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

ние; С — емкость изолятора; б — угол диэлектрических потерь материала изолятора.

Экспериментальная проверка приведенной формулы подтвер­ ждает ее совпадение с результатами расчета. При этом следует иметь в виду, что нагрев изолятора по длине неравномерен, он уменьшается к среднему сечению.

При высоких напряжениях с повышением частоты имеет место понижение электрической прочности воздушного проме­ жутка [20, 76]: разрядное напряжение при 40 кгц снижается по сравнению с напряжением при 50 гц на 100%, а при 100 кгц разрядное напряжение снижается на 20%. Рассматриваемое яв­ ление может оказать существенное влияние на работу приборов с конечным значением диапазона измерений свыше 100 кв. Это обусловлено величиной нормируемого испытательного напряже­ ния, которое для указанного значения не должно превышать 1,5 t/раб (ГОСТ 1845—59). Для приборов с конечным значением диапазона измерений 300 кв испытательное напряжение равно 1,3 t/раб- С повышением частоты измеряемого напряжения до 100 кгц снижение разрядного напряжения на 20% может выз­ вать пробой прибора. Приведенные данные позволяют прово­ дить выбор максимальной частоты измеряемого напряжения. При этом рекомендуется [76], чтобы пробивное напряжение на этой частоте было больше 1,2 Праб-

С частотной погрешностью приборов тесно связана погреш­ ность, вызываемая отклонением формы кривой измеряемого на­ пряжения от синусоидальной.

Наличие высших гармонических эквивалентно работе при­ бора на высоких частотах, значительно превышающих нормаль­ ную область частотного диапазона (по ГОСТ 1845—59 норми­ руется погрешность при 10% 2-й, 3-й и 5-й гармонических). Зависимость показаний измерительных механизмов рассматри­ ваемой системы от влияния высших гармонических измеряемого напряжения практически мало исследовалась. Этим вопросам посвящена работа [59], в которой предлагается расчетный путь определения погрешности для проверки соответствия поверяе­ мого прибора нормам действующих стандартов (ГОСТ 1845—59 и 8711—60). В соответствии с этой работой погрешность, обу­ словленная искажением формы кривой измеряемого напряже­ ния, может быть представлена в виде

i= n

уы= ъ 2 К п 2,

i=2

где kn — относительное значение гармоники п в долях основной составляющей.

Влияние влажности. Влажность воздуха, в котором нахо­ дится электростатический измерительный механизм, оказывает влияние на изменение диэлектрической проницаемости воздуха е и может привести к значительному искажению результата

39

измерения. Под воздействием влажности может значительно из­ меняться емкость измерительного механизма. Особенно значи­ тельное влияние оказывает влага, конденсирующаяся на поверх­ ности электродов. Образующаяся при этом пленка влаги имеет высокую диэлектрическую проницаемость (для воды е= 80), обу­ словливает появление диэлектрических потерь и может вызвать окисление поверхностей электродов, что в свою очередь увели­ чивает диэлектрические потери. Стабильность приборов в этом случае зависит от толщины пленки влаги, температуры окру­ жающего воздуха, частотного диапазона и состояния поверх­ ностей электродов, на которых конденсируется влага.

При выпадении влаги на поверхности электродов измери­ тельный механизм можно рассматривать как сложный конден­

для определения вли­ гослойного конденсатора. Изменение влаж­

перераспределения емкостей воздушного конденсатора и конден­ сатора с диэлектриком из воды. Расчеты подтверждают это по­ ложение (табл. 2-2).

Таблица 2-2

Рассмотренное явление приводит к увеличению dCjda, что вызывает увеличение вращающего момента прибора, приводя­ щее к появлению положительной погрешности, которая должна исчезать при последующем нагреве прибора (удаление влаги

споверхности электродов).

Вреальных конструкциях после действия пониженной тем­ пературы показания прибора изменяются и остаются таковыми

в течение длительного времени. Последующий нагрев прибора

40

до +60° С, т. е. выпаривание влаги с поверхности электродов, приводит показания прибора к исходному состоянию. Попутно следует отметить, что конденсация паров влаги может насту­ пать не обязательно при глубоком охлаждении, а даже при положительных температурах [67].

