Устройство для индикации фазового сдвига 90 @

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ ФАЗОВОГО СДВИГА 90°, содержащее электростатический преобразователь, электромеханический измерительный механизм постоянного тока, подвижная часть которого укреплена на одной оси с подвижной частью электростатического , преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей , в него введены два усилителя переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления, трансформатор напряжения, измерительный резистор переменного тока, перекЛюч-атель , блок перобразования угла поворота в напряжение, усилитель постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к первому входу устройства, крайние вьшоды вторичной обмотки трансформатора через усилители переменного тока с peVynnpyeMbiMH коэффициентами усиления соединены с неподвижными электродами электростатического преобразователя , средний вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с подвижным. KOHtaKTOM переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым потенциальным выводом измерительного резистора переменного тока, а второй - с вторым вхо (Л дом устройства, токовые выводы измерис тельного резистора переменного тока соединены с третьим входом устройства , ось вращения подвижной части электростатического преобразователя оптически соединена с входом блока преобразования угла поворота в напряМ 1 жение, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, выход sl которого соединен с электромеханичесо ким измерительным механизмом постоянного тока и выходом устройства, второй потенциальных вывод измерительного резистора переменного тока, одна из клемм второго входа устройства, низкопотенциальные входы усилйтёпёЙ; переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления и подвижный электрод электростатического преобразователя соединены с общей шиной.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! 1) (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3692741/24-21 (22) 13.01.84 (46) 07.09.85. Бюл. № 33 (72) M Ñ.Âåêñëåð, С.М.Пигин и M.Â.Ïîïîâ (71) Всесоюзный научно †исследовательский институт электроизмерительны) приборов (53) 621.317.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 127746, кл. G 01 R 5/34, 1963.

Векслер М.С. Измерительные приборы с электростатическими механизмами.

Л.: Энергия, 1974, с. 51.

Трансформаторные измерительные мосты. Под ред. К.Б.Каранедеева. M.:

Энергия, 1970, с. 102.

Авторское свидетельство СССР №- 410332, кл. G 01 R 25/04, 1972. (54) (5/) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДИКАЦИИ

ФАЗОВОГО СДВИГА 90, содержащее электростатический преобразователь, электромеханический измерительный механизм постоянного тока, подвижная часть которого укреплена на одной оси с подвижной частью электростатического преобразователя, о т л и ч а ю щ е-. е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены два усили теля переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления, трансформатор напряжения, измерительный резистор переменного тока, переключатель, блок перобразования угла поворота в напряжение, усилитель постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора напряжения подключена к первому входу yñòðîéñòâà, крайние выводы вторичной обмотки трансформатора через усилители переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления соединены с неподвижными электродами электростатического преобразователя, средний вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с подвижным контактом переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с первым потенциальным выО водом измерительного резистора пере- @ менного тока, а второй — с вторым вхо- дом устройства, токовые выводы измери- Ц ф тельного резистора переменного тока (»" соединены с третьим входом устройства, ось вращения подвижной части электростатического преобразователя оптически соединена с входом блока ВааЬ преобразования угла поворота в напряжение, выход которого соединен с входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с электромеханическим измерительным механизмом постоянного тока и выходом устройства, второй потенциальных вывод измерительного резистора переменного тока, одна из клемм второго входа устройства, низкопотенциальные входы усилитеЛей переменного тока с регулируемыми ко- в эффициентами усиления и подвижный электрод электростатического преобразователя соединены с общей шиной.

1177767

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения индикаторов сдвига фаз между двумя напряжениями и напряжением и током, используемых для проверки и аттестации изме-, рительной мощности и энергии.

Целью изобретения является повышение точности индикации и расширение

1О функциональных возможностей за счет возможности работы с меньшими уровнями входных сигналов и индикации фазового сдвига не только между двумя напряжениями,но также между напряl5 жением и током, а также за счет того, что входные цепи могут иметь общую шину °

На фиг. 1 приведена схема предла- ,гаеМогп устройства; на фиг. 2 — схема практической реализации устройства.

