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

ционных помех от электрических шумов находятся в пределах 0,1—0,5 мв. Такими значениями флуктуаций можно пренебречь при создании приборов, обеспечивающих погрешность измерения

до 0,001%.

Влияние механических сотрясений. Под влиянием механиче­ ских сотрясений подвижная часть измерительного механизма может перемещаться относительно корпуса, что увеличивает по­ грешность измерения и может привести иногда к невозможности проведения измерений. В условиях эксплуатации измеритель­ ного механизма электростатического прибора возможны, в основ­ ном, вибрационные сотрясения.

Для получения нечувствительного к вибрации измерительного механизма необходимо, чтобы собственные частоты подвижной части находились за пределами возможных значений частоты возмущающей силы. Подвижная часть измерительного меха­ низма имеет несколько собственных частот. Продольные собст­ венные частоты системы на растяжках имеют значение порядка 1000—1500 гц и не сказываются на работе механизма при низких частотах. Наиболее низкая собственная частота подвижной части — поперечная. Ее значение для существующих приборов лежит в пределах 20—200 гц. Одним из путей расширения диапазона частот, при котором подвижная часть остается не­ чувствительной к воздействию вибрации, является повышение собственной частоты поперечных колебаний подвижной части [69]. Собственная частота системы в поперечном направлении

натяжения; 2) уменьшением длины растяжки; 3) снижением массы подвижной части.

Увеличение натяжения возможно за счет увеличения момента растяжки или применения материала с большим ов. Для повы­ шения механической прочности и уменьшения дрейфа нуля сни­ жать жесткость растяжек невыгодно, так как это ведет к сни­ жению допустимого натяга растяжек измерительного механизма преобразователя, что в свою очередь повышает чувствительность измерительного механизма к механическим сотрясениям. Наибо­ лее приемлемым решением является крепление подвижной части на достаточно жестких растяжках. Из применяемых в настоя­ щее время материалов для растяжек наиболее подходящими

48

тически желательно для снижения влияния вибраций иметь по­ движную часть с малым моментом инерции — малым радиусом электродов и легкой подвижной частью. Однако это неприемлемо в связи с тем, что одновременно со снижением чувствительности электростатического механизма к сотрясениям резко понизится и чувствительность его к измеряемой величине.

Вопросы выбора оптимальной длины растяжки и влияния ее на основные параметры прибора рассмотрены в (60]. При необ­ ходимости одновременного получения высокой прочности, ми­ нимального влияния упругого последействия и большой точности воспроизведения момента выгодно иметь растяжки длиной 15— 20 мм. С увеличением собственной частоты системы уменьшается амплитуда вынужденных колебаний подвижной части относи­ тельно корпуса. В связи с этим представляется целесообразным использование жидкостных капельных успокоителей, обеспечи­ вающих снижение амплитуды вынужденных колебаний [6]. Вы­ бирается такая вязкость жидкости, которая обеспечит хорошее успокоение поперечных колебаний. Вынужденные колебания имеют в связи с этим меньшую амплитуду и быстро затухают. В то же время капельные успокоители не создают нежелатель­ ного добавочного успокоения угловых колебаний, так как мо­ мент вязкого трения растяжки о жидкость вследствие малых размеров поперечного сечения растяжки очень мал. Благодаря высокой вязкости и незначительной массе жидкость не вытекает при ударах и вибрации, а также при изменении температуры. Применение капельных успокоителей увеличивает устойчивость измерительного механизма к механическим сотрясениям при­ мерно на порядок, что обеспечивает надежную работу прибора в условиях механических нагрузок.

Для получения вибростойкости прибора необходимо также, чтобы подвижная часть измерительного механизма не содержала элементов, имеющих собственную частоту, лежащую близко от области частот возмущающей силы. Основными элементами кон­ струкции, вступающими в резонанс и увеличивающими вынуж­ денные колебания подвижной части, являются подвижные элект­ роды, стрелки и крылья успокоителя. При благоприятных усло­ виях вынужденные колебания этих элементов могут ввести в резонанс всю систему.

Собственные частоты поперечных колебаний указанных эле­ ментов подвижной части

где Е — модуль упругости материала; / — момент инерции попе­ речного сечения; г — радиус элемента конструкции; у-—плот­ ность материала; 5 — площадь.

Из (2-21) следует, что для повышения собственной попереч­ ной частоты необходимо увеличивать отношение Ely. Это отно­

49

шение может служить для оценки качества материалов, которые могут быть применены для изготовления подвижных электродов и крыльев успокоителя. Из приведенных в табл. 2-4 данных видно, что легкие материалы и сплавы не уступают наиболее прочным материалам, таким как латунь, бронза: отношения Е/у для них близки между собой. Из диэлектрических материалов характеристики слюды превосходят в этом смысле характери­ стики всех приведенных в табл. 2-4 материалов.

Таблица 2-4

Механические характеристики некоторых конструктивных материалов

Однако применение диэлектрических материалов для изго­ товления рассматриваемых элементов технологически сложно. Таким образом, в рассматриваемом отношении можно рекомендо­ вать применение алюминия и сплава АМГ-5В. Испытания элект­ родов, стрелок и крыльев успокоителя показывают, что их соб­ ственные резонансные частоты лежат выше 200 гц.

Электромагнитные наводки. Точность измерения электроста­ тическими приборами высокой чувствительности в значительной степени зависит от влияния наводок от посторонних источников электромагнитных полей. Электростатические измерительные ме­ ханизмы представляют собой высокочувствительные приборы с высоким входным сопротивлением, вследствие чего значитель­ ная доля помех обусловлена частотой 50 гц. Источником этой помехи является силовая и осветительная сеть. Воздействия тока промышленной частоты на погрешность прибора могут вы­ зываться двумя причинами.

Одна из них — емкостная связь между сетью и прибором (рис. 2-12, а). Между сетью и входными зажимами прибора прак­ тически всегда существует емкостная связь. Сигналы, наведенные на входную цепь прибора, могут вызвать паразитный ток, проте­ кающий через сопротивление измеряемого источника.

Электромагнитная связь между сетью и входом прибора обу­ словливает помеху из-за индуктивных связей (рис. 2-12,6).

50

При работе прибора обычно имеют место одновременно обе наводки, требующие принятия мер по защите от них. Для этой цели широко используется электростатическое экранирование.

Источник измеряемого сигнала следует располагать в экране, а монтаж выполнять экранированным проводом [18]. Схематиче­ ское изображение экранов и их влияния на снижение помех при­ ведено на рис. 2-13, а. Экранирующее действие обусловлено тем,

Рис. 2-12. Электромагнитные наводки: а — обусловленные емкостной свя­ зью; б — обусловленные индуктивной связью

/ — измеряемый источник; 2 — измерительный прибор; 3 — входное сопротивление прибора

что на поверхности экрана вследствие электростатической индук­ ции сетью наводятся заряды, сумма которых оказывается равной нулю. Заряды распределяются так, что поле внутри экрана ком­ пенсирует поле внешних зарядов, т. е. сеть не влияет на работу

прибора. Следует отметить, что рассматриваемое экранирование эффективно при сопротивлении заземления, близком к нулю. Если сопротивление заземления R3 отлично от нуля (рис. 2-13,6), то на экране появятся потенциалы, вызывающие помеху на входе прибора, вследствие чего такое экранирование будет не эффек­ тивным. При этом заземление необходимо производить в одной точке, иначе экраны образуют с землей петлю связи [18], па­ дение напряжения в которой обусловливает появление помехи на входе прибора.

Для ликвидации шунтирования входа электростатического прибора емкостью монтажа и утечкой по изоляции следует

51