Файл: Векслер, М. С. Измерительные приборы с электростатическими механизмами.pdf

Рассмотрим измерительный механизм преобразователя, со­ стоящий из двух элементов, каждый из которых представляет собой систему из N камер, образованных электродами измери­ тельного механизма. На рис. 4-5 приведена принципиальная схема двойного включения двух элементов преобразователя ком­ паратора, по одной камере в каждом элементе. Здесь си—си— углы взаимного перекрытия подвижного и неподвижного элект­ рода преобразователя; а — угол поворота подвижного электрода под действием измеряемого напряжения; Hi и Н2— соответ­ ственно измеряемое и комларирующее напряжения.

Воспользовавшись (4-16), пренебрегая дополнительными моментами,получим

Mc = — Ui2 д2Сл

да2 2 да2

Пользуясь правилами дифференциального исчисления, можно (4-28) записать в виде:

дСг

да

Из последних выражений видно, что М'с пропорционален моменту Mi и имеет сложную зависимость от дСг/da и дС2/да. Вместе с тем согласно (4-22) чувствительность измерительного механизма, принимая во внимание (4-29), можно записать в виде:

Отсюда следует вывод, что для измерительного механизма пре­ образователя компаратора чувствительность обратно пропорци­ ональна моменту Mi и так же, как и М'с, имеет сложную зави­ симость от дСг/da и дС2/да.

Рассмотрим пути получения необходимых значений M'ciiSu- Измерительный механизм преобразователя должен быть от­ регулирован так, чтобы при угле отклонения а = 0 измеряемое

109

напряжение U\ было равно компарирующему напряжению Uz. Поэтому, приняв Ui — Uz=U, получим условие, необходимое для применения механизма в режиме компарирования:

dCt дС2

да да

Такая регулировка измерительного механизма преобразова­ теля по аналогии с электрометрами [78, 89] может быть названа совмещением механического и электрического нулей. При вы-

Рис. 4-6. Взаимное расположение электродов элементов преобразо­

a2= ct4 и совмещении осей симметрии соответствующих электродов удельный устанавливающий момент М'сбудет очень мал. При

вести к потере устойчивости и точности измерений. В двухэле­ ментном измерительном механизме механическая и электриче­ ская симметрия при выбранном значении М'с и Sv может быть получена при выполнении условий ai = ci2 и \ dC1lda\ = \dCJda\.

Этого можно достигнуть, осуществляя либо взаимный осевой разворот одного элемента измерительного механизма относи­ тельно другого, либо симметричный разворот только подвижных электродов относительно оси симметрии элементов механизма. Второй вариант конструктивно и технологически значительно проще первого. Схематическое изображение взаимного располо­ жения электродов для этого варианта приведено на рис. 4-6. Выбор начального взаимного расположения электродов элемен­

110

Подставив (4-35) в (4-36), получим:

Определив из динамических условий работы измерительного механизма преобразователя величину М'с, из выражений (4-34) и (4-37) можно получить значения постоянных коэффициентов, входящих в уравнение моментов. При этом предполагается зна­ ние параметров кривых одного из элементов и определяются лишь параметры кривой второго элемента. Пользуясь законами аналитической геометрии, определим в общем виде расстояние (угол) между вершинами кривых моментов (рис. 4-6, б ):

Р = V 01л—^Чв)2—( М А —Мв)2.

где т)а, МА и у]в, Мв — координаты вершин соответствующих кривых.

Знание р обеспечивает выбор конструктивного выполнения взаимного расположения элементов преобразователя.

4-5. Свойства и особенности электростатических преобразователей компараторов

При работе электростатических измерительных механизмов в режиме компарирования погрешности, свойственные механиз­ мам этой системы, носят специфический характер, что обуслов­ ливается отчасти нулевым методом измерения, на котором осно­ вано построение компараторов моментов, а также повышенными требованиями к точности измерений: весьма малой погрешности перехода от постоянного тока к переменному в широком диапа­ зоне частот, необходимости учета либо ликвидации влияний из­ менения внешних воздействий, таких, как температура, влаж­ ность и т. д.

Для получения погрешностей перехода, не превышающих сотых и даже тысячных долей процента, требуется применение специальных технологических и конструктивных мер.

В настоящем параграфе будут рассмотрены свойства изме­ рительных механизмов электростатических преобразователей и особенности, присущие им при работе в режиме компарирования. При анализе емкости измерительного механизма преобразова­ теля вследствие выравнивания характеристик элементов и при­ менения нулевого метода измерения нами будет принято допу­ щение об отсутствии влияния краевого эффекта, а также об отсутствии искажений однородности поля, возникающих из-за близости электродов к конструктивным деталям: токоподводам, экранам и т. д. Оценить аналитически эти влияния в настоящее время представляется весьма сложным.

Контактные электрические явления. Как было показано выше,

наиболее целесообразной компоновкой измерительного меха­

112