Для приборов, градуированных на постоянном токе, а рабо­ тающих на переменном токе, при понижении температуры воз­ можно значительное увеличение•погрешности. Для предотвра­ щения этих явлений, т. е. для получения стабильных показаний и улучшения частотных характеристик электростатических из­ мерительных механизмов, необходимо применение мер, обеспе­ чивающих влагозащиту измерительного механизма. Возможен ряд способов устранения влияния влажности. Одним из возмож­ ных путей снижения влияния влажности является метод искус­ ственного повышения температуры. Проще всего создать пре­ вышение температуры над температурой окружающей среды с помощью маломощного подогревателя в приборе. При этом необходимо помнить о возможном появлении вредного влияния потоков воздуха.

Наиболее надежным и в то же время наиболее сложным способом защиты от влаги является герметизация измеритель­ ного механизма. Для измерительных механизмов необходимо производить корректировку положения подвижной части, в связи с чем весьма трудно получить достаточно надежную герметиза­ цию корпуса. При полной герметизации корпуса измерительного механизма не следует забывать о возможности конденсации влаги при понижении температуры. Вследствие этого гермети­ зацию следует проводить в сухих и по возможности прохладных помещениях (относительная влажность 10—20%). Для устра­ нения влияния влаги в корпус измерительного механизма можно помещать влагопоглощающее вещество. Рекомендуется напол­ нять корпуса измерительного механизма сухим вымороженным инертным газом, например аргоном.

2-3. Влияние внешних факторов на характеристики электростатических приборов

Компоновка измерительного механизма, соотношение разме­ ров, применяемые материалы, условия эксплуатации и другие факторы также обусловливают появление погрешностей измере­ ния, вызываемых рядом причин: 1) неравномерным распределе­ нием температуры внутри корпуса прибора; 2) флуктуацией подвижной части; 3) влиянием механических сотрясений; 4) влия­ нием паразитных связей и наводок; 5) влиянием электростати­ ческого поля. Наличие указанных факторов может вызвать по­ явление дополнительного вращающего момента, приводящего к отклонению подвижной части и, как следствие, к погрешности измерений.

41

Влияние температуры. Отклонение температуры окружаю­ щего воздуха от нормальной вызывает изменение показаний электростатических приборов. Анализ выражения (1-1) для вра­ щающего момента показывает, что температурная погрешность электростатического прибора определяется изменением противо­ действующего момента растяжек или пружин и приращением емкости измерительного механизма с изменением температуры:

менения емкости измерительного механизма.

Величина температурного коэффициента противодействую­ щего момента зависит от материала растяжек или пружины и для применяемых в настоящее время материалов (79] не пре­ вышает величины 0,2—0,4% на 10° С. Поскольку температурный коэффициент момента входит в выражение температурной по­ грешности (2-16) с коэффициентом 1/2, то последняя не превы­ шает 0,1—0,2% на 10°С. Изменение же емкости на порядок меньше, чем изменение удельного противодействующего мо­ мента [64] и поэтому может не приниматься во внимание.

Таким образом, поскольку электростатический прибор не имеет схемы для промежуточного преобразования измеряемой величины, могущей повлиять на величину температурной по­ грешности прибора, то, исходя из приведенных выше значений температурных коэффициентов упругости растяжек или пружин для приборов, класс точности которых не превышает 0,5, ника­ ких мер для компенсации температурной погрешности при­ нимать не требуется.

Применение для растяжек и пружин материалов с более низ­ ким температурным коэффициентом упругости (например, типа элинвара) позволило бы создавать приборы более высокого класса точности без специальных схем температурной компен­ сации. Однако в настоящее время отсутствуют растяжки, обес­ печивающие получение требуемых характеристик. Поэтому для приборов высокого класса точности необходимы специальные меры для компенсации температурной погрешности от измене­ ния упругих свойств растяжек.

Используя формулу Сен-Венана, удельный противодействую­

циент натяжения, равный отношению натяжения Р к разрыв­ ному усилию Q; ств — временное сопротивление разрыву.

42