RU2307361C2

RU2307361C2 - Electrostatic voltmeter

Info

Publication number: RU2307361C2
Application number: RU2005136943/28A
Authority: RU
Inventors: Ирек Ханифович Хайруллин (RU); Ирек Ханифович Хайруллин; Рамиль Касымович Фаттахов (RU); Рамиль Касымович Фаттахов; Тимур Салаватович Ибрагимов (RU); Тимур Салаватович Ибрагимов; Роман Рафаилевич Мухутдинов (RU); Роман Рафаилевич Мухутдинов
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-09-27
Also published as: RU2005136943A

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: electrostatic voltmeter comprises dielectric housing, two electrodes whose outputs are connected with the measuring leads, movable member made of a cylindrical dielectric mounted on the axle connected with the housing for permitting rotation, and reading unit with scale applied on the face of the movable member and provided with two light guides. The movable member has vertical axle of rotation that is secured to the dielectric housing. The electrodes are mounted for permitting rotation by a small angle by means of screws-correctors arranged on the top section of the electrostatic voltmeter.

EFFECT: enhanced precision.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерительным приборам, которые могут быть использованы для измерения высоких напряжений.The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to measuring devices that can be used to measure high voltages.

Известен измеритель высоких напряжений [АС СССР №1479880, кл. G01R 15/02. Бюл. №18, 1989 г.], содержащий корпус, частично заполненный двухфазным диэлектриком, измерительный сосуд, сообщающийся с полостью корпуса, ультразвуковой измеритель уровня, два электрода, расположенных по обе стороны от границы раздела фаз, при котором нижний электрод выполнен плоским и полностью погружен в жидкую фазу, а верхний электрод с целью повышения точности измерения и линеаризации передаточной характеристики выполнен в виде шара, погруженного в жидкую фазу.Known meter high voltages [AS USSR No. 1479880, class. G01R 15/02. Bull. No. 18, 1989], comprising a housing partially filled with a two-phase dielectric, a measuring vessel communicating with the cavity of the housing, an ultrasonic level meter, two electrodes located on both sides of the phase boundary, in which the lower electrode is made flat and completely immersed in the liquid phase, and the upper electrode in order to improve the accuracy of measurement and linearization of the transfer characteristic is made in the form of a ball immersed in the liquid phase.

Недостатком такой конструкции является ее сложность.The disadvantage of this design is its complexity.

Известен электростатический вольтметр [Патент РФ №2198409, МКИ 7 G01R 2/28, 15/00, 19/00, 2003 г.], выбранный за прототип, содержащий диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, связанную с корпусом и имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, а электроды расположены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента, величина этого угла зависит от материала, из которого выполнен подвижный элемент для обеспечения наибольшего вращающего момента подвижного элемента, в связи с чем электроды имеют возможность поворота на необходимый угол.A known electrostatic voltmeter [RF Patent No. 2198409, MKI 7 G01R 2/28, 15/00, 19/00, 2003], selected for the prototype, containing a dielectric housing, two electrodes, the terminals of which are connected to the measurement terminals, a movable element, an axis connected to the housing and capable of rotation, and a reading device with a scale applied to the end of the movable element, and the electrodes are located at an angle relative to the normal to the surface of the movable element, the magnitude of this angle depends on the material of which the movable element is made to provide Nia maximum torque of the movable member, and therefore the electrodes have the ability to rotate a desired angle.

Недостатками такой конструкции являются ее низкие функциональные возможности, вызванные горизонтальным расположением оси вращения, отсутствием возможности изменения зазора между электродами и подвижным элементом.The disadvantages of this design are its low functionality, caused by the horizontal axis of rotation, the inability to change the gap between the electrodes and the movable element.

Задачей изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей электростатического вольтметра при сохранении таких преимуществ прототипа, как большой диапазон измеряемых высоких напряжений в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимость, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, измерения в цепях переменного и постоянного тока.The objective of the invention is to increase the accuracy and expand the functionality of an electrostatic voltmeter while maintaining such advantages of the prototype as a large range of measured high voltages in a wide frequency range, frequency and temperature independence, the absence of influence of extraneous magnetic fields, measurements in AC and DC circuits.

Задача решается посредством электростатического вольтметра, содержащего диэлектрический корпус, два электрода, выводы которых соединены с измерительными клеммами, подвижный элемент, ось, имеющую возможность вращения, и отсчетное устройство со шкалой, нанесенной на торец подвижного элемента, в котором в отличие от прототипа подвижный элемент имеет вертикальную ось вращения, которая закреплена к диэлектрическому корпусу, электроды имеют возможность поворота на необходимый угол при помощи винтов-корректоров, расположенных на верхней части электростатического вольтметра. Кроме того, электроды закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом и электродами с помощью червяка, с которым электроды связаны через направляющие ножки.The problem is solved by means of an electrostatic voltmeter containing a dielectric body, two electrodes, the terminals of which are connected to the measuring terminals, a movable element, an axis that can be rotated, and a reading device with a scale applied to the end of the movable element, in which, unlike the prototype, the movable element has the vertical axis of rotation, which is fixed to the dielectric housing, the electrodes have the ability to rotate to the desired angle using the corrector screws located on the top h STI electrostatic voltmeter. In addition, the electrodes are fixed with the possibility of regulating the gap between the movable element and the electrodes using a worm, with which the electrodes are connected through the guide legs.

