенного к одному из выходов измерительного

генератора 1 и измеряющего его - частоту.

Наиболее очно из всех физических

величин в настоящее время кюжет быть

измерена частота.

Поэтому предлагаемая конструкция

эталона напряжения позволяет повысить

точность определения и поддержания

значения напряжения.

ЭТАЛОН НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий регулируемый источник питания, выход которого подключен к входу блока управления, включающего эталонный конденсатор с управляемой емкостью, а выход блока управления соединен с управляемым входом регулируемого источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности поддержания и определения значения напряжения, в блок управления введены измерительный СВЧ генератор с целью обратной связи, преобразователь частота - напряжение, перестраиваемый СВЧ генератор, фазовый детектор и усилитель, а эталонный конденсатор с управляемой емкостью образован цилиндрическими поверхностями цилиндрического сверхпроводящего резонатора, сверхпроводящего стакана, внутри которого размещен короткозамкнутый сверхпроводящий соленоид, и сверхпроводящим цилиндром, жестко соединенным с каркасом сверхпроводящего соленоида и цилиндрическим сверхпроводящим резонатором, причем выход усилителя соединен с выходом блока управления, а вход подключен к выходу фазового детектора, один из входов которого соединен с перестраиваемым СВЧ генератором, а другой вход - с (Л выходом измерительного СВЧ генератора, вход которого подключен к преобразователю частота - напряжение, а в цепь обратной связи включен упомянутый цилиндрический сверхпроводящий резонатор, нижняя торцовая Стенка которого образована дном сверхпроводящего стакана, при этом эталонный конденсатор с управляемой 00 емкость о подключен к входу блока упte равления , fO 4 ас СП