Щитовой магнитоэлектрический вольтметр

 

Изобретение относится к области электроприборостроения. Цель - повышение виброустойчивости. Щитовой магнитоэлектрический вольтметр содержит обойму (О) 1, рамку 2 с измерительной обмоткой, шкалу 3 с указателем 4, резистивные элементы (РЭ), ограничители . Цель достигается тем, что каждый из ограничителей выполнен в виде втулок 5, 6, в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 R 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и„

Ж

Рие. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3803943/24-21 (22) 25. 10. 84 (46) 30.01.87. Бюл, Ф 4 (71) Ульяновский политехнический институт (72) Д.М.Белый и В.А.Мишин (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1161883, кл. G 01 R 5/02, 22.11.83.

Электрические измерения./Иод ред.

А.В.Фремке. Л.: Энергия, 1973, с. 64-6?, 105. (54) ЩИТОВОЙ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ВОЛЬТМЕТР (57) Изобретение относится к области электроприборостроения. Цель — повышение виброустойчивости. Щитовой магнитоэлектрический вольтметр содержит обойму (О) 1, рамку 2 с измерительной обмоткой, шкалу 3 с указателем

4, резистивные элементы (РЭ), ограничители. Цель достигается тем, что каждый иэ ограничителей выполнен в виде втулок 5, 6, в!

?870!6 осевом отверстии которых размещены упругие диэлектрические трубки (УДТ) 13, 14, с кольцами 9, 10, закрепленные на 0 l с помощью винтов

15 — 18, установленных в резьбовые регулировочные отверстия 19 — 21, а

РЭ выполнен в виде тензорезисторов

22, 23, напыленных на наружную поверхность каждой из УДТ 13, 14 по двухзаходной спирали, при этом на

УДТ 13 спираль левая, а на УДТ 14

Изобретение относится к электроприборостроению и может быть использовано при проектировании магнитоэлектрических измерительных механизмов, работающих в условиях вибраций и ударов.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости прибора за счет автоматической компенсации погрешности, вызванной воздействием вибрации.

На фиг.! схематично изображен предлагаемый вольтметр; на фиг.2 его электрическая схема; на фиг.3 пример выполнения узла крепления.

Щитовой магнитоэлектрический . вольтметр содержит обойму 1, рамку 2 с измерительной обмоткой, шкалу 3 с указателем 4, упоры в виде соосных втулок 5, 6 и штырьков 7, 8, расположенных на обойме 1 и рамке 2 соответственно и ограничители, выполненные в виде свободно размещенных в осевом отверстии втулок 5 и 6 колец 9 и !О, закрепленных на обойме 1 одним из торцов 11 и 12 через соосную кольцу упругую непроводящую трубку 13 и 14, которая закреплена на обойме 1 с помощью винтов 15 — 18, установленных в резьбовые регулировочные отверстия

19 — 21, выполненные в обойме и в примыкающем к обойме конце трубки (фиг.3) или во втулке и трубке (фиг.1).

Измерительная обмотка рамки 2 соединена последовательно с добавочными сопротивлениями (фиг.1, фиг.2) выполненными в виде тенэорезисторов

22 и 23, напыленных на наружную Goправая. В описании изобретения приведены математические зависимости измеряемых электрических величин.

Вольтметр прост в конструкции и регулировке, характеризуется автономностью, поскольку не требует использования дополнительных источников питания для практически полной компенсации погрешности, возникающей при вфздействии вибраций и ударов.

1 з.п. ф-лы. 3 ил. ковую поверхность каждой из трубок

13, 14 по двухзаходной спирали, имеющей выводы 24 и 25 на контактирующем с обоймой 1 конце трубки 13 или

14 и соединение заходов 26 и 27 на другом конце, причем на трубке 13 со стороны шкалы прибора спираль вы— полнена левой, а на другой трубке

14 — правой, Рамка 2 с растяжками 28 и 29 образуют подвижную систему прибора, расположенную в зазоре магнитной системы 30 прибора.

Щитовой вольтметр работает следующим образом.

Добавочное сопротивление (r +r )

3 дт (фиг.2), подключенное последовательно с измерительной обмоткой (r ), необходимо для расширения предела измерения вольтметра, для увеличения его внутреннего сопротивления, а также для обеспечения воэможности использования при измерении различ25 ных постоянных напряжений U стандартных измерительных механизмов с током полного отклонения I

При воздействии на прибор вибраций либо ударов возникают интенсивные колебания подвижной системы, приводящие к косым соударениям колец

9 и 10 соответственно со штырьками 7 и 8. При этом за счет возникающей при ударах касательной состав35 ляющей силы взаимодействия происходит закручивание подвижной системы и в результате паразитный увод стрелочного указателя 4.

