Аналоговый электроизмерительный прибор Советский патент 1983 года по МПК G01R19/00 

(.54) АНАЛОГОВЫЙ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряжения и тока. Известен электроизмерительный прибор, содержащий входные зажимы, параллельно которым подключены резистивные делители напряжения, тран зисторы, переходы база-эмиттер кото рых связаны с.источником опорного напряжения и раздельно подключены к выходам делителей, и электролюминисцснтные ячейки, включенные в цепи коллекторов транзисторов Х Недостатком известного электроизмерительного прибора является его сложность и недостаточная точность измеренийпри ограниченном 1 оличест ве каналов с электролюминисценхными ячейками. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ана логовый электроизмерительный прибор содержащий две плоские диэлектрические пластины, расположенные по отношению яруг к другу клинообразно с линейно изменяющимся зазором вдол шкалы прибора, два плоских прозрачных электрода, нанесенных на внутренние поверхности пластин, присоед ненные к входу прибора, и вещество, обладающее электрооптическим эффектом с нелинейной характеристикой, заполняющее зазор между электродами 2. Однако известный аналоговый электроизмерительный прибор имеет- недостаточную точность, обусловленную линейным характером изменения зазора между электродами и влиянием механических воздействий, и недостаточную чувствительность, связанную с конечным значением пороговой напряженности электрического поля, необходимой для возбуждения электрооптического эффекта. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности аналогового , электроизмерительного--прибора. Поставленная цель достигается тем, что в аналоговом электроизмерительном приборе, содержащем прозрачную диэлектрическую пластину, два электрода, расположенные один относительно другого с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора, один из которых закреплен на пластине, и вещество, обладающее электрооптическим эффектом с нелинейной характеристикой, заполняющее зазор между электродами, второй электрод закреп лен на той же диэлектрической пласт не, электроды размещены с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора по экспоненциальному закону, и дополнительно введен усилитель, вход которого присоединен к входу прибора, а выход связан с указанными электро дами. Отношение величины зазора меж ду электродами в конце шкалы прибор к величине зазора в начале шкалы ус танавливают в пределах 2,5-5. Усилитель может быть выполнен с линейной характеристикой, а также а тилогарифмирующим. На фиг. 1 изображена блок-схема прибора, на фиг. 2 - расположение электродов на диэлектрической пласти не, на фиг. 3 - шкала прибора, разрез, на фиг. 4 - кривые максимальной приведенной погрешности известного (а) и предлагаемого б ; приборо и относительного выигрыша К в точнос ти (} в зависимости от значения от ношения величин зазоров между элект родами в конце и начале шкалы прибора. I Электроизмерительный прибор содер жит (фиг. 1) входной усилитель 1 и собственно аналоговый измерительный прибор 2, включающий прозрачную диэлектрическую пластину 3 (фиг. 2,3) на которой закреплены два электрода и 5 с зазором 6 по отношению друг к другу, который заполнен веществом 7 (фиг. 3), обладающим электрооптическим эффектом. Зазор б между элект родами 4 и 5 от значения Ьц, соответствующего началу шкалы прибора, до значения Ь | в конце шкалы изменяется по экспоненциальному закону, что достигается соответствующей формой электродов 4 и 5. Электроды 4 и 5 раздельно подключены к выходным зажимам усилителя 1, на вход которого подается измеряемая электрическая величина. Отношение величины зазора б между электродами 4 и 5 в конце и начале шкалы прибора наиболее целесообразно установить в пределах 2,5 - 5, что обеспечивает существенное повышение точности прибора и исключает возможность электрического пробоя между электродами 4 и 5. Усилитель 1 повышает .чувствит тельность прибора и одновременно служит для получения требуемой шкалы прибора. При этом для получения логарифмической шкалы прибора в качестве усилителя 1 используют усилитель с линейной характеристикой, а для получения линейной шкалы - антилогарифмический усилитель. Прибор работает следующим образом. Измеряемое напряжение {/л щПодается на вход усилителя 1, а с его выхода прикладывается между электродами 4 и 5. При этом напряжения, приложенные к различным участкам вещества 7, обладающего электрооптическим эффектом, - жидкого кристалла, заполняющее зазор 6, оказываются одинаковыми, так как разность потенциалов между электродами 4 и 5, определяемая выходным напряжением усилителя 1, постоянна по длине шкалы прибора. Однако вследствие изменения величины зазора б между электродами 4 и 5 изменяется и толщина жидкокристаллического слоя между электродами 4 и 5, поэтому напряженность электрического поля в слое жидкого кристалла 7 по длине шкалы изменяется. При любой величине измеряемого напряжения напряженность электрического поля в слое жидкого кристалла 7 в начале шкалы прибора больше, чем в конце шкалы величина зазора 6 между электродами 4 и 5 увеличивается в направлении от начала к концу шкалы . При достаточно большой величине измеряемого напряжения напряженность электрического поля в слое жидкого кристалла 7 достигает пороговой. При этом вся шкала прибора разделяется на две части, в одной из которых напряженность электрического поля больш, а в другой - меньше пороговой. На границе между указанными частями напряженность электрического поля равна пороговой,т.