Электростатический компаратор мощности

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях мощности в широком диапазоне измеряемых напряжений и частот. Технический результат - повышение точности компаратора. Для его достижения компаратор содержит подвижную систему в виде горизонтальной балки по типу весов. По краям балки укреплены подвижные электроды двух бинантных электростатических преобразователей мощности. Элементы крепления балки обеспечивают вращение балки и устойчивость к поперечным колебаниям. Два фотоэлектрических преобразователя подключены таким образом, что выходной сигнал с двух фотоэлектрических преобразователей складывается и усиливается. Равенство мощности на переменном и постоянном токе определяют при помощи нулевого индикатора. Предложенный электростатический компаратор мощности обеспечивает повышение точности измерения мощности в широком диапазоне напряжений и частот. 3 ил.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях в широком диапазоне измеряемой мощности и частот.

Известны электростатические компараторы мощности [Рождественская Т.Б. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности. - М.: Издательство стандартов, 1964, с.36-40, с.82-85, Векслер М.С. Измерительные приборы с электростатическими механизмами. - Л.: Энергия, 1974, с.17-21, с.80-87] разновременного сравнения, которые выполнены в виде квадрантного электрометра, недостаток которых заключается в низкой точности.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому изобретению является электростатический компаратор мощности одновременного сравнения [Безикович А.Я., Шапиро Е.З. Измерение электрической мощности в звуковом диапазоне частот. - Л.: Энергия, 1980, с.45-46, с.72-73], который содержит два однотипных и идентичных электростатических преобразователя, подвижные части которых закреплены на одной оси. На электрические цепи одного из преобразователей воздействует измеряемая мощность, а на цепи другого - мощность постоянного тока. В электростатическом компараторе моменты от действия мощности на переменном и постоянном токе направлены навстречу друг другу. Равенство моментов фиксируется при помощи электронно-оптической системы, включающей в себя лампочку-осветитель, зеркало, закрепленное на общей оси двух механизмов, и фотоэлектрический преобразователь.

Недостаток прототипа заключается в недостаточной точности и в сложности обеспечения идентичности электростатических преобразователей.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности измерения мощности в широком диапазоне напряжений и частот, и обеспечение регулировки идентичности характеристик электростатических преобразователей мощности.

Эта задача решена в результате того, что в электростатическом компараторе мощности, содержащем два электростатических преобразователя мощности, которые укреплены на одной оси таким образом, что моменты от измеряемых мощностей на переменном и постоянном токе направлены навстречу друг другу, элементы крепления подвижной части электростатического компаратора мощности, обеспечивающие вращение подвижной части вокруг оси вращения, фотоэлектрический преобразователь и нулевой индикатор, каждый электростатический преобразователь выполнен бинантным в виде двух многокамерных цилиндрических конденсаторов по краям поперечной горизонтальной балки с возможностью изменения их емкости и содержит два неподвижных электрода, жестко связанных с основанием компаратора, дополнительные цилиндрические электроды, хвостовики которых установлены в центре каждого неподвижного электрода для обеспечения возможности регулирования емкости преобразователей, и сдвоенный цилиндрический подвижный электрод, причем неподвижные электроды подключены к концам двух шунтов в цепи измеряемого тока, а цепь измеряемого напряжения подключена к подвижному электроду и средней точке шунтов цепи измеряемого тока.

На фиг.1, 2 и 3 представлено схематическое изображение электростатического компаратора мощности.

Компаратор имеет поперечную горизонтальную балку 1, по краям которой укреплены подвижные сдвоенные цилиндрические электроды 2 двух бинантных электростатических преобразователей мощности в виде многокамерных цилиндрических конденсаторов, неподвижные электроды 3 и 4 которых, жестко связанные с основанием компаратора 5 и 6, снабжены дополнительными электродами 7 и 8, хвостовики которых укреплены в центре неподвижных электродов 3 и 4 с возможностью плавного регулирования емкости конденсаторов, образованной электродами 2, 3, 4, 7, 8, изоляторами 9, 10, на которых укреплены неподвижные электроды 3 и 4. Электростатические экраны к электродам 3, 4, токоподводы к электродам 2 и изоляторы, разделяющие поперечную горизонтальную балку 1 и сдвоенные подвижные электроды 2, на фиг.1 не показаны. Неподвижные электроды 3, 4 подключены к концам шунтов 11, 12, а цепь измеряемого напряжения U_2˜ (U_2-) подключена к сдвоенному подвижному электроду 2 и к средней точке шунтов 11, 12.

По краям балки 1 укреплены флажки 13, напротив каждого из которых расположены фоторезисторы 14 и осветительные лампы с конденсорами 15.

