электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности

Формула изобретения

Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности, содержащий подвижную систему в виде двух катушек на общей оси, элементы крепления подвижной системы, неподвижные катушки, которые жестко укреплены на корпусе компаратора, устройство для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей и указатель нуля, отличающийся тем, что в нем подвижная система выполнена в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки двух электродинамических преобразователей, в которых две неподвижные и одна подвижная катушки выполнены плоскими проводниками по типу печатных резисторов, при этом подвижная катушка помещена между неподвижными катушками, а один из витков неподвижных катушек выполнен подвижным с возможностью обеспечения идентичности электродинамических преобразователей, при этом места изменения направления проводников неподвижных катушек электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90° от горизонтальных проводников так, что при нулевом положении подвижной системы электродинамического компаратора плоские проводники подвижной катушки наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижной катушки, и флажки фотоэлектрического преобразователя угла поворота подвижной системы в электрический сигнал, который через усилитель постоянного тока подсоединен к указателю нуля, при этом ширина проводников и расстояние между ними в электродинамических преобразователях равна ширине полос и расстоянию между ними в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал, элементы крепления подвижной системы, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной системы, растяжки расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, одна пара из них прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, а другая через кольцо прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эталонных измерениях напряжения, тока и мощности в широком диапазоне измеряемых величин и частот.

Известны электродинамические компараторы напряжения, тока и мощности вида ЭД/МЭ, состоящие из двух преобразователей разного вида - электродинамического (ЭД) и магнитоэлектрического (МЭ), подвижные части которых укреплены на общей оси [1]. При этом ток в магнитоэлектрическом преобразователе регулируется вручную или автоматически до равенства моментов указанных преобразователей.

Недостатком электродинамических преобразователей ЭД/МЭ является низкая точность измерения напряжения, тока и мощности и низкий частотный диапазон измеряемых величин.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является электродинамический компаратор одновременного сравнения ЭД/ЭД [1], предназначенный для эталонных измерений напряжения, тока и мощности.

Указанный компаратор содержит подвижную систему в виде двух катушек на общей вертикальной оси, которая укреплена на подвеске, две неподвижные катушки, которые укреплены на корпусе компаратора, устройство для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей и указатель нуля.

Недостатком прототипа является недостаточная точность и узкий частотный диапазон, что обусловлено реактивностью (индуктивностью, взаимной индуктивностью и емкостью) неподвижной и подвижных катушек электродинамического компаратора [1]. Поэтому, несмотря на существенные достоинства электродинамических преобразователей - большой вращающий момент, надежность и стабильность, они применяются в метрологической практике для передачи размера единиц электрических величин - напряжения, тока и мощности от эталонов постоянного тока эталонным средствам измерений переменного тока в диапазоне частот 50÷3000 Гц.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение реактивности (индуктивности, взаимной индуктивности и емкости) неподвижной и подвижных катушек электродинамического компаратора, а также повышение чувствительности компаратора, что обеспечивает повышение точности измерения напряжения, тока и мощности в широком диапазоне частот.

Для реализации поставленной задачи в предложенном электродинамическом компараторе напряжения, тока и мощности подвижная система выполнена в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки двух электродинамических преобразователей, в которых две неподвижные и одна подвижная катушки выполнены плоскими проводниками по типу печатных резисторов, при этом подвижная катушка помещена между неподвижными катушками, а один из витков неподвижных катушек выполнен подвижным с возможность обеспечения идентичности электродинамических преобразователей, при этом места изменения направления проводников неподвижных катушек электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90° от горизонтальных проводников, при нулевом положении подвижной системы компаратора плоские проводники подвижной катушки наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижной катушки, и флажки фотоэлектрического преобразователя угла поворота подвижной системы в электрический сигнал, который через усилитель постоянного тока подсоединен к указателю нуля, при этом ширина проводников и расстояние между ними в электродинамических преобразователях равна ширине полос и расстоянию между ними в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал, элементы крепления подвижной системы, которые выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны оси подвижной системы, растяжки расположены попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, одна пара из них прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам, а другая - через кольцо прикреплена к оси подвижной системы и к амортизаторам.

На фиг.1 изображен схематически электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности, на фиг.2 изображен схематически электродинамический преобразователь напряжения, тока и мощности.

Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности (фиг.1) содержит подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки 1 по типу весов, по краям которой укреплены подвижные катушки 2 и 3 двух электродинамических преобразователей 4 и 5. Неподвижные катушки 6 и 7 электродинамических преобразователей 4 и 5 жестко соединены с основанием компаратора.

Элементы крепления балки 1 выполнены в виде пар растяжек 8, 9 и 10, 11, попарно расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и под углом одна к другой. Внешние концы указанных растяжек прикреплены соответственно к амортизационным пружинам 12, 13 и 14, 15. Внутренние концы растяжек 8, 9 прикреплены к оси 16 балки, а растяжек 10, 11 - к кольцам 17.

