электростатический компаратор напряжения

Формула изобретения

Электростатический компаратор напряжения, содержащий основание, подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, подвижные цилиндрические электроды, неподвижные цилиндрические электроды, дополнительные цилиндрические электроды, флажки, осветительные лампы с конденсорами, фоторезисторы нулевого индикатора, элементы крепления балки в виде двух пар растяжек, кольца, две оси подвижной системы и амортизационные пружины, при этом основание компаратора расположено параллельно поперечной горизонтальной балке, подвижные цилиндрические электроды укреплены по краям поперечной горизонтальной балки, неподвижные электроды электростатических преобразователей жестко связаны с основанием компаратора, подвижные цилиндрические электроды, неподвижные цилиндрические электроды и дополнительные цилиндрические электроды образуют по многокамерному цилиндрическому конденсатору, выполненному с возможностью изменения его емкости, напротив каждого из флажков расположено по осветительной лампе с конденсором и фоторезисторы нулевого индикатора, внутренние концы растяжек через кольца прикреплены к каждой из двух осей подвижной системы, а их внешние концы прикреплены к амортизационным пружинам, причем данные растяжки сгруппированы в две пары, лежащие в отдельных плоскостях, так что каждая из данных плоскостей перпендикулярна по отношению к другой плоскости, а образующие каждую из таких пар и лежащие в одной плоскости растяжки ориентированы под острым углом одна к другой, отличающийся тем, что в состав компаратора введен успокоитель крутильных колебаний подвижной системы, выполненный в виде двух полых полированных валиков, каждый из которых помещен в резервуар с этилполисилоксановой жидкостью, а каждый из валиков одним концом присоединен к осям подвижной системы при помощи растяжек с большим противодействующим моментом, а другим концом через растяжки с малым противодействующим моментом присоединен к амортизационным пружинам, при этом каждый из резервуаров имеет отверстие для его заполнения этилполисилоксановой жидкостью и два отверстия для прохождения растяжек, выполненных с такими размерами, при которых этилполисилоксановая жидкость не вытекает из резервуаров.

Описание изобретения к патенту

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

Известны электростатические компараторы напряжений [1] одновременного сравнения, состоящие из двух электростатических преобразователей, расположенных на одной оси и укрепленных вертикально на растяжках или подвесе таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые каждым из преобразователей, были направлены навстречу друг другу.

Недостатком известных компараторов является недостаточная точность компарирования напряжений, связанная с недостаточным вращающим моментом электростатических преобразователей.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является компаратор [2], имеющий конструкцию, аналогичную весам. Компаратор образован поперечной горизонтальной балкой, по краям которой укреплены подвижные электроды двух электростатических преобразователей, неподвижные электроды которых жестко связаны с основанием компаратора, расположенного параллельно балке. Элементы крепления поперечной балки выполнены в виде четырех растяжек с каждой стороны по оси подвижной системы. Нулевой индикатор равновесия подвижной системы выполнен в виде двух флажков, укрепленных на концах балки. Напротив каждого из флажков укреплены осветительная лампа и фоторезисторы. В качестве успокоителя крутильных колебаний используются многокамерные электростатические преобразователи.

Недостатком прототипа является недостаточное (частичное) успокоение подвижной части компаратора при помощи воздушного успокоителя в виде двух многокамерных электростатических преобразователей, что обусловлено значительной массой подвижной системы электростатического компаратора. К недостатку прототипа следует также отнести невозможность применения жидкостных успокоителей крутильных колебаний подвижной системы, выполненных в виде двух полированных дисков с этилполисилоксановой жидкостью между ними, один из которых закреплен на оси подвижной системы, а другой - неподвижно, успешно применяемых в приборах электромагнитной системы невысокой точности [3]. Обнаружено, что указанная жидкость между дисками нарушает уравновешенность подвижной системы и дезорганизует работу электростатического компаратора напряжения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение оптимального успокоения крутильных колебаний подвижной системы, а также повышение чувствительности и точности электростатического компаратора напряжения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что электростатический компаратор напряжения содержит основание, подвижную систему в виде поперечной горизонтальной балки по типу весов, подвижные цилиндрические электроды, неподвижные цилиндрические электроды, дополнительные цилиндрические электроды, флажки, осветительные лампы с конденсорами, фоторезисторы нулевого индикатора, элементы крепления балки в виде двух пар растяжек, кольца, две оси подвижной системы и амортизационные пружины, при этом основание компаратора расположено параллельно поперечной горизонтальной балке, подвижные цилиндрические электроды укреплены по краям поперечной горизонтальной балки, неподвижные электроды электростатических преобразователей жестко связаны с основанием компаратора, подвижные цилиндрические электроды, неподвижные цилиндрические электроды и дополнительные цилиндрические электроды образуют по многокамерному цилиндрическому конденсатору, выполненному с возможностью изменения его емкости, напротив каждого из флажков расположено по осветительной лампе с конденсором и фоторезисторы нулевого индикатора, внутренние концы растяжек через кольца прикреплены к каждой из двух осей подвижной системы, а их внешние кольца прикреплены к амортизационным пружинам, причем данные растяжки сгруппированы в две пары, лежащие в отдельных плоскостях, так что каждая из данных плоскостей перпендикулярна по отношению к другой плоскости, а образующие каждую из таких пар и лежащие в одной плоскости растяжки ориентированы под острым углом одна к другой, а также в состав компаратора введен успокоитель крутильных колебаний подвижной системы, выполненный в виде двух полых полированных валиков, каждый из которых помещен в резервуар с этилполисилоксановой жидкостью, а каждый из валиков одним концом присоединен к осям подвижной системы при помощи растяжек с большим противодействующим моментом, а другим концом через растяжки с малым противодействующим моментом присоединен к амортизационным пружинам, при этом каждый из резервуаров имеет отверстие для его заполнения этилполисилоксановой жидкостью и два отверстия для прохождения растяжек, выполненных с такими размерами, при которых этилполисилоксановая жидкость не вытекает из резервуаров.