При измерении вольтметром постоянного напряжения U отклонение указа1287016 теля 4, т.е. отсчет по шкале 3, происходит при взгляде н.. прибор (фиг.l) сверху по направлению хода часовой стрелки.

Пусть, например, вибрация либо удар подействовали так, что штырьки

7 и 8 ударяются соответственно о кольца 9 и 10 левой на фиг.l стороной в направлении от нас, т.е. касательная составляющая силы взаимодействия приложена к кольцам 9 и 10 по направлению от нас, а к штырькам

7 и 8 — к нам. При этом закручивание подвижной системы происходит в направлении, противоположном ходу часовой стрелки, т.е. появляется отрицательная погрешность U, и его показание равно U — d U.

Однако в предлагаемом вольтметре данная погрешность автоматически ком в 20 пенсируется. Как уже было сказано, при соударениях к кольцам 9 и 10 прикладываются касательные силы с левой стороны в направлении от нас.

Эти силы вызывают поворот колец 9 и 10, свободно установленных во втулках 5 и б, по часовой стрелке и, следовательно, закручивание в этом же направлении жестко закрепленных на торцах колец упругих трубок 13, 14. -30

Так как тензорезистор 22 нанесен на боковую поверхность верхней трубки

13 по левой спирали (против часовой стрелки), то как видно из фиг.l, при закручивании нижнего торца верхней 35 трубки 13 по часовой стрелке в верхнем конце трубки 13, жестко закрепленном на обойме 1, тензорезистор

22 работает на сжатие..На нижнюю " трубку 14 тензорезистор 23 нанесен 40 по правой спирали (по ходу часовой стрелки), поэтому при закручивании верхнего торца нижней трубки 14 по г часовой стрелке в нижнем торце, жестко закрепленном на обойме 1 (фиг.l, 45

3), тензорезистор 23 также работает на сжатие.

При этом сопротивления обоих тензорезисторов 22 и 23, т.е. добавоч- 50 ные сопротивления r,,r, уменьшаа< 1 а2У ются, следовательно, при той же величине измеряемого напряжения U происходит увеличейие тока I (фиг.2), протекающего через измерительный ме- 55 ханизм, компенсирующий отрицательную погрешность, возникающую при соударениях. При этом знак изменения тока I в измерительном механиз— ме автоматически противоположен знаку погрешности от вибраций. В случае, если от соударений погрешность положительна, добавочное сопротивление увеличивается, а ток Т уменьшается.

Для полной компенсации погрешности необходим переменный, регулируемый коэффициент передачи в одном иэ звеньев. В устройстве возможно изменять жесткость на кручение упругих трубок 13 и 14, подгоняя тем самым, изменение сопротивления тензорезисторов 22 и 23 до необходимой величины, компенсирующей увод от соударений.

Изменение жесткости упругих трубок на кручение достигается изменением их рабочей длины путем различного места крепления трубок к жестко соединенным с обоймой 1 втулкам 5 и 6 или самой обойме !. Такая регулировка обеспечивается установкой винтов 15

18 в различные регулировочные отверстия 19 — 21, расположенные по образующей втулок и трубок напротив друг друга. Чем ближе к обойме расположены винты 15-18, тем больше рабочая длина трубок 13, 14, и, соответственно, меньше их жесткость на кручение при соударениях. Необходимая точная подгонка компенсации увода производится экспериментально, в то время как грубая подгонка компенсирующего изменения тока I должна рассчитываться уже при изготовлении прибора и осуществляться за счет выбора определенных параметров ограничителей:, диаметров штырьков 7, 8 и колец

9, 10, длины и толщины упругих трубок

13 и 14, шага напыления спирали тензорезисторов 22 и 23, выбора их материала и материала трубок. Использование двух согласно включенных добавочных сопротивлений позволяет повысить эффективность компенсации в два раза.

Проводились экспериментальные исследования и расчет конструкции, изготовленной на базе щитового милливольтметра М4248.

Предел измерения U = 27 шВ; I

= 0,5пй; r =го +rz + r> = 540м, Го =

13 OMj rai = г = 20,5 Ом; класс точности К,. = 1,5; m = 0,5-10 кг з масса рамки 2; q » .— угол размаха шкалы 3 (90 ) С,„ = 2,2:10 Н.м— удельный противодействующий момент; б

d = 2.10 м — диаметр штырька 7 или

-э

8; D = 4 10 м — наружные диаметры

1287016

М„„= R d/2, (2) а угол увода

И э.

Таким образом (3) hU =

П макс.

Ч ма кс. или с учетом (1-3) (4)

1 " "Г (8) k AIR

Ы = — — — —-1 (9) и, учитывая (1), шем (2), (5), (8), з апи35 (10) 5 кольца 9. 10 и трубки 13, 14; h

=14 10 м — высота трубки 13, 14.

