Электростатический вольтметр
Владельцы патента RU 2403579:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, может быть использовано для измерения высоких напряжений. Электростатический вольтметр содержит диэлектрический корпус, подвижный элемент, вертикальную ось, имеющую возможность вращения, магнитоиндукционный успокоитель, отсчетное устройство, шкалу. Диэлектрический корпус включает два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами. Магнитоиндукционный успокоитель расположен на основании электростатического вольтметра и связан с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом. Измерительный механизм собран на обойме. Электроды имеют возможность поворота на определенный угол при помощи ручек, расположенных на верхней части электростатического вольтметра. При этом электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами при помощи призматических направляющих. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет повышения стабильности и точности, удобства считывания информации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к электрическим приборам, и может быть использовано для измерения высоких напряжений.
Известен электростатический вольтметр (патент РФ №2198409, МКИ 7 G01R 2/28, 15/00, 19/00, 2003 г.), 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 ограниченные функциональные возможности, вызванные горизонтальным расположением оси вращения, отсутствием возможности изменения зазора между электродами и подвижным элементом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к заявленному является электростатический вольтметр (патент РФ №2307361C2, МКИ 7 G01R 5/28, 28.11.2005), содержащий 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, 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.
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.
Недостатками прототипа являются: нестабильность в работе механизма, вызванная отсутствием обоймы для сборки измерительного механизма, неудобство считывания информации, вызванное тем, что шкала нанесена на торец прибора и необходимо применять световод, неудобство в настройке прибора, вызванное отсутствием регулировочных шкал и винтов.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей электростатического вольтметра за счет повышения стабильности и точности, повышение удобства считывания информации, повышение удобства регулировки прибора 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, измерительный механизм, собранный на обойме, включающий два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, вертикальную ось, имеющую возможность вращения, магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом, отсчетное устройство, шкалу, в отличие от прототипа электроды имеют возможность поворота на определенный угол при помощи ручек, расположенных на верхней части электростатического вольтметра. При этом электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами при помощи призматических направляющих типа «ласточкин хвост».
Кроме того, согласно изобретению отсчетное устройство может быть выполнено стрелочным.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 изображен измерительный механизм.
Электростатический вольтметр (фиг.1) состоит из измерительного механизма 1, диэлектрического корпуса 2, крышки корпуса 3, измерительных клемм 4 и регулировочных ручек 5. Измерительный механизм электростатического вольтметра (фиг.2), собранный на обойме 6, состоит из подвижного элемента 7, выполненного виде цилиндрического диэлектрика, расположенного на вертикальной оси 8, которая закреплена на подшипниках с возможностью вращения, при этом вертикальная ось 8 с одного конца связана с обоймой моментной пружиной 9. Электроды 10 установлены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента 7. Шкала 11 электростатического вольтметра расположена в верхней части обоймы, отсчетное устройство 12 электростатического вольтметра состоит из стрелки и противовеса, закрепленных на стрелкодержателе, который в свою очередь закреплен на оси 8. Для затухания колебаний подвижного элемента 7 используется магнитоиндукционный успокоитель 13, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом 7 посредством диска 14, имеющего общую ось с подвижным элементом 7 с возможностью движения в поле постоянного магнита. Электроды 10 закреплены на направляющих 15 с возможностью регулирования зазора между ними и подвижным элементом 7 при помощи винтов 16.
Использование в качестве подвижного элемента 7 цилиндрического диэлектрика, расположенного на вертикальной оси 8, закрепленной с возможностью вращения и связанной с одного конца с обоймой 6 электростатического вольтметра посредством моментной пружины 9, 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 7 с электродами 10 обеспечивает необходимый вращающий момент подвижного элемента 7. Установка электродов 10 с возможностью поворота при помощи ручек 5 (изображены на фиг.1), фиксация выбранного угла производятся винтами. Все это позволяет изменять угол их наклона относительно нормали подвижного элемента 7 и обеспечивать наибольший вращающий момент подвижного элемента 7 в зависимости от материала, из которого он выполнен, что позволяет уменьшить момент инерции подвижного элемента 7 и соответственно 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 5 и подвижным элементом 7 при помощи направляющих 15, что позволяет расширить пределы измерений. При этом зависимость угла наклона электродов 10 от характеристик материала, из которого выполнен подвижный элемент 7, в целях получения его наибольшего вращающего момента, носит экспоненциальный характер.
Электростатический вольтметр работает следующим образом. При подаче на электроды 10 измеряемого сигнала подвижный элемент 7 в виде цилиндрического диэлектрика поворачивается. Направление вращения цилиндрического диэлектрика не зависит от знака измеряемого напряжения. При вращении подвижного элемента 7 моментная пружина создает противодействующий момент. При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижный элемент 7 останавливается, и по положению отсчетного механизма 12 по шкале 11 определяется измеряемое напряжение. Затухание колебаний подвижного элемента 7 осуществляется при помощи магнитоиндукционного успокоителя 13.
Отсутствие в данной конструкции подвижных частей, надежная связь оси подвижного элемента 7 с обоймой 6 электростатического вольтметра, установка электродов 10 с возможностью поворота и указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 7 и электродов 10 обеспечивают вибростойкость, независимость показаний электростатического вольтметра от его расположения в пространстве и наибольший вращающий момент подвижного элемента 7, 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, включающий два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, вертикальную ось, имеющую возможность вращения, магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом, отсчетное устройство, шкалу, отличающийся тем, что измерительный механизм собран на обойме, электроды имеют возможность поворота на определенный угол при помощи ручек, расположенных на верхней части электростатического вольтметра, при этом электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами при помощи призматических направляющих типа «ласточкин хвост».
2. Электростатический вольтметр по п.1, отличающийся тем, что отсчетное устройство выполнено стрелочным.