Фоторезисторы 14 (фиг.2) образуют два плеча мостовой цепи, а два других плеча мостовой цепи образуют соединенные последовательно постоянные резисторы и переменный резистор, обеспечивающий возможность установления нуля мостовой цепи. Одна из диагоналей мостовых цепей подключена к стабилизированному источнику напряжения, а другая - к балансному усилителю постоянного тока, к выходу которого подключен нулевой индикатор (на фиг.1, 2, 3 не показаны).

Для крепления подвижной части компаратора применено устройство для крепления подвижной части электроизмерительных приборов [АС СССР №1668997], которое содержит (фиг.2 и фиг.3) растяжки 16-23, амортизационные пружины 24-31, к которым крепятся наружные концы растяжек, ось 32 и кольца 33 и 34, жестко укрепленные на оси, к которым крепятся внутренние концы растяжек.

Для снижения погрешности электростатических преобразователей от асимметрии электроды 2, 3 и 4 покрыты золотом.

Шунты 11, 12 выполнены безреактивными в виде коаксиальных линий с распределенными параметрами с сопротивлением от 0,02 до 100 Ом, которые позволяют производить измерение мощности при номинальных токах от 20 мА до 100 А. Сопротивления шунтов 11, 12 должны быть известны с высокой точностью.

Электростатический компаратор мощности работает следующим образом. Напряжения, обозначенные на фиг.1, подаются на электроды компаратора. На сдвоенный подвижный электрод 2 и неподвижный электрод 3 подается напряжение U_2˜+U_1˜, а на электроды 2 и 4 подается напряжение U_2˜-U_1˜.

При этом вращающий момент М_˜ на переменном токе равен:

М_˜=2·U_1˜·U_2˜·cos(U_1˜ U_2˜)dC/dα,

Вращающий момент М_ на постоянном токе равен:

M_-=2·U_1-·U_2-·dC/dα.

При М_˜=М_- отсчет мощности производится по току и напряжению в цепи постоянного тока.

Перед измерением мощности при помощи электростатического компаратора производится установка нуля компаратора и регулировка идентичности электростатических преобразователей на переменном напряжении. При помощи механического корректора (на фиг.1 не показан) и переменных резисторов (на фиг.1, 2, 3 не показаны) и при замкнутых клеммах U_2˜ и U_2- производится установка нуля компаратора. При этом нулевой индикатор должен показывать нуль. Затем производится регулировка идентичности электростатических преобразователей на переменном напряжении. Для этого на клеммы U_2˜ подается номинальное переменное напряжение, клеммы U_2- при этом замкнуты накоротко. Регулируя дополнительные электроды 7, 8 левого преобразователя, добиваются нулевого показания нулевого индикатора. Затем подается номинальное переменное напряжение на электроды 2, 3 левого и правого преобразователей. При помощи дополнительного электрода 7 правого преобразователя добиваются нулевого показания нулевого индикатора. Далее номинальное переменное напряжение подается на электроды 2 и 4 левого и правого преобразователей и при помощи дополнительного электрода 8 правого преобразователя добиваются нулевого показания нулевого индикатора. Далее номинальное переменное напряжение подается на электроды 2 и 4 левого и правого преобразователей и при помощи дополнительного электрода 8 правого преобразователя добиваются нулевого показания нулевого индикатора.

Повышение точности измерения мощности при помощи предложенного электростатического компаратора в широком диапазоне частот обеспечивается за счет высокой чувствительности электростатического компаратора, что связано с применением балки, по краям которой укреплены многокамерные подвижные электроды и флажки фотоэлектрического преобразователя угла поворота подвижной части в электрический сигнал, а также применением системы растяжек, которая обеспечивает малый противодействующий момент и предотвращает поперечные колебания подвижной части. Применение дополнительных электродов в электростатических преобразователях обеспечивает регулировку их идентичности и, следовательно, повышение точности электростатических компараторов мощности.

Использование предложенного электростатического компаратора обеспечивает повышение точности измерения мощности в широком диапазоне частот.

Электростатический компаратор мощности, содержащий два электростатических преобразователя мощности, которые укреплены на одной оси таким образом, что моменты от измеряемых мощностей на переменном и постоянном токе направлены навстречу друг другу, элементы крепления подвижной части электростатического компаратора мощности, обеспечивающие вращение подвижной части вокруг оси вращения, фотоэлектрический преобразователь и нулевой индикатор, отличающийся тем, что каждый электростатический преобразователь выполнен бинантным в виде двух многокамерных цилиндрических конденсаторов по краям поперечной горизонтальной балки с возможностью изменения их емкости, и содержит два неподвижных электрода, жестко связанных с основанием компаратора, дополнительные цилиндрические электроды, хвостовики которых установлены в центре каждого неподвижного электрода для обеспечения возможности регулирования емкости преобразователей, и сдвоенный подвижный электрод, причем неподвижные электроды подключены к концам двух шунтов в цепи измеряемого тока, а цепь измеряемого напряжения подключена к подвижному электроду и средней точке шунтов цепи измеряемого тока.