Устройство содержит электростатический преобразователь 1 с подвижной частью 2, на одной оси с которой укреплена подвижная часть электромеха25 нического измерительного механизма 3 постоян::ого тока, усилители 4 и 5 переменного тока, с регулируемыми коэффициентами усиления, трансформатор 6 напряжения, измерительный резистор 7 переменного тока, переключатель 8, блок 9 преобразования угла поворота в напряжении, усилитель 10 постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора 6 напряжения подключе-35 на к первому входу 11 устройства, крайние выводы вторичной обмотки трансформатора 6 напряжения через усилители 4 и 5 переменного тока с регулируемыми коэффициентами напряже- 40 ния соединены с неподвижными электродами электростатического преобразователя 1 средний вывод вторичной обмотки трансформатора 6 соединен с подвижным контактом переключателя 8, 45 первый неподвижный контакт которого соединен с первым потенциальным выводом измерительного резистора"7 переменного тока, а второй — с вторым . входом 12 устройства, токовые выводы 50 измерительного резитора 7 переменного така соединены с третьим входом

13 устройства, ось вращения подвижной части 2 электростатического преобразователя 1 оптически соединена 55 с входом блока 9 преобразования угла поворота в напряжение, выход которого соединен с входом усилителя 10 постоянного .тока, выход которого соединен с электромеханическим измерительным механизмом 3 постоянного тока и выходом 14 устройства, второй потенциальный вывод измерительного резистора 7 переменного тока, одна из клемм второго входа 12 устройства, низкопотенциальные входы усилителей

4 и 5 переменного тока с регулируемыми коэффициентами усиления и подвижный электрод 2 электростатического преобразователя 1 соединены с общей шиной. В практической реализации верхний элемент 15 электростатического преобразователя 1 совместно с делителем на резисторах 16 и 17 и источником 18 вспомогательного напряжения образуют электромеханический измерительный механизм 3 постоянного тока.

Четные и нечетные электроды 15 и

19 каждого элемента электростатического преобразователя 1 соединены между собой электрически.

Блок 9 преобразования угла поворота в напряжение состоит из осветительной лампы 20, зеркала 21, укрепленного на подвижной части 2, дифференциального фотосопротивления 22 источника 23 питания.

В качестве усилителя 10 постоянного тока может быть использован операционный усилитель с малым дрейфом нуля, например К544УД2.

Номинальное выходное напряжение усилителей 4 и 5 переменного тока выбирается 50 В . Частотный диапазон. выбирается соответствующим заданному диапазону частот индикатора.

Трансформатор 6 выполнен на пермаллоевом сердечнике с обмоткой с тесной индуктивной связью между обмотками е

Устройство работает следующим образом.

Предварительно, после прогрева устройства, прсизводится операция симметрирования. Для этого га вход трансформатора 6 подается напряжение из измеряемой цепи или вспомогательное переменное напряжение. Изменяя коэффициент усиления усилителя 4 и 5 переменного тока добиваются того чтобы U на выходе 14 равняЭ а ых лось нулю.

Фазовый сдвиг 90 устанавливается между током Т на входе 13 и напряжением U. на входе 11 или между напряжениями U на выходе 11 и U на выз 11777 ходе 12, подключенных с помощью пере.ключателя 8. Напряжение U1 на входе де 11 подается на первичную обмотку

1 трансформатора 6. Напряжение на полуобмотках вторичной обмотки трансформа-5 тора 6 геометрически суммируется с напряжением П,„ на потенциальных зажимах

-измерительного резистора 7 переменного тока или с напряжением U2» на входе 12, причем, изменяя коэффициент 10 трансформации трансформатора 6, добиваются, чтобы напряжение на полуобмотках вторичной обмотки трансформатора б было одного порядка с падением напряжения Ощ или напряжением Б на входе 12. Суммы напряжений усиливаются усилителями 4 и 5 переменного тока, один из которых имеет регулируемый коэффициент усиления, и подается на электростатический преобра->О эователь 1 таким образом, что вращающие моменты, возникающие под действием этих напряжений, вычитаются. Уравнение вращающих моментов электростатического преобразователя имеет вид

Кт

Рассмотрим работу предлагаемого . устройства в соответствии со схемой, приведенной на фиг. 2.