Погрешность a=3q прибора от увода

6 Б при максимально возможном вибро2 о ускорении 30 м/с и угле с = 30 косого удара штырька 7 о кольцо 9 определяется следующим образом.

Касательная составляющая силы Г, возникающей при соударении, равна

R>s = R sing,=m à-sing,. (1)

При этом уводящий момент М равен смак с! m ° а эдпс!

2(р„ „;С

Вычислим электрические параметры схемы, а также параметры упругих трубок 13 и 14, необходимые для компенсации данной погрешности.

Так как отрицательная погрешность увода (2тпВ от 27 mB) составляет . 7,57., то для полной компенсации ток ? должен увеличиться также на

7,57, т.е. стать равным 0,54 mA.

Так как

Пленочный тенэореэистор 22 был напылен в вакууме, напыление проводилось через маску. В качестве материала для тенэореэистора 22 использовался никель — хроможелеэистый сплав (X: Fe 52; Ni 36; Gz 8), имеющий коэффициент тензочувствительности Ь=З и удельное сопротивление — 1,3 мкОм м !

О

Я р hR/2

k (7) е / где E =Ы/R — относительное иэмене—

Р ние сопротивления;

=!!E/ P — относительная деформа—

1 ция пружины.

Толщина напыленной пленки 10 мкм=

-э -э

=-10 м; ширина — 0,6 !О м, Каждая спираль имеет.по восемь витков, длину 0,1 м и полное сопротивление

20,5 Ом.

Относительное изменение длины пружины примерно равно углу сдвига ее концов, т.е.

Выражая иэ (7) 6 R, получим

С! .k R h m à sina

2 R — — — — — — -- — ——

G -„Т!4/32 (! (1! )4/D4) U макс. о т

r +г +r>

О д, 1".1.К то каждое из r должно уменьшиться на 2 Ом и стать равным 18,5 Ом.

Угол закручивания трубки 13 (или

14) (угол сдвига относительно крепления к обойме 1) под действием момента М равен

Фе. h ((5) бакр, G. д где G — модуль сдвига материала трубки 13;

J — полярный момент инерции се9 чения трубки 13 — равен

J = -2 — — (1 — — „-/, в (в }, 32 D (6)

11 где D — внутренний диаметр трубки 13

Упругая трубка 13 выполнена из резины марки 1847 МРТУ 38-5-1!66-64;

С = 1,2 10 Н/м

Иэ анализа (10) нетрудно заметить. что для приближенной подгонки ком40 пенсации расчетного увода при изготовлении прибора наиболее целесообразно выбирать соответствующие эна1 чения h u D . .Расчет по формуле (10)

-э показывает, что выбор Ь = 14 10 м -э

45 и D = 3 10 м позволяет получить необходимое !1 R, т.е. изменение каждого из r равное 2 Ом. Точная подгонка схемы компенсации, как уже указывалось, осуществляется в собран50 ном приборе точной регулировкой рабочей длины h трубки 13, 14.

Таким образом, предлагаемый вольтметр отличается простотой конструкции и регулировки, а также характе ризуется автономностью, поскольку не требует использования дополнительных источников питания для практиче<— ки голной компенсапии погрешности, 12870 l « .> и ударов.

Формула изобретения

Дие. 2

Составитель С.Р!умилишская

Редактор Н.Слободяник Техред Л.Олейник Корректор E.Сирохман

Заказ 7709/45 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!!3035, Москва, >(-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграФическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 возникающей при воздействии вибраций

1. Щитовой магнитоэлектрическии вольтметр, содержащий обойму, подвижную рамку с измерительной обмоткой, размещенную на растяжках в рабочем зазоре магнитной системы, указатель, шкалу, два ограничителя, расположенных на обойме и два соосных им штырька, расположенных на рамке, а также резистивный элемент, соединенный последовательно с измерительной обмоткой, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, каждый из ограничителей выполнен в виде втулки, в полости которой размещена упругая диэлектрическая трубка с кольцом на внутреннем конце, на наружном конце которой расположен узел крепления, при этом резистивный элемент выполнен в виде двух последовательно соединенных тензорезисторов, каждый из которых выполнен в виде двухзаходной спирали, размещенной на наружной боковой поверхности трубки, причем выводы заходов каждой спирали объединены со стороны колец, на трубке со стороны шкалы спираль выполнена левой, а на другой трубке — правой.

2. Вольтметр по п. l, о т л ич а ю шийся тем, что узел крепления выполнен в виде и пар соосных диаметрально противоположных резьбовых регулировочных отверстий во втулке и трубке, при этом в одной паре отверстий расположены винты.