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

толщиной 4 мм выполнены из латуни. Подвижный электрод 14 имеет форму бисквита диаметром 50 мм, а угол, образованный сторонами электрода, равен 50°. В центральной части электрода закреплена трубка из листового алюминия, являющаяся осью 7 подвижной части, на которой установлено плоское зеркало 8 диаметром 5 мм. Верхняя часть оси заканчивается крючком для крепления подвижной части к подвесу, представляющему собой 48 пар нитей из фосфористой бронзы длиной 200 мм\ на нижнем конце подвеса также закреплен металлический крючок. Конструкция крючков обеспечивает надежное взаимное меха­ ническое и электрическое соединение. Верхний конец подвеса прикреплен с помощью плавленого кварца к устройству для вертикального перемещения и вращения подвижного электрода посредством соответствующих регулирующих ручек 4 и 5.

Для стабилизации параметров измерительного механизма и снижения КРП электроды покрываются золотом путем катод­ ного распыления.

Измерительный механизм помещен в металлический корпус 13 с окном 9 для индикации положения подвижной части. Уст­ ройство индикации выполнено по типу зеркального гальвано­ метра со шкалой, находящейся на расстоянии около 2 м от собственно электрометра.

Подключение к прибору измеряемого напряжения произво­ дится посредством зажимов 3, установленных на изоляторах из кварца.

Глава пятая

РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРОВ

С ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМИ МЕХАНИЗМАМИ

5-1. Состояние вопроса

В последнее время достигнуты значительные успехи в созда­ нии электростатических приборов прямого преобразования вы­ сокой точности, до класса 0,05 (см. гл. 3). Дальнейшее увели­ чение точности приборов прямого преобразования наталкива­ ется на ряд трудностей, часть которых непреодолима. Одной из таких трудностей является невозможность снижения погрешно­ сти отсчета* связанная с ограничением длины шкалы. При по­ вышении точности выше класса 0,05 габариты приборов стано­ вятся неприемлемыми. К точным приборам прямого преобразо­ вания предъявляются также высокие требования в отношении стабильности. Именно этой свойство прибора определяет дости­ жимый класс точности прибора и его метрологическую надеж­

138

ность. Выполнить эти требования у приборов прямого преобра­ зования не удается, что и ограничивает возможности их совер­ шенствования.

В связи с этим представляют интерес приборы и устройства, которые позволяют преодолеть указанные затруднения и суще­ ственно повысить точность измерения. К таким измерительным средствам относятся приборы, основанные на методе компарирования, в которых за счет калибровки непосредственно перед измерением могут быть в значительной степени снижены по­ грешности от нестабильности и от влияния изменения окружа­ ющих условий по сравнению с такими же погрешностями у при­ боров прямого преобразования, не говоря уже о широких возможностях повышения точности отсчета. Таким образом, точ-

СЕН

Рис. 5-1. Структурные схемы компараторов: а —с ручным уравнове­ шиванием; 6 —со статической схемой автоматического уравновешива­ ния; в — с астатической схемой автоматического уравновешивания

ность измерения компараторами переменного тока может быть получена значительно выше, чем у приборов прямого преобра­ зования.

Использование электростатических преобразователей воз­ можно в различных структурных схемах устройств, выполнен­ ных на основе компараторов моментов.

Простейшая структурная схема такого устройства приведена на рис. 5-1, а. Схема предполагает ручное уравновешивание и измерение компарирующего напряжения. Она включает в себя следующие основные узлы: электростатический преобразователь 2, регулируемый источник постоянного напряжения 3, измери­ тель постоянного напряжения 4 и индикатор равновесия 1. При ручном уравновешивании и регулировке постоянного напряже­ ния время измерения оказывается довольно большим, а про­ цесс утомительным.

Шагом вперед на пути совершенствования метода компарирования с точки зрения удобства работы является автоматиза­ ция компенсации вращающего момента, создаваемого измеряе­ мым параметром переменного тока, моментом, создаваемым постоянным током. При введении элементов автоматизации не­ обходимая величина компарирующего напряжения, подаваемая на второй элемент измерительного механизма преобразователя, устанавливается автоматически. Автоматическая отработка ком-

139

парирующего напряжения возможна путем построения схем на основе статического и астатического принципов регулирования.

При отработке компарирующего напряжения по статической системе регулирования (рис. 5-1, б) измеряемое напряжение Ui отклоняет подвижную часть преобразователя 2. Это приводит к появлению напряжения на выходе преобразователя 3 угла поворота, которое затем усиливается усилителем 4. Выход уси­ лителя, подключенный к электростатическому преобразователю 2, создает компарирующее напряжение для компенсации вра­ щающего момента от измеряемой величины. Напряжение вы­ хода усилителя измеряется измерительным устройством 1.

При астатической схеме отработки компарирующего напря­ жения (рис. 5-1, в) элементы схемы 1, 2 я 3 выполняют те же функции, что и по схеме статической отработки. Компарирую­ щее напряжение снимается с регулируемого делителя напряже­ ния 5, который управляется блоком управления 4 с интегрирую­ щим звеном. Питание делителя напряжения должно произво­

диться от высокостабильного источника постоянного напряже­ ния.

Электростатический преобразователь компаратора и преоб­

разователь угла отклонения обычно конструктивно объединены

(см. гл. 4).

На базе измерительных механизмов преобразователей ком­ параторов могут выполняться цифровые приборы переменного тока, обеспечивающие практически неограниченную точность отсчета. Например, для пятиразрядного отсчетного устройства погрешность отсчета составляет 0,001%, что недостижимо для аналоговых отсчетных устройств.

Поскольку выпускаемые цифровые приборы ограниченно применимы для точных измерений в широком диапазоне частот при искаженной форме кривой, представляется целесообразным в качестве одного из направлений развития точных измеритель­ ных устройств создание гибридных устройств, сочетающих элек­

тростатические измерительные преобразователи и цифровые отсчетные устройства.

5-2. Измерительные устройства для точных измерений

В последнее время появился ряд предложений по реализа­ ции метода компарирования на базе электростатических преоб­ разователей, обеспечивающих точные измерения в широком диапазоне частот как у нас в стране [11, 13, 80, 90], так и за ру­ бежом [93, 98, 114, 115] (табл. 5-1).

Двухсистемные компараторы. До недавнего времени единст­ венным практическим использованием компаратора электроста­ тической системы являлся компаратор для поверки ваттметров на повышенных частотах [89]. В этом компараторе используется измерительный преобразователь (см. гл. 4), в котором момент от переменного тока создается электростатическим механизмом,

140