На концах балки 1 укреплены также флажки 18, 19 фотоэлектрических преобразователей угла поворота подвижной системы компаратора в электрический сигнал, которые содержат осветительную лампу с конденсором 20, 21 и мосты 20, 23, в которые входят резисторы, фоторезисторы и источники постоянного напряжения. Сигнал с мостов 22, 23 суммируется, усиливается при помощи усилителя постоянного тока и подается на нулевой индикатор равновесия (на фиг.1 не показан).

Каждый из двух идентичных электродинамических преобразователей 4 и 5 (на фиг.2 изображен электродинамический преобразователь 4) содержит подвижную катушку 2 и неподвижную катушку 6, которая состоит из двух катушек, симметрично расположенных с двух сторон подвижной катушки 2. Катушки 2 и 6 выполнены плоскими проводниками по типу печатных резисторов. Места изменения направления проводников неподвижных катушек 6 электродинамических преобразователей выполнены отогнутыми на 90 градусов от горизонтальных проводников. При нулевом положении подвижной системы электродинамического компаратора плоские проводники подвижной катушки 2 наполовину перекрывают аналогичные проводники неподвижной катушки 6. При этом ширина проводников катушек 2 и 6 и расстояние между ними в электродинамических преобразователях равна ширине полос и расстоянию между указанными проводниками равно ширине полос в маске фотоэлектрического преобразователя угла отклонения подвижной системы в электрический сигнал.

Для обеспечения идентичности электродинамических преобразователей 4 и 5 один из витков неподвижных катушек выполнен подвижным с возможностью изменения расстояния между витком подвижной катушки 2 и витком неподвижной катушки 6 (на фиг.2 не показано).

Поскольку оба электродинамических преобразователя 4 и 5 идентичны, то выражение вращающего (D_cp) и противодействующего (D₀) моментов имеют одинаковый вид:

D_cp=k_fp _f ²х²,

D₀=k₀p ₀ ²х₀ ²,

где: k_f и k ₀ - коэффициенты преобразования электродинамического преобразователя на переменном и постоянном токе соответственно;

p _f и р₀ - коэффициенты преобразования приемного преобразователя на переменном и постоянном токе соответственно, зависящие от значений добавочного резистора или шунта, если таковые имеются;

х и x₀ - измеряемая величина, соответственно на переменном и постоянном токе.

Если коэффициент преобразования не зависит от частоты, то есть

k _fp_f=k₀p ₀, то при равенстве моментов D_cp=D ₀ получаем результат в виде: x₀=x. Это возможно при коаксиальных добавочных резисторах и шунтах.

В электродинамическом преобразователе перемещение подвижной катушки 2 вызывает изменение энергии поля системы, состоящей из неподвижной 6 и подвижной катушек 2. Поэтому подвижная катушка электродинамического преобразователя всегда стремится расположиться так, чтобы энергия указанной системы была наибольшей. При компарировании напряжения последовательно соединены подвижная и неподвижная катушки электродинамических преобразователей и добавочный резистор. При компарировании тока последовательно соединены подвижная и неподвижная катушки электродинамических преобразователей. При увеличении тока параллельно указанным катушкам подключают шунт. При компарировании мощности последовательно с подвижной катушкой подключают добавочный резистор, а параллельно неподвижной катушке - шунт.

Подвижную катушку подключают к другим элементам электродинамического преобразователя через безмоментные токоподводы.

Электродинамический компаратор напряжения, тока и мощности работает следующим образом. При помощи механического и электрического корректоров (на фиг.1 не показаны) устанавливают нуль электродинамического компаратора напряжения, тока и мощности. При этом на входы электродинамических преобразователей 4 и 5 сигналы не подаются. Далее добиваются идентичности электродинамических преобразователей 4 и 5 путем подачи на них одного и того же постоянного или переменного напряжения (тока, мощности) и плавного изменения расстояния между подвижным витком катушки 6 и витком катушки 2. Идентичность указанных преобразователей определяют по нулевому показанию нулевого индикатора.

Затем на один из электродинамических преобразователей подается переменное напряжение (ток, мощность), а на другой электродинамический преобразователь подается постоянное напряжение (ток, мощность), которое регулируется таким образом, чтобы нулевой указатель показывал нуль. Далее постоянное напряжение (ток, мощность) измеряется компенсационным методом с применением компенсатора постоянного тока непосредственно или с делителем напряжения (шунтом). Указанные средства измерений на фиг.1 и 2 не показаны. Поскольку электродинамический компаратор напряжения (тока, мощности) выполнен по типу весов, а растяжки крепления подвижной системы имеют малый противодействующий момент, то указанный компаратор является весьма чувствительным средством измерений. Это обеспечивает возможность иметь малое количество витков в каждом электродинамическом преобразователе 4 и 5, и, следовательно, малую индуктивность, что обеспечивает широкий диапазон измеряемых величин и частот при эталонных измерениях. Применение растяжек 8, 9 предотвращает поперечные колебания подвижной системы. Для предотвращения крутильных колебаний подвижной системы применяют воздушный успокоитель (на фиг.1 не показан).

Источники информации

1. Рождественская Т.Б. Электрические компараторы для точных измерений тока, напряжения и мощности. - М.: Издательство стандартов, 1964, с.30-45, с.50-81.