При повороте подвижной части 2 электростатического преобразователя

1 изображение нити лампы 20.перемещается по дифференциальному фотосопротивлению 22. В диагонали моста, образованного фотосопротивлением 22 и источником 23 питания, появляется сигнал, пропорциональный углу поворота подвижной части 2. Усиленный усилителем 10 постоянного тока сигнал

kg К1 . КЧд("ш + Кт" -)

2 2 х Kó (U — К. U„ или после преобразования при

КУ4 К1,2 Ку K1,2

ЬМ2 = 4KU1 Б,„Соя(01,U,), где К и К„,-, коэффициенты преоб разования элементов электростатического преобразователя; 35

К и К вЂ” коэффициенты усиления усилителей 4 и 5 соответственно;

U — падение напряже- 4О ния на измерительном резисторе 7; — коэффициент передачи трансформатора 6; 45 и (0Ä Йш) — угол сдвига фазы между напряжениями U1 и Бщ.

При М= (U1, U ) = 90 аМ = 0.

Если угол между током ?,. на входе Ы

12 (напряжением U, на входе 12) и напряжением U< на вход 11 отличается от 90, то на подвижную часть 2 измерительного преобразователя 1 действует момент, равный разности моментов, 55 под действием которого подвижная часть поворачивается на некоторый угол.

67 4

На выходе блока 9 преобразования угла поворота.в напряжение появляется напряжение, пропорциональное углу поворота. Усиленное усилителем 10 постоянного тока напряжение является выходным сигналом устройства П ы,.

Этот сигнал, поступая на измерительный механизм 3 постоянного тока, служит для создания отриЦательной обратной связи по вращающемуся моменту.

На подвижную часть 2 действует вращающий момент

K1" вых где К вЂ” коэффициент преобразования измерительного механизма 3 постоянного тока.

Момент лМ„ направлен навстречу моменту дМ2 и компенсирует его. Таким образом, Б„,„ пропорционально отклонению фазового сдвига от 90 .

При операции симметрирования путем изменения коэффициента усиления

К усилителя 4 или Ку усилителя 5 переменного тока обеспечивается выполнение условия (1).

Индикация сдвига фаз 90 производится следующим образом.

После включения и прогрева элементов устройства производится симметрирование схемы. Симметрирование схемы производится для выравнивания коэффициентов преобразования согласно выражению (1) после включения устройства в цепь питания, изменения параметров измерительной цепи или перехода на другой предел измерения.

Установление сдвига фаз 90 заклю-ь чается в том, что к устройству подклю чают напряжение U1 на вход 11 и ток

? на вход 13 (напряжение U 2 на вход 12), между которыми необходимо установить фазовый сдвиг 90 . Изменяя сдвиг фаз между U1» и I (напряжением U2 ), устанавливают выходное напряжение устройства равным нулю.

1177767 является выходным сигналом устройства U ы„ на выходе 14. Этот сигнал подается на делитель на резисторах 16 и 17, причем плечи делителя равны, где суммируется с поделенным пополам напряжением U я источника 18 вспомогательного напряжения. При U „„ = О бых к элементам 15 приложены напряжения !

1 вм (! U acn моменты создаваЭ емые элементами 15, уравновешиваются, суммарный момент измерительного механизма постоянного тока d,N О. При

U><,„ g О на подвижную часть 2 действует вращающий момент йИ = 4K ----U

" ace Ых э где К„ — коэффициент преобразования верхнего элемента 15.

Иомент ьИ„ направлен навстречу моменту ЬИ и компенсирует его. Таким образом, Ц, „ пропорционально отклонению фазового сдвига от 90 .

Точность индикации, фазового сдвига в предлагаемом устройстве определяется угловыми погрешностями трансформатора 6, измерительного резистора 7 переменного тока, относительной нестабильностью коэффициента усиления

1Р усилителей 4 и 5 переменного тока, дрейфом нуля усилителя 10 постоянного тока и не зависит от значения постоянной времени входной цепи измерительного механизма, так как его вход шун15 тирован низким выходным сопротивлени ем усилителей переменного тока. Это дает возможность применять устройст.во в цепях, имеющих общую точку. Изменение порядка симметрирования nogp зволяет в два раза уменьшить время индикации и использовать индикатор в системе автоматического регулирования 90 сдвига фазы.

1177767

Составитель В.Быков

Редактор О.Юрковецкая Техред H. сталош

Корректор В.Бутяга

Заказ 5550/46 Тираж 748

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., и. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4