е.она соответствует переходу жидкого кристалла из невозбужденного состояния в возбужденное. При изменении измеряемого напряжения изменяется и распределение напряженности электрического поля, вследствие чего происходит перемещение границы возбуждения и изменяется длина возбужденной части шкалы прибора. Если бы электрооптический эффект имел идеальную характеристику, то переход жидкого кристалла 7 из невозбужденного состояния в возбужденное происходил бы точно при напряженности Е электрического поля, равной пороговой Е Е. В этом случае граница возбуждения жидкого кристалла 7, определяющая показания прибора, была бы резкой. Однако изза конечного значения абсолютной ширины порога АЕп возбуждения электрооптического эффекта, граница возбуждения жидкого кристалла размывается, что приводит к погрешности отсчета показаний прибора. Ее величина определяется с одной стороны параметрами электрооптической характеристики используемого эффекта в жидком кристалле, а с другой стороны конструкцией прибора, и в частности, характером изменения величины зазора 6 между электродами по длине шкалы. Изменение величины зазора 6 межд электродами 4 и 5 по длине I шкалы в предложенном приборе описывается выражением Ьй , где Ь,b - величины зазоров между электродами в начале и конце шкалы прибора соответственно, 1д - полная длина шкалы прибо ра. Распределение напряженности Egfe электрического поля в слое жидкого кристалла по длине межэлектродного зазора при этом приобретает следую щий вид .1. Ьь ЕДе) TDij с - некоторая постоянная, оп ределяется физическими свойствами используемого жидкого кристалла, а ширина и зоны размытия границ возбужденля жидкого кристалла 7 опр деляется как При этом максимальная величина приведенной погрешности отсчета пре лагаемого прибора равна (кривая б, фиг. 4) FRBcL--- коэффициент, характериt зующий степень нелинейности электрооптической характеристики эффекта в используемом жидком крис талле , а относительный выигрыш К( кривая фиг. 4 } в точности при использовании зазора 6 между электродами 4 и 5, изменяющегося вдоль шкалы приб ра по экспоненциальному закону, по сравнению с известным прибором с ли нейно изменяющимся зазорсяи равен ,-.,.|Ъ,еъ.,Ьи, о ПК1Х Уц.|13нгдесГ, o/L- -максимальная вели к/Ьн- чина приведенной погрешности изве ного прибора с л нейно изменяющим зазором между эл тродами . Из этого выражения следует, что величина относительного выигрыша К в точности не зависит от параметров используемого жидкого кристалла, а определяется характером изменения зазора б между электродами 4 и 5 вдоль шкалы прибора и отношением Ь,,/Ьц величины зазора в конце и начале шкалы прибора. Величина относительного выигрыша К в точности растет с увеличением отношения Ь)(/Ьц, однако, при этом возрастают- электрические перегрузки действующие на слой жидкого кристалла, особенно опасные в начале шкалы,поэтому в целях обеспечения надежности работы целесообразно ограничить .величину указанного отношения сверху до 5. При этом относительный выигрыш в точности достигает 200% (кривая Ь, фиг. 4). Уменьшение величины отношения снижает величину относительного выигрыша К в точности, поэтому для Обеспечения достаточно высокой точности прибора целесообразно ограничить величину отношения снизу до 2,5. Относительный выигрыш в точности при этом достигает 50% (кривая Ь, фиг. 4). Предлагаемый прибор обладает рядом дополнительных достоинств. Так, расположение обоих электродов в одной плоскости на поверхности диэлектрической пластины повышает механическую жесткость конструкции, что ис-, ключает возможность изменения зазора между электродами под влиянием внешних ударных и вибрационных воздействий, снижающих точность прибора. Одновременно упрощается технология изготовления прибора, так как электроды могут наноситься на поверхность диэлектрической пластины, например фотолитографическим способом, позволяющим вьщерживать размеры зазора между электродами с высокой точностью., Кроме того, предложенная форма зазора между электродами, кроме повышения точности, позволяет также улучшить эргономические характеристики прибора, так как при этом величина абсолютной погрешности отсчета, т.е. ширина зоны размытия постоянна по длине шкалы. Использование прибора позволяет повысить точность и.змерений, особенно в условиях высокого уровня внешних механических ударных и вибрационных воздействий, причем прибор может иметь как логарифмическую, так и линейную шкалу. Формула изобретения 1. Аналоговый электроизмерительный прибор, содержащий прозрачную диэлектрическую пластину, два электрода, расположенные один относительно другого с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора, один из которых закреплен на пластине, и вещество , обладающее электрооптическим эффектом с нелинейной характеристик кой, заполняющее зазор между электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, второй электрод закреплен на той же диэлектрической пластине, электроды размещены с зазором, изменяющимся вдоль шкалы прибора по экспоненциальному закону, и дополнительно введен усилитель, вход которого присоединен к входу прибора, а выход связан с указанными электродами.

чины зазора между электродами в конце шкалы к величине зазора в начале шкалы устанавливают в пределах 2,5-5.

0 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

437973, кл. G01R 19/00, 28.07.72

и Др.) .(Отчет) СПИ. 126.291, ВНИИЭП, Л., 1974, с. 175 (прототип).

/L

111111111ПЛ1111Ш11ВШ Ш

/, // // // у/ ///,,/,// // // //,

я«гд,%

ФигЛ