Электростатический вольтметр
Владельцы патента RU 2307361:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений. Техническим результатом изобретения является повышение точности. Электростатический вольтметр содержит диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент в виде цилиндрического диэлектрика, расположенного на оси, связанной с корпусом и имеющей возможность вращениями, отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, включающее два световода. Подвижный элемент имеет вертикальную ось вращения, которая закреплена к диэлектрическому корпусу, при этом электроды имеют возможность поворота на необходимый угол при помощи винтов-корректоров, расположенных на верхней части электростатического вольтметра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерительным приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений.
Известен измеритель высоких напряжений [АС СССР №1479880, кл. G01R 15/02. Бюл. №18, 1989 г.], содержащий корпус, частично заполненный двухфазным диэлектриком, измерительный сосуд, сообщающийся с полостью корпуса, ультразвуковой измеритель уровня, два электрода, расположенных по обе стороны от границы раздела фаз, при котором нижний электрод выполнен плоским и полностью погружен в жидкую фазу, а верхний электрод с целью повышения точности измерения и линеаризации передаточной характеристики выполнен в виде шара, погруженного в жидкую фазу.
Недостатком такой конструкции является ее сложность.
Известен электростатический вольтметр [Патент РФ №2198409, МКИ 7 G01R 2/28, 15/00, 19/00, 2003 г.], выбранный за прототип, содержащий диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, а электроды расположены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, величина этого угла зависит от материала, из которого выполнен подвижный элемент для обеспечения наибольшего вращающего момента подвижного элемента, в связи с чем электроды имеют возможность поворота на необходимый угол.
Недостатками такой конструкции являются ее низкие функциональные возможности, вызванные горизонтальным расположением оси вращения, отсутствием возможности изменения зазора между электродами и подвижным элементом.
Задачей изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей электростатического вольтметра при сохранении таких преимуществ прототипа, как большой диапазон измеряемых высоких напряжений в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимость, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, измерения в цепях переменного и постоянного тока.
Задача решается посредством электростатического вольтметра, содержащего диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, в котором в отличие от прототипа подвижный элемент имеет вертикальную ось вращения, которая закреплена к диэлектрическому корпусу, электроды имеют возможность поворота на необходимый угол при помощи винтов-корректоров, расположенных на верхней части электростатического вольтметра. Кроме того, электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами с помощью червяка, с которым электроды связаны через направляющие ножки.
При этом для точности показаний электростатический вольтметр содержит магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом с возможностью движения в поле постоянного магнита.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид электростатического вольтметра.
Электростатический вольтметр состоит из диэлектрического корпуса 1, подвижного элемента 2 в виде цилиндрического диэлектрика, выполненного из фибры, расположенного на вертикальной оси 3, которая закреплена с возможностью вращения через опоры на центрах, при этом вертикальная ось 3 с одного конца связана с диэлектрическим корпусом 1 посредством спиральной пружины (на чертеже не показана). Электроды 4 установлены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента 2, теоретически и экспериментально выбранного для фибры равным 50°. Отсчетное устройство состоит из круговой шкалы, нанесенной на торец подвижного элемента 2, световода отсчета 5 с неподвижным указателем и световода подсветки шкалы 6, торец которого освещен светодиодом (не показан). Винты-корректоры 7 соединены с измерительными клеммами 8. Электроды 4 закреплены с возможностью изменения угла наклона относительно нормали к подвижному элементу 2 при помощи винтов-корректоров 7. Электроды 4 закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом 2 и электродами 4 с помощью червяка 9, с которым электроды 4 связаны через направляющие ножки 10 на круглом основании 11. Для затухания колебаний подвижного элемента 2 используется магнитоиндукционный успокоитель 12, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом 2 посредством диска 13, имеющего общую ось с подвижным элементом 2 с возможностью движения в поле постоянного магнита.
Использование в качестве подвижного элемента 2 цилиндрического диэлектрика, расположенного на вертикальной оси 3, закрепленной с возможностью вращения и связанной с одного конца с диэлектрическим корпусом 1 электростатического вольтметра посредством спиральной пружины (на чертеже не показана), позволяет исключить влияние положения электростатического вольтметра в пространстве на точность его показаний и повысить его вибростойкость. При этом спиральная пружина выполняет роль механического элемента сравнения. Указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 2 с электродами 4 обеспечивает необходимый вращающий момент подвижного элемента 2. Установка электродов 4 с возможностью поворота при помощи винтов-корректоров 7 позволяет изменять угол их наклона относительно нормали подвижного элемента 2 и обеспечивать наибольший вращающий момент подвижного элемента 2 в зависимости от материала, из которого он выполнен, что позволяет уменьшить момент инерции подвижного элемента 2, а следовательно, расширить пределы измерений в сторону малых величин, улучшить условия успокоения электростатического вольтметра, а следовательно, повысить его чувствительность и точность. Также возможно изменение зазора между электродами 4 и подвижным элементом 2 при помощи червяка 9, с которым электроды 4 связаны через направляющие ножки 10, что позволяет расширить пределы измерений. При этом зависимость угла наклона электродов 4 от характеристик материала, из которого выполнен подвижный элемент 2, в целях получения его наибольшего вращающего момента носит экспоненциальный характер.
Электростатический вольтметр работает следующим образом.
При подаче на электроды 4 измеряемого сигнала подвижный элемент 2 в виде цилиндрического диэлектрика поворачивается. Направление вращения цилиндрического диэлектрика не зависит от знака измеряемого напряжения. При вращении подвижного элемента 2 спиральная пружина создает противодействующий момент. При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижный элемент 2 останавливается, и по положению неподвижного стрелки-указателя 5 по шкале на торце подвижного элемента 2 определяется измеряемое напряжение. Затухание колебаний подвижного элемента 2 осуществляется при помощи магнитоиндукционного успокоителя 12.
Отсутствие в данной конструкции подвижных частей, надежная связь оси подвижного элемента 2 с диэлектрическим корпусом 1 электростатического вольтметра, установка электродов 4 с возможностью поворота и указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 2 и электродов 4 обеспечивают вибростойкость, независимость показаний электростатического вольтметра от его расположения в пространстве и наибольший вращающий момент подвижного элемента 2, а следовательно, точность электростатического вольтметра. При этом сохраняются большой диапазон измеряемого напряжения в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимости, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, возможность применения для измерений напряжения в цепях постоянного и переменного тока.
1. Электростатический вольтметр, содержащий диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, отличающийся тем, что подвижный элемент имеет вертикальную ось вращения, которая закреплена к диэлектрическому корпусу, электроды имеют возможность поворота на необходимый угол при помощи винтов-корректоров, расположенных на верхней части электростатического вольтметра, и электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами с помощью червяка, с которым электроды связаны через направляющие ножки.
2. Электростатический вольтметр по п.1, отличающийся тем, что для точности показаний содержит магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом с возможностью движения в поле постоянного магнита.