При этом для точности показаний электростатический вольтметр содержит магнитоиндукционный успокоитель, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом посредством диска, имеющего общую ось с подвижным элементом с возможностью движения в поле постоянного магнита.For the accuracy of the readings, the electrostatic voltmeter contains a magnetic induction damper located on the base of the electrostatic voltmeter and connected to the movable element by means of a disk having a common axis with the movable element with the possibility of movement in the field of a permanent magnet.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен общий вид электростатического вольтметра.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of an electrostatic voltmeter.

Электростатический вольтметр состоит из диэлектрического корпуса 1, подвижного элемента 2 в виде цилиндрического диэлектрика, выполненного из фибры, расположенного на вертикальной оси 3, которая закреплена с возможностью вращения через опоры на центрах, при этом вертикальная ось 3 с одного конца связана с диэлектрическим корпусом 1 посредством спиральной пружины (на чертеже не показана). Электроды 4 установлены под углом относительно нормали к поверхности подвижного элемента 2, теоретически и экспериментально выбранного для фибры равным 50°. Отсчетное устройство состоит из круговой шкалы, нанесенной на торец подвижного элемента 2, световода отсчета 5 с неподвижным указателем и световода подсветки шкалы 6, торец которого освещен светодиодом (не показан). Винты-корректоры 7 соединены с измерительными клеммами 8. Электроды 4 закреплены с возможностью изменения угла наклона относительно нормали к подвижному элементу 2 при помощи винтов-корректоров 7. Электроды 4 закреплены с возможностью регулирования зазора между подвижным элементом 2 и электродами 4 с помощью червяка 9, с которым электроды 4 связаны через направляющие ножки 10 на круглом основании 11. Для затухания колебаний подвижного элемента 2 используется магнитоиндукционный успокоитель 12, расположенный на основании электростатического вольтметра и связанный с подвижным элементом 2 посредством диска 13, имеющего общую ось с подвижным элементом 2 с возможностью движения в поле постоянного магнита.An electrostatic voltmeter consists of a dielectric housing 1, a movable element 2 in the form of a cylindrical dielectric made of fiber located on a vertical axis 3, which is mounted for rotation through supports at the centers, while the vertical axis 3 is connected at one end to dielectric housing 1 by spiral spring (not shown in the drawing). The electrodes 4 are installed at an angle relative to the normal to the surface of the movable element 2, theoretically and experimentally selected for fiber equal to 50 °. The reading device consists of a circular scale deposited on the end of the movable element 2, a reference fiber 5 with a fixed pointer, and a scale 6 optical fiber, the end of which is illuminated by an LED (not shown). Corrector screws 7 are connected to the measuring terminals 8. The electrodes 4 are fixed with the possibility of changing the angle of inclination relative to the normal to the movable element 2 using the corrector screws 7. The electrodes 4 are fixed with the possibility of adjusting the gap between the movable element 2 and the electrodes 4 using a worm 9, with which the electrodes 4 are connected through the guide legs 10 on the round base 11. To attenuate the vibrations of the movable element 2, a magneto-induction damper 12 located on the base of the electrostatic voltmeter and connected with the movable element 2 by means of a disk 13 having a common axis with the movable element 2 with the possibility of movement in the field of a permanent magnet.

