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

верительный натяг растяжек при сборке, что приводит к повы­ шению чувствительности прибора к механическим воздействиям.

В связи с этим наиболее целесообразным и эффективным путем для снижения влияния механического противодействую­ щего момента является его компенсация, т. е. создание дополни­ тельного момента, направленного противоположно моменту

Известен ряд способов компенсации механического противо­ действующего момента.

Для электростатического измерительного механизма наибо­ лее целесообразно применение электростатического компенса­ ционного момента. Компенсация, заключающаяся в использова,-

иии электростатической системы двух взаимодействующих меж­ ду собой плоских электродов,одни из ко­ торых расположен на подвижной части, а другой является неподвижным, описан в [39]. Между электродами подключен источник постоянного напряжения. Недо­ статком устройства является наличие дополнительных электродов, утяжеляю­ щих подвижную часть. Неудобство этой системы заключается также в необходи­ мости подачи дополнительного потен­ циала на подвижный электрод.

Для компенсации механического про­ тиводействующего момента растяжек для электростатических механизмов мо­ жет быть использовано устройство, кон­

структивная схема которого приведена на рис. 4-12. В качестве подвижного электрода компенсатора используются крылья воз­ душного успокоителя. Неподвижные электроды 1 представляют собой две изолированные металлические пластины, расположен­ ные на стенках камеры успокоителя 3 по обе стороны от под­ вижного электрода— крыла успокоителя 2. На неподвижные пластины 1 подается вспмогательное напряжение для создания компенсирующего момента.

Подача напряжения на пластины вызывает индуцирование потенциала на подвижном электроде. Индуцированный потен­ циал на подвижной части совместно с потенциалом на непод­ вижных электродах вызывает появление дополнительного вра­ щающего момента, который компенсирует противодействующий момент растяжек.

Для получения требуемой компенсации противодействую­ щего момента растяжек результирующий электростатический момент устройства должен быть равен нулю при положении под­ вижного электрода симметрично относительно неподвижных и будет направлен противоположно моменту растяжек. Регули­ ровкой напряжения между обкладками можно достичь необхо­ димой компенсации. Остаточный момент может в этом случае

127

составлять не более 10% той величины, которую он имел при отсутствии компенсации. Исследования показали, что чувстви­ тельность измерительного механизма преобразователя компара­ тора растет по мере увеличения вспомогательного напряжения. Следует отметить, что преимуществом устройства является так­ же возможность использования в качестве источника вспомога­ тельного напряжения как постоянного, так и переменного тока.

Взаимное влияние цепей преобразователя. При создании пре­ образователей компараторов возникает вопрос о взаимном влия­ нии цепей измерительных механизмов. Наличие нежелательной электрической связи между отдельными элементами схемы при­ водит к ухудшению ее параметров, а в отдельных случаях и к полному нарушению работы преобразователя. Так, например, электрическая связь между элементами преобразователя компа­ ратора может вызвать ложное положение равновесия схемы.

Основными связями между элементами механизма являются емкостная связь и связь за счет общих токовых путей. Емкост­ ная связь может устраняться введением между элементами сис­ темы электростатических экранов, которые должны полностью перекрывать площадь электродов каждого из элементов преоб­ разователя и по возможности выходить за пределы электродов. Связь за счет общих токовых путей может иметь место в ос­ новном в преобразователях, в которых подвижные электроды обоих элементов соединены металлической осью. Эта связь опре­ деляется активными и реактивными сопротивлениями общих участков для токов различных цепей компаратора.

Иллюстрация системы экранов одной из возможных конст­ рукций преобразователя приведена на рис. 4-13.

Для снижения взаимного влияния элементов необходимо применение экранов 3, 4, 5 и 6, каждый из которых соединен с соответствующим подвижным электродом.

Представляют также опасность в отношении токов утечки все конструктивные детали, выполненные из диэлектрика, в част­ ности из керамики. Все изолирующие материалы ухудшают свои свойства с течением времени из-за поверхностной проводимости от влажности и загрязнения. Эффективным средством ликвида­ ции влияния токов утечки может являться применение эквипо­ тенциальной защиты, представляющей собой многослойную изо­ ляцию, между которой прокладываются металлические экраны, соединенные с соответствующими неподвижными электродами. Для измерительного механизма преобразователя компаратора многослойными должны выполняться втулки 2, фиксирующие взаимное расстояние между элементами механизма. Все нежела­ тельные токи утечки отводятся на металлические экраны 1. Тем самым ликвидируется их паразитное действие.

Применение указанного комплекса мер позволяет создавать преобразователи с погрешностью измерения, равной сотым и даже тысячным долям процента.

128

Температурная погрешность. Для показывающих электро­ статических приборов при увеличении класса точности выше 0,5 требуются специальные меры для ликвидации температурной погрешности, вызываемой в основном влиянием растяжек. Од-

Рис. 4-13. Конструктивная схема измерительного механизма двухэлементного преобразователя ком­ паратора

ним из путей снижения температурной погрешности показываю­ щих приборов на растяжках является ее компенсация [57]. Вместе с тем методы компенсации, пригодные для показываю­ щих приборов, неприемлемы для преобразователей компара­ торов.

Для определения температурной погрешности проведем ана­ лиз выражения для вращающего момента преобразователя ком­ паратора:

После преобразования и логарифмирования получим:

21nna + l n f - ^ - W l n f n ? ^ - - 2 W 'a '\ .

\ да ] \ да J

Дифференцирование последнего выражения с учетом изме нения его членов, зависящих от температуры, дает:

Рассмотрение выражения (4-65) позволяет сделать следую­ щие выводы.

1. Первый член представляет собой температурную погреш­ ность, вызванную изменением приращения емкости с изменением угла поворота подвижной части со стороны измеряемого напря­ жения с изменением внешней температуры. На ее величину влияет также отношение моментов Mi и М2. Для компараторов это отношение весьма близко к единице.

130

2.Второй член характеризует температурную погрешность от изменения приращения емкости в зависимости от угла по­ ворота измерительного механизма со стороны компарирующего напряжения при изменении внешней температуры.

3.Третий член обусловлен температурным коэффициентом упругости материала растяжек, на которых укреплена подвиж­ ная часть. Величина температурной погрешности, вызываемой этой причиной, тем меньше, чем меньше величина остаточного момента растяжек. Так как для преобразовате­

лей компараторов M7/Af2<Cl, то влияние этой составляющей погрешности в дальнейшем не рассматривается.

Таким образом, основными составляющими температурной погрешности преобразователя компаратора являются относительные изменения приращения емкости элементов в зависимости от угла поворота подвижной части при измене­ нии внешней температуры, которые по существу являются температурными коэффициентами емкости соответствующих механизмов. Тогда вы­ ражение (4-65) запишется в виде:

Это равенство представляет собой алгебраическую сумму температурных коэффициентов диэлектрической проницаемости диэлектрика, площади электродов и зазора между ними.

Первое слагаемое в (4-66) представляет собой сумму тем­ пературных коэффициентов диэлектрической проницаемости воздуха рев и твердого диэлектрика Ред

Наличие твердого диэлектрика обусловлено конструктивной изоляцией между подвижным и неподвижным электродами.

131