Применение указанного жидкостного успокоителя, с одной стороны, обеспечивает оптимальное успокоение подвижной системы электростатического компаратора напряжения, а с другой стороны, обеспечивает повышение чувствительности и точности электростатического компаратора напряжения за счет того, что при погружении валиков в резервуар с этилполисилоксановой жидкостью вес подвижной системы частично компенсирует возникающая подъемная сила. Натяжение наклонных растяжек при этом снижается, что приводит к снижению их противодействующего момента, увеличению чувствительности и точности электростатического компаратора напряжения. Кроме этого, возникающая подъемная сила позволяет применять в электростатическом компараторе напряжения растяжки с меньшим противодействующим моментом.

На фиг.1, фиг.2 и фиг.3 представлено схематическое изображение электростатического компаратора напряжения. Компаратор имеет поперечную горизонтальную балку 1 по типу весов, по краям которой укреплены подвижные цилиндрические электроды 2 двух электростатических преобразователей в виде многокамерных цилиндрических конденсаторов, неподвижные цилиндрические электроды 3 которых, жестко связанные с основанием компаратора 4, снабжены дополнительными цилиндрическими электродами 5, хвостовики которых укреплены в центре неподвижных электродов 3 с возможностью плавного регулирования емкости конденсатора, образованного электродами 2, 3 и 5, изолятор 6, на котором укреплены электроды 3, 5, клеммы 7, экран 8, имеющий потенциал корпуса компаратора, и экран 9, имеющий высокий потенциал. Поскольку электроды 2 и 3 образуют многокамерный цилиндрический конденсатор, то он обеспечивает частичное воздушное успокоение крутильных колебаний подвижной системы компаратора. По краям балки укреплены флажки 10, напротив каждого из которых расположены фоторезисторы 11, 12 и осветительные лампы 13 с конденсорами 14.

Элементы крепления подвижной системы (фиг.3) выполнены в виде двух пар растяжек, которые расположены во взаимно-перпендикулярных плоскостях, наружными концами прикреплены соответственно к растяжкодержателям 27, 30 и 28, 29, а внутренними концами - к кольцу 33. При этом растяжки в каждой плоскости расположены под острым углом друг к другу. Жидкостный успокоитель крутильных колебаний подвижной системы совмещен с ее креплением, для этого горизонтальные растяжки 16 и 20 выполнены составными. Их внутренние концы через полые полированные валики 36 и 37 и растяжки с большим противодействующим моментом 34 и 35 присоединены соответственно к кольцам 32 и 33. Полые полированные валики 36 и 37 помещены соответственно в резервуары 38 и 39 с этилполисилоксановой жидкостью. Резервуары имеют отверстия 40, 41, 42, 43 через которые проходят растяжки 16, 34 и 20, 35, малый размер которых предотвращает вытекание жидкости из резервуаров. В резервуарах предусмотрены отверстия 44, 45 для заливки жидкости. Валики 36, 37, помещенные в резервуары 38, 39 с этилполисилоксановой жидкостью и присоединенные через растяжки 34 и 35 с большим противодействующим моментом к кольцам 32 и 33 подвижной системы, образуют жидкостный успокоитель крутильных колебаний, обеспечивающий оптимальное успокоение подвижной системы электростатического компаратора напряжения.

Работа электростатического компаратора напряжения заключается в следующем. При помощи механического и электрического корректора производится установка нуля компаратора. Затем производится регулировка идентичности электростатических преобразователей путем изменения положения электродов 5 относительно подвижных электродов 2.

Далее измеряемое переменное напряжение подводится к одному из электростатических преобразователей, а компенсирующее постоянное напряжение подводится на другой электростатический преобразователь. Изменяя компенсирующее постоянное напряжение, добиваются нулевого отклонения нулевого индикатора. Постоянное напряжение измеряется при помощи делителя напряжения и компенсатора постоянного тока (не показаны).

В процессе измерения переменного напряжения подвижная система совершает крутильные колебания, которые через растяжки 34, 35, имеющие большой по сравнению с растяжками 16 и 20 противодействующий момент, передаются валикам 36 и 37. Трение полых валиков 36 и 37 о жидкость в резервуарах 38 и 39 приводит к гашению крутильных колебаний подвижной системы электростатического компаратора напряжений.

Применение жидкостного успокоителя обеспечивает наряду с воздушным успокоителем в виде многокамерного измерительного механизма оптимальное успокоение крутильных колебаний подвижной системы электростатического компаратора напряжения.

Кроме этого, на валики 36 и 37, погруженные в резервуары 38 и 39 с жидкостью, и следовательно, на подвижную систему компаратора действует подъемная сила, которая частично компенсирует силу тяжести подвижной системы. В результате этого натяжение наклонных растяжек 17 и 21 снижается, что приводит к снижению их противодействующего момента и, следовательно, к увеличению чувствительности и точности электростатического компаратора напряжения.

Кроме этого, компенсация силы тяжести подвижной системы позволит применять растяжки с меньшим противодействующим моментом, что приводит к увеличению чувствительности и точности электростатического компаратора напряжения.

Источники информации

1. Векслер М.С. Измерительные приборы с электростатическими механизмами. - Л.: Энергия, 1974.

2. Патент №2076328 на изобретение "Электростатический компаратор напряжения". Нефедьев А.И.

3. Рабикович С.Г. Гальванометрические автокомпенсационные приборы. - М.: Изд-во стандартов, 1972.