Использование в качестве подвижного элемента 2 цилиндрического диэлектрика, расположенного на вертикальной оси 3, закрепленной с возможностью вращения и связанной с одного конца с диэлектрическим корпусом 1 электростатического вольтметра посредством спиральной пружины (на чертеже не показана), позволяет исключить влияние положения электростатического вольтметра в пространстве на точность его показаний и повысить его вибростойкость. При этом спиральная пружина выполняет роль механического элемента сравнения. Указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 2 с электродами 4 обеспечивает необходимый вращающий момент подвижного элемента 2. Установка электродов 4 с возможностью поворота при помощи винтов-корректоров 7 позволяет изменять угол их наклона относительно нормали подвижного элемента 2 и обеспечивать наибольший вращающий момент подвижного элемента 2 в зависимости от материала, из которого он выполнен, что позволяет уменьшить момент инерции подвижного элемента 2, а следовательно, расширить пределы измерений в сторону малых величин, улучшить условия успокоения электростатического вольтметра, а следовательно, повысить его чувствительность и точность. Также возможно изменение зазора между электродами 4 и подвижным элементом 2 при помощи червяка 9, с которым электроды 4 связаны через направляющие ножки 10, что позволяет расширить пределы измерений. При этом зависимость угла наклона электродов 4 от характеристик материала, из которого выполнен подвижный элемент 2, в целях получения его наибольшего вращающего момента носит экспоненциальный характер.The use of a cylindrical dielectric as a movable element 2, located on a vertical axis 3, rotatably mounted and connected at one end to the dielectric body 1 of an electrostatic voltmeter by means of a spiral spring (not shown in the drawing), eliminates the influence of the position of the electrostatic voltmeter in space on accuracy its readings and increase its vibration resistance. In this case, the spiral spring acts as a mechanical element of comparison. The specified spatial relationship of the movable element 2 with the electrodes 4 provides the necessary torque of the movable element 2. The installation of the electrodes 4 with the possibility of rotation with the help of corrector screws 7 allows you to change their angle of inclination relative to the normal of the movable element 2 and provide the greatest torque of the movable element 2, depending on the material from which it is made, which allows to reduce the moment of inertia of the movable element 2, and therefore, to expand the limits of measurements in the direction of small in values, improve the conditions for calming the electrostatic voltmeter, and therefore, increase its sensitivity and accuracy. It is also possible to change the gap between the electrodes 4 and the movable element 2 with the help of a worm 9, with which the electrodes 4 are connected through the guide legs 10, which allows you to expand the measurement range. The dependence of the angle of inclination of the electrodes 4 on the characteristics of the material from which the movable element 2 is made, in order to obtain its greatest torque is exponential.

Электростатический вольтметр работает следующим образом.An electrostatic voltmeter operates as follows.

При подаче на электроды 4 измеряемого сигнала подвижный элемент 2 в виде цилиндрического диэлектрика поворачивается. Направление вращения цилиндрического диэлектрика не зависит от знака измеряемого напряжения. При вращении подвижного элемента 2 спиральная пружина создает противодействующий момент. При равенстве вращающего и противодействующего моментов подвижный элемент 2 останавливается, и по положению неподвижного стрелки-указателя 5 по шкале на торце подвижного элемента 2 определяется измеряемое напряжение. Затухание колебаний подвижного элемента 2 осуществляется при помощи магнитоиндукционного успокоителя 12.When applying to the electrodes 4 of the measured signal, the movable element 2 in the form of a cylindrical dielectric rotates. The direction of rotation of the cylindrical dielectric does not depend on the sign of the measured voltage. When the movable element 2 rotates, the coil spring creates a counteracting moment. If the rotating and opposing moments are equal, the movable element 2 stops, and the measured voltage is determined by the scale on the end of the movable element 2 according to the position of the fixed pointer arrow 5. The damping of the oscillations of the movable element 2 is carried out using a magnetic induction damper 12.

Отсутствие в данной конструкции подвижных частей, надежная связь оси подвижного элемента 2 с диэлектрическим корпусом 1 электростатического вольтметра, установка электродов 4 с возможностью поворота и указанная пространственная взаимосвязь подвижного элемента 2 и электродов 4 обеспечивают вибростойкость, независимость показаний электростатического вольтметра от его расположения в пространстве и наибольший вращающий момент подвижного элемента 2, а следовательно, точность электростатического вольтметра. При этом сохраняются большой диапазон измеряемого напряжения в широком диапазоне частот, частотная и температурная независимости, отсутствие влияния посторонних магнитных полей, возможность применения для измерений напряжения в цепях постоянного и переменного тока.The absence of moving parts in this design, the reliable connection of the axis of the movable element 2 with the dielectric housing 1 of the electrostatic voltmeter, the installation of electrodes 4 with the possibility of rotation and the specified spatial relationship of the movable element 2 and electrodes 4 provide vibration resistance, the independence of the readings of the electrostatic voltmeter from its location in space and the greatest the torque of the movable element 2, and therefore the accuracy of the electrostatic voltmeter. At the same time, a large range of the measured voltage in a wide range of frequencies, frequency and temperature independence, the absence of the influence of extraneous magnetic fields, the possibility of applying voltage measurements in direct and alternating current circuits are preserved.

Claims

1. An electrostatic voltmeter containing a dielectric housing, two electrodes, the terminals of which are connected to the measurement terminals, a movable element, an axis that can be rotated, and a reading device with a scale applied to the end of the movable element, characterized in that the movable element has a vertical axis of rotation , which is fixed to the dielectric housing, the electrodes have the ability to rotate to the desired angle using the corrector screws located on the top of the electrostatic voltmeter, and The electrodes are fixed with the possibility of regulating the gap between the movable element and the electrodes using a worm, with which the electrodes are connected through the guide legs.

2. The electrostatic voltmeter according to claim 1, characterized in that for the accuracy of the readings it contains a magnetic induction damper located on the base of the electrostatic voltmeter and connected to the movable element by means of a disk having a common axis with the movable element with the possibility of movement in the field of a